切向运动耗能的围堰防波装置的制作方法

本实用新型涉及水上结构防浪工程技术领域，具体而言，涉及切向运动耗能的围堰防波装置。

背景技术：

随着国家沿海地区经济的快速持续发展，为了连接各入海口、跨越各个海峡、连接诸多岛屿等联络工程，修建的跨海桥梁越来越多。在深水桥梁的建设中，首先建设的是围堰结构，其次将围堰结构中的水体移除，然后在无水条件中建设桥墩结构。而在跨海桥梁的修建过程中，对桥梁危害最大的不是风力和雨水，而是迎面而来的海浪。特别是在桥梁下部结构围堰施工过程中，因为下部桩基并未完成，无法承受海浪带来的巨大荷载，如果不进行防护，则会严重影响桥梁结构的施工，甚至导致结构的倒塌，因此波浪的防护成为了跨海桥梁设计和施工过程中一个亟待解决的重要问题。

防波堤是一种常见的海岸、海洋工程建筑物，用来阻断波浪能量的传递，同时也维持了结构后方防护区域的水域平稳。传统的固定式防波堤，多为近海防波堤，基础固定于海底，对地基要求高，随着水深的增加，造价也会增加，不适用于深水海域。

在桥墩建设过程中，围堰受到迎面而来的波浪冲击，根据波浪理论的研究实验表明，波浪的能量集中在水面表层。在波浪荷载作用下，围堰结构存在一定的安全隐患，一旦围堰结构遭到破坏，不仅会使之前桥墩施工功亏一篑，造成很大的经济损失，还会产生一定的人员伤亡。而现有防波堤结构并没有在围堰施工过程中得到良好的应用，因此，本实用新型旨在针对目前常见的防波堤进行优化设计，提出一种可用于跨海桥梁施工过程中的合理结构设计，使该种防波堤具有更好的移动性、可拆卸性和防波性能，便于深水桥墩修建完成后的移动与再布置，并使其具有较合理的造价，可大量运用于跨海桥梁的设计与施工之中。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供用于桥墩围堰的防波装置，以解决现有技术中的防波装置存在的实用性差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型首先提供了一种用于桥墩围堰的防波装置，包括设于所述围堰外壁上的耗能结构、浮于水面的浮动结构以及连接所述耗能结构和所述浮动结构的连接结构，所述浮动结构包括浮动单元，所述浮动单元包括至少两个漂浮体和位于相邻两个漂浮体之间的阻尼消波结构；所述阻尼消波结构包括连接所述相邻两个漂浮体的第一弹性部件和垂直于水平面的消波网；所述消波网包括折叠框架以及填充于所述折叠框架内的三维多孔网状材料，在所述折叠框架的折叠处设有沿折痕分布的转轴。

本实用新型的第一种防波装置的浮动结构的结构简单，相邻漂浮体之间采用第一弹性部件连接，当收到外部波浪的荷载作用时，漂浮体之间发生各个方向的相对移动，而第一弹性部件的张拉运动不会因结构变化而失去其原有的防波功能，同时，第一弹性部件本身的存在并不影响漂浮体的防波作用。波浪可以透过相邻漂浮体之间的间隙，基于此，本实用新型的防波装置具有折叠式消波网，由于采用折叠式结构，波浪从任意一个方向冲来，均能有效的消耗波浪的能量，同时第一弹性部件和折叠式消波网结构在波浪荷载作用下发生变形，进一步将波浪能量消除。由三维多孔网状材料构成的消波网的孔隙多，可以更有效地破碎波浪，达到较好的防波效果。可见，本实用新型的结构简单，具有良好的防波性能，使用时浮动结构放置于水面上，使用简单方便。

进一步地，所述浮动结构包括至少两个浮动单元，相邻两个浮动单元通过连接对应的两个漂浮体实现连接。由此，防波性能更好。

进一步地，所述浮动单元为环形，且与所述围堰同中心轴。由此，防波性能更好。

进一步地，所述漂浮体为筒状或柱状。由此，易获取且防波性能好。

进一步地，所述漂浮体包括上部的漂浮区和下部的配重区。漂浮体体中设有配重区，使得漂浮体具有一定的吃水深度，可以根据配重的增减来调节漂浮体的吃水深度，在一定吃水深度下的漂浮体的结构相较无配重的漂浮体，在波浪荷载作用下其稳定性能更佳。

进一步地，所述阻尼消波结构包括两个相互平行的所述消波网。由此，使得较大的波浪通过第一排折叠网后还没有消耗掉的能量继续被第二排折叠消波网结构消除。

进一步地，所述连接结构上靠近所述浮动结构处设有第二弹性部件。由此，第二弹性部件相当于第二耗能结构，在波浪作用下，第二弹性部件发生压缩，漂浮体和消波网向内移动，更好的耗能，在弹簧压缩到平衡位置时会伸长，同时漂浮体和折叠式消波网向外侧移动，迎面打来的波浪与漂浮体和消波网做相向运动，使得波浪在传递过程中发生波浪破碎，从而组织波浪的传递。在该情况下，可以将外围漂浮体和围堰之间的距离变小，这样连接结构也会变小，其稳定性会得以提升。

进一步地，所述连接结构为至少两个且呈均匀分布。由此，受力和力的传递更加均匀。

进一步地，所述连接结构通过所述漂浮体与所述浮动结构连接，所述连接结构的端部设有三个端口，其中一个端口与所述漂浮体的内侧连接，另外两个端口与所述漂浮体的外侧连接。由此，结构更为稳定。

进一步地，所述耗能结构为轴承，所述轴承的安装高度高于水平面。由此，将轴承内圈与围堰外壁连接、外圈与所述漂浮体相连，当受到波浪荷载时，通过外圈相对于内圈的转动来消耗波浪的能量。

为了实现上述目的，本实用新型其次提供了一种切向运动耗能的围堰防波装置，包括设于所述围堰外壁上的耗能结构、浮于水面的浮动结构以及连接所述耗能结构和所述浮动结构的连接结构，所述耗能结构包括耗能单元，所述耗能单元包括中空的条形壳体，所述壳体具有与所述围堰外壁匹配的安装面以及与所述安装面相对的耗能面，所述耗能面上设有通孔，在所述壳体内设有耗能体；所述耗能体包括两组分别与所述条形壳体轴向两端连接的第三弹性部件以及位于所述两组第三弹性部件之间的移动部件；所述移动部件的下部设有竖向滚轮，上部设有横向滚轮和竖向滚轮；所述连接结构穿过所述通孔后与所述移动部件连接。

本实用新型的第二种防波装置的耗能结构通过移动部件沿条形壳体轴向的往复运动来实现耗能，该移动部件下部的滚轮使得移动部件在外力荷载作用下和弹簧一起发生往复运动，在移动部件上部设置横向滚轮，使得移动部件在移动过程中和条形壳体内的侧壁不会产生较大的摩擦力，便于结构的耗能，在移动部件上部设置竖向滚轮也使得移动部件在外力下不至于与条形壳体内的顶壁发生滑动摩擦。可见，本实用新型结构简单，具有较好的防波性能。

进一步地，所述耗能结构包括至少两个依次连接的耗能单元，所述耗能结构为圆环形且内径与所述围堰的外径匹配；每个耗能单元与所述浮动结构之间均设有所述连接结构。

进一步地，每组所述第三弹性部件包括两个弹簧。由此，移动部件的移动更加稳定。

进一步地，所述连接结构与所述围堰的中心轴不共面。由此，连接结构相对围堰形成一定的切向夹角，可以将迎面而来的波浪力转化成切向力传递给耗能装置，然后耗能装置通过弹簧进行消能，能更好的发挥耗能装置的作用。

进一步地，所述连接结构上靠近所述浮动结构处设有第二弹性部件。由此，第二弹性部件相当于第二耗能结构，在波浪作用下，第二弹性部件发生压缩，漂浮体和消波网向内移动，更好的耗能，在弹簧压缩到平衡位置时会伸长，同时漂浮体和折叠式消波网向外侧移动，迎面打来的波浪与漂浮体和消波网做相向运动，使得波浪在传递过程中发生波浪破碎，从而组织波浪的传递。在该情况下，可以将外围漂浮体和围堰之间的距离变小，这样连接结构也会变小，其稳定性会得以提升。

进一步地，所述浮动结构包括浮动单元，所述浮动单元包括至少两个漂浮体和位于相邻两个漂浮体之间的阻尼消波结构；所述阻尼消波结构包括连接所述相邻两个漂浮体的第一弹性部件和垂直于水平面的消波网；所述消波网包括折叠框架以及填充于所述折叠框架内的三维多孔网状材料，在所述折叠框架的折叠处设有沿折痕分布的转轴。由此，浮动结构的结构简单，具有良好的防波性能，使用时浮动结构放置于水面上，使用简单方便。

进一步地，所述浮动结构包括至少两个浮动单元，相邻两个浮动单元通过连接对应的两个漂浮体实现连接。由此，防波性能更好。

进一步地，所述连接结构通过所述漂浮体与所述浮动结构连接，所述连接结构的端部设有三个端口，其中一个端口与所述漂浮体的内侧连接，另外两个端口与所述漂浮体的外侧连接。由此，结构更为稳定。

为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种具有浮式耗能结构的围堰防波装置，包括设于所述围堰外壁上的耗能结构、浮于水面的浮动结构以及连接所述耗能结构和所述浮动结构的连接结构，所述浮动结构包括浮动单元，所述浮动单元包括至少两个漂浮体和位于相邻两个漂浮体之间的阻尼消波结构；所述阻尼消波结构包括连接所述相邻两个漂浮体的第一弹性部件和垂直于水平面的消波网；所述耗能结构为圆环形，在所述耗能结构的下方设有圆环形的支撑浮体，所述耗能结构与所述围堰外壁套接且所述耗能结构可沿所述围堰的外壁上下运动。

本实用新型的第三种防波装置的浮动结构的结构简单，相邻漂浮体之间采用第一弹性部件连接，当收到外部波浪的荷载作用时，漂浮体之间发生各个方向的相对移动，而第一弹性部件的张拉运动不会因结构变化而失去其原有的防波功能，同时，第一弹性部件本身的存在并不影响漂浮体的防波作用。由于设有支撑浮体，因此耗能结构不需要复杂的结构，在耗能结构下部设置浮体并将浮体置于水面上，在该种情况下，耗能结构始终漂浮于水面，是一种浮式耗能结构，并且连接结构趋于水平，可以只传递水平上的轴力，使得耗能结构不会向切向运动，而是通过其沿着围堰的上下运动来实现消波，使得结构受力更加简单，稳定性得以提升。可见，本实用新型的结构简单，具有良好的防波性能。

进一步地，所述消波网包括折叠框架以及填充于所述折叠框架内的三维多孔网状材料，在所述折叠框架的折叠处设有沿折痕分布的转轴。波浪可以透过相邻漂浮体之间的间隙，基于此，本实用新型的防波装置具有折叠式消波网，由于采用折叠式结构，波浪从任意一个方向冲来，均能有效的消耗波浪的能量，同时第一弹性部件和折叠式消波网结构在波浪荷载作用下发生变形，进一步将波浪能量消除。同时，由三维多孔网状材料构成的消波网的孔隙多，可以更有效地破碎波浪，达到较好的防波效果。

进一步地，所述阻尼消波结构包括两个相互平行的所述消波网。由此，防波性能更好。

进一步地，所述浮动结构包括至少两个浮动单元，相邻两个浮动单元通过连接对应的两个漂浮体实现连接。由此，防波性能更好。

进一步地，所述连接结构上靠近所述浮动结构处设有第二弹性部件。由此，第二弹性部件相当于第二耗能结构，在波浪作用下，第二弹性部件发生压缩，漂浮体和消波网向内移动，更好的耗能，在弹簧压缩到平衡位置时会伸长，同时漂浮体和折叠式消波网向外侧移动，迎面打来的波浪与漂浮体和消波网做相向运动，使得波浪在传递过程中发生波浪破碎，从而组织波浪的传递。在该情况下，可以将外围漂浮体和围堰之间的距离变小，这样连接结构也会变小，其稳定性会得以提升。

进一步地，所述连接结构为至少两个且呈均匀分布。由此，受力和力的传递更加均匀。

进一步地，所述连接结构通过所述漂浮体与所述浮动结构连接，所述连接结构的端部设有三个端口，其中一个端口与所述漂浮体的内侧连接，另外两个端口与所述漂浮体的外侧连接。由此，结构更为稳定。

进一步地，所述连接结构与所述围堰的中心轴不共面。由此，连接结构相对围堰形成一定的切向夹角，可以将迎面而来的波浪力转化成切向力传递给耗能装置，然后耗能装置同时通过上下运动和转动来进行消波，能更好的发挥耗能装置的作用。

可见，本实用新型的三种防波装置的结构简单，可以快读消耗波浪传过来波浪的能量，外部围堰结构受到的波浪作用削弱，使得围堰结构相对安全，同时也能降低围堰的建设成本，保证施工进度。同时其修建不受地基和水深的影响，修建迅速，可组装，拆迁容易，造价受水深影响较小。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来辅助对本实用新型的理解，附图中所提供的内容及其在本实用新型中有关的说明可用于解释本实用新型，但不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为实施例1的用于桥墩围堰的防波装置的俯视图。

图2为实施例1的用于桥墩围堰的防波装置的正视图。

图3为实施例1的用于桥墩围堰的防波装置的局部图。

图4为实施例2的切向运动耗能的围堰防波装置的俯视图。

图5为实施例2的切向运动耗能的围堰防波装置的正视图。

图6为实施例2的切向运动耗能的围堰防波装置的移动部件的结构示意图。

图7为实施例3的具有浮式耗能结构的围堰防波装置的俯视图。

图8为实施例3的具有浮式耗能结构的围堰防波装置的正视图(耗能结构被局部剖开)。

图9为实施例4的用于桥墩围堰的防波装置的俯视图。

上述附图中的有关标记为：

1：围堰；

2：耗能结构；

3：浮动结构；

4：连接结构；

41：第二弹性部件；

51：漂浮体；

52：阻尼消波结构；

521：第一弹性部件；

522：消波网；

531：三维多孔网状材料；

532：转轴；

511：漂浮区；

512：配重区；

6：耗能单元；

61：壳体；

611：通孔；

62：第三弹性部件；

63：移动部件；

632：竖向滚轮；

631：横向滚轮；

7：支撑浮体；

8：钢管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。在结合附图对本实用新型进行说明前，需要特别指出的是：

本实用新型中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本实用新型的实施例通常仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

关于本实用新型中术语和单位。本实用新型的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”、“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

实施例1

如图1-3所示的用于桥墩围堰的防波装置，包括设于所述围堰1外壁上的耗能结构2、浮于水面的浮动结构3以及连接所述耗能结构2和所述浮动结构3的连接结构4。

所述浮动结构3包括一个圆环状且与所述围堰1同中心轴的浮动单元，所述浮动单元包括至少二十四个漂浮体51和位于相邻两个漂浮体51之间的阻尼消波结构52；所述阻尼消波结构52包括连接所述相邻两个漂浮体51的第一弹性部件521和垂直于水平面的消波网522；所述消波网522包括折叠框架以及填充于所述折叠框架内的三维多孔网状材料531，在所述折叠框架的折叠处设有沿折痕分布的转轴532。所述第一弹性部件521为弹性绳。

所述漂浮体51为筒状或柱状，所述漂浮体51包括上部的漂浮区511和下部的配重区512，漂浮区511采用比水密度低的材料，配重区512采用比水密度高的材料。

相邻两个漂浮体51之间的消波网522为两个且相互平行。

所述连接结构4上靠近所述浮动结构3处设有第二弹性部件41，所述连接结构4通过第二弹性部件41于所述漂浮体51的相互连接来实现与所述浮动结构3连接。所述第二弹性部件41包括设有所述连接结构4端部的三个端口，其中一个端口与所述漂浮体51的内侧连接，另外两个端口与所述漂浮体51的外侧连接。三个端口均由弹簧构成。

所述连接结构4为六个且呈均匀分布。所述连接结构4与所述围堰1的中心轴不共面。

所述耗能结构2为轴承，所述轴承的安装高度高于水平面。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的切向运动耗能的围堰防波装置具有的区别是：如图4-6所示，所述耗能结构2包括耗能单元6，所述耗能单元6包括中空的条形壳体61，所述壳体61具有与所述围堰1外壁匹配的安装面以及与所述安装面相对的耗能面，所述耗能面上设有通孔611，在所述壳体61内设有耗能体；所述耗能体包括两组分别与所述条形壳体61轴向两端连接的第三弹性部件62以及位于所述两组第三弹性部件62之间的移动部件63；所述移动部件63的下部设有竖向滚轮632，上部设有横向滚轮631和竖向滚轮632；所述连接结构4穿过所述通孔611后与所述移动部件63连接。

所述耗能结构2包括六个依次连接的耗能单元6，所述耗能结构2为圆环形且内径与所述围堰1的外径匹配；每个耗能单元6与所述浮动结构3之间均设有所述连接结构4。

每组所述第三弹性部件62包括两个弹簧。

所述连接结构4与所述围堰1的中心轴不共面。

所述连接结构4上靠近所述浮动结构3处设有第二弹性部件41。

实施例3

与实施例1相比，本实施例的具有浮式耗能结构的围堰防波装置具有的区别是：如图7-8所示，在所述耗能结构2的下方设有圆环形的支撑浮体7，所述耗能结构2与所述围堰1外壁套接且所述耗能结构2可沿所述围堰1的外壁上下运动。

实施例1-3的耗能结构2通过不同的运动方式来实现耗能。实施例1的耗能结构2通过轴承外圈的转动来实现耗能，使用时将轴承的内圈与围堰1的外壁焊接即可；实施例2的耗能结构2通过移动部件63沿壳体61轴向的往复运动来实现耗能，使用时将耗能结构2的内壁与围堰1的外壁焊接即可；实施例3的耗能结构2通过其沿围堰外壁的上下运动来实现耗能，这主要归功于支撑浮体7的支撑作用，使用时，首先将该支撑浮体7套接在围堰1的外壁，然后将该耗能结构2套接在围堰1的外壁并使其受到支撑浮体的浮力支撑即可。当然，也可以将实施例1-2中的耗能结构2与支撑浮体7相结合，相当于增加了耗能的运动方式，进一步提升耗能速度。

实施例4

与实施例1相比，本实施例的用于桥墩围堰的防波装置具有的区别是：如图9所示，所述浮动结构3包括两个所述浮动单元，相邻两个浮动单元通过钢管8连接对应的两个漂浮体51来实现连接。

以上对本实用新型的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本实用新型。基于本实用新型的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。