一种浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统的制作方法

本发明属于防波堤技术领域，特别涉及一种浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统。

背景技术：

防波堤是一种港口、海岸工程结构，用来防御海浪对港口和作业区域的侵袭，维护港内水域平稳，确保船舶停靠、系泊、海洋养殖、海洋工程施工作业、近海体育运动的安全。防波堤为目标海域或海岸提供安全的波浪条件，在海域安全领域具有重要的作用。

随着海洋工程活动的逐渐深水化，固定式防波堤造价变得昂贵，施工也变得十分困难。而浮式防波堤具有造价低廉，修建工期较短等优点，成为深水海域防波堤的首选。

国内外实际工程中的浮式防波堤主要应用在港湾区域，风浪环境相对较好，使用范围也具有局限性。然而，如果将浮式防波堤应用于远海区域，浮式防波堤与系泊系统间存在着相互耦合作用，在极端海况下会导致运动响应加大，系泊缆断裂，浮式防波堤整体的安全性与稳定性受到威胁。

因此，如何使浮式防波堤在极端海况下规避风险，保证自身安全已成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够使浮式防波堤在极端海况下有效规避风险，保证自身安全的浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统，其创新点在于：包括双圆筒浮式防波堤，所述双圆筒浮式防波堤的两个浮筒平行且位于同一水平面，且所述两个浮筒通过舱壁连接；所述双圆筒浮式防波堤中浮筒的内侧上部设为舱室，下部设为压载水舱，所述双圆筒浮式防波堤中浮筒的内侧还设有平行于舱壁的水密平板，该水密平板用于分隔上部的舱室和下部的压载水舱；在各浮筒的底部中心固定连接有应急防护装置，且应急防护装置的底端连接有系泊缆a；所述各浮筒的两端中心以及两外侧壁的两端均分别连接有系泊缆b，所述系泊缆a和系泊缆b的底部均固定连接有用于固定锚点的配重块；其中，所述双圆筒浮式防波堤、舱壁及水密平板均采用钢制结构，所述应急防护装置采用橡胶结构。

进一步地，所述应急防护装置包括一本体安装座，所述本体安装座的上端面中心固定连接有一圆柱体，所述圆柱体的外侧壁上均匀分布有沿圆柱体圆周方向的橡胶圈，所述本体安装座的下端面固定连接有一弧形系泊缆扣件。

进一步地，在各浮筒的底部中心开孔，且在开孔的周围焊接若干个与橡胶圈配合连接的倒u型卡箍。

进一步地，所述应急防护装置上部圆柱体的高度远大于倒u型卡箍的高度，且上部圆柱体有部分位于浮式防波堤外部。

进一步地，所述应急防护装置的底端连接的系泊缆a，能够承受≥150t的张力。

进一步地，所述弧形系泊缆扣件能够承受≥150t的拉力。

本发明的优点在于：

（1）本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统，在极端海况下，浮式防波堤通过应急防护装置处系泊缆的系泊力将应急防护装置拉出，使海水进入压载水舱中，浮式防波堤将下沉到一定位置，减少浮式防波堤受到的波浪力，从而使系泊缆上的系泊力减小，使浮式防波堤在极端海况下规避风险，避免防波堤遭受破坏，造成巨大的经济损失；此外，浮式防波堤可以自主地规避极端海况下的不利影响，无需人员进入浮式防波堤进行手动注水，避免可能发生的人员受伤等意外状况；

（2）本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统，应急防护装置处的系泊缆具有一定强度要求，至少能承受150t的张力，浮式防波堤在极端海况下，应急防护装置处的系泊缆的系泊力未超过系泊缆的破断强度，系泊缆不会断裂，用于固定锚点的配重块不会发生移动；

（3）本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统,应急防护装置下部系泊缆扣件具有一定强度要求，至少能承受150t的拉力，浮式防波堤在极端海况下，应急防护装置处的系泊缆的系泊力未超过应急防护装置下部系泊缆扣件的极限强度，系泊缆扣件不会发生结构性破坏；

（4）本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统，浮式防波堤在良好海况下，应急防护装置处的系泊缆的系泊力未超过应急防护装置上橡胶圈的极限强度，浮式防波堤处于稳定工作状态，起到防浪消波的作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统的整体结构示意图。

图2是本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统的正视图。

图3是本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统的侧视图。

图4是本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统的俯视图。

图5是本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统中的单浮筒正视图。

图6是本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统中的应急防护装置结构示意图。

图7-图14是本发明浮式防波堤在极端海况下的应急防护装置处系泊缆在不同工况下的张力时历曲线图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统，如图1-4所示，包括双圆筒浮式防波堤1，双圆筒浮式防波堤1的两个浮筒平行且位于同一水平面设置，且两个浮筒通过舱壁9连接；双圆筒浮式防波堤1中浮筒的内侧上部设为舱室，下部设为压载水舱2，双圆筒浮式防波堤1中浮筒的内侧还设有平行于舱壁9的水密平板8，该水密平板8用于分隔上部的舱室和下部的压载水舱2；在各浮筒的底部中心固定连接有应急防护装置3，且应急防护装置3的底端连接有系泊缆6，系泊缆6能够承受≥150t的张力；各浮筒的两端中心以及两外侧壁的两端均分别连接有系泊缆5，且系泊缆5和系泊缆6的底部均固定连接有用于固定锚点的配重块7；其中，双圆筒浮式防波堤1、舱壁9及水密平板8均采用钢制结构，应急防护装置3采用橡胶结构。

本实施例中，如图6所示，应急防护装置3包括一本体安装座，本体安装座的上端面中心固定连接有一圆柱体10，该圆柱体10的外侧壁上均匀分布有沿圆柱体圆周方向的橡胶圈11，本体安装座的下端面固定连接有一弧形系泊缆扣件12，且弧形系泊缆扣件12能够承受≥150t的拉力；实施例中，圆筒浮式防波堤1与应急防护装置3的连接，如图5所示，在各浮筒的底部中心开孔，且在开孔的周围焊接若干个与橡胶圈11配合连接的倒u型卡箍4，圆柱体10嵌入各圆筒浮式防波堤1的底部孔内，且通过倒u型卡箍4与橡胶圈11固定，使圆筒浮式防波堤1与应急防护装置3固定连接；此外，应急防护装置3上部圆柱体10的高度远大于倒u型卡箍4的高度，且上部圆柱体10有部分位于浮式防波堤1外部。

为了验证本实施例浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统在不同工况下的应急防护效果，进行模拟，具体步骤如下：

（1）双圆筒浮式防波堤1的设计：双圆筒浮式防波堤1单模块的主体长度为15m，宽度为20m，浮筒直径为8m，连接浮筒结构宽度为1.875m，浮式防波堤吃水为4m；

（2）海况的设计：浮式防波堤安装海域的水深为45m，极端海况下的波浪参数为：有义波高hs=8m；谱峰周期tp为10s；波浪服从jonswap谱，波陡系数取0.33，并根据dnv-os-e301中给出中国南海区100年一遇最大风速56.3m/s，风速取海平面高10m处1分钟平均风速56.3m/s；结合浮式防波堤布置区域的实地考察和相关资料，本实施例中取1m/s作为表面流的流速，考虑到水深较浅，分析中采用流速不随水深而变化进行分析；

（3）有限元分析：本实施例中总体坐标系满足右手定则，x轴方向为沿双圆筒浮式防波堤1长度方向，y轴方向是沿着连接舱壁长度方向，z轴方向为竖直向上；坐标原点位于结构基线上4m浮式防波堤几何中点处；本计算采用水动力分析软件aqwa完成，在静平衡分析时，系泊索采用悬链线方程模拟（14deck采用nlin），而在耦合动力分析时，考虑系泊索的动力效应（14deck采用nlid）；在锚泊有限元分析中，考虑到结构的特性和主要尺寸，运用面单元模拟创建水动力分析模型，同时，考虑到防波堤消浪效果和结构的重量，浮式防波堤的设计吃水为4m；浮式防波堤的系泊系统采用10根系泊缆，系泊缆采用的类型包括直径78mmr4无档锚链100m和直径152mmr3无档锚链；

根据分析设计环境条件，考虑锚泊系统的对称性，主要对锚泊系统设计工况进行分析。考虑到防波堤模块主体结构相同，同时锚泊系统对称布置，锚泊定位能力分析取环境载荷方向为0度、30度、60度和90度；

（4）分析结果：如图7所示，应急防护装置3处的系泊缆6在浪向为0度的情况下，系泊缆6迎浪面所受张力的时历曲线图，如图8所示，应急防护装置3处的系泊缆6在浪向为0度的情况下，系泊缆6背浪面所受张力的时历曲线图；如图9所示，应急防护装置3处的系泊缆6在浪向为30度的情况下，系泊缆6迎浪面所受张力的时历曲线图，如图10所示，应急防护装置3处的系泊缆6在浪向为30度的情况下，系泊缆6背浪面所受张力的时历曲线图；如图11所示，应急防护装置3处的系泊缆6在浪向为60度的情况下，系泊缆6迎浪面所受张力的时历曲线图，如图12所示，应急防护装置3处的系泊缆6在浪向为60度的情况下，系泊缆6背浪面所受张力的时历曲线图；如图13所示，应急防护装置3处的系泊缆6在浪向为90度的情况下，系泊缆6迎浪面所受张力的时历曲线图，如图14所示，应急防护装置3处的系泊缆6在浪向为90度的情况下，系泊缆6背浪面所受张力的时历曲线图；由图7-图14可以看出，锚链最大张力发生在浪向为90度的情况，系泊缆6迎浪面所受张力≥35t，系泊缆6背浪面所受张力≥150t。

本实施例浮式防波堤在极端海况下的应急防护系统，在良好海况下，浮式防波堤处于相对稳定工作状态，起到消波减浪的作用；在极端海况下，浮式防波堤通过应急防护装置处系泊缆的系泊力将应急防护装置拉出，使海水进入压载水舱中，浮式防波堤将下沉到一定位置，减少浮式防波堤受到的波浪力，从而使系泊缆上的系泊力减小，使浮式防波堤在极端海况下规避风险，避免防波堤遭受破坏，造成巨大的经济损失；此外，浮式防波堤可以自主地规避极端海况下的不利影响，无需人员进入浮式防波堤进行手动注水，避免可能发生的人员受伤等意外状况。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。