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原文传递一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤及其数值计算方法

专利名称：	一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤及其数值计算方法
摘要：	一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤及其数值计算方法，属于防波结构技术领域。包括内外侧钢筋网、多孔石料填充层、圆筒形格栅、钢管横梁。多孔石料填充层位于圆筒形格栅内部，由内外侧钢筋网夹持固定，内外侧钢筋网、圆筒形格栅在任意水平截面为同心圆环。内外侧钢筋网底部与海底之间固定连接，外接圆筒形格栅、内外侧钢筋网之间通过多根钢管横梁固接。根据比例边界有限元方法计算圆环柱形防波堤的受力，数值结果表明圆环柱形防波堤具有较好的防波性能。本发明提供的防波堤将开孔结构和带多孔填充夹层开孔结构相结合，通过调整开孔系数和填充系数，集二者优点于一体，防波效果显著；且开孔格栅和多孔石料层相互独立，设计简单，便于施工。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	大连理工大学
发明人：	刘俊;臧全胜;林皋;叶文斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910278777.7
公开号：	CN109914339A
代理机构：	大连理工大学专利中心
代理人：	李晓亮;潘迅
分类号：	E02B3/06(2006.01);E;E02;E02B;E02B3
申请人地址：	116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
主权项：	1.一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤，其特征在于，所述的圆环柱形防波堤包括内侧钢筋网(1)、多孔石料填充层(2)、外侧钢筋网(3)、圆筒形格栅(4)、钢管横梁(5)；所述的多孔石料填充层(2)位于圆筒形格栅(4)内部，由内侧钢筋网(1)、外侧钢筋网(3)夹持固定，内侧钢筋网(1)、外侧钢筋网(3)、圆筒形格栅(4)为圆环结构，且在任意水平截面同心；所述多孔石料填充层(2)的空隙率和线性阻力系数均匀，所述圆筒形格栅(4)开孔系数均匀；所述的内侧钢筋网(1)底部、外侧钢筋网(3)底部与海底(7)固定连接；所述外接圆筒形格栅(4)、内侧钢筋网(1)以及外侧钢筋网(3)之间通过多根钢管横梁(5)焊接相连；所述外接圆筒形格栅(4)的圆环柱形防波结构顶部高程大于海平面(6)高程。 2.根据权利要求1所述的一种外接圆筒形格栅的圆环柱形防波堤的受力计算方法，其特征在于以下步骤：设圆筒形格栅半径为b，外侧钢筋网半径为c，内侧钢筋网半径为a，多孔石料填充层空隙率为ε，线性阻力系数为f；圆筒形格栅开孔系数为G，海水深度为H，防波结构直立且底端与海底固定连接；计算过程中，还将用到以下参数：液体密度ρ，重力加速度g以及惯性系数λ；系统所受波浪力的计算方法包括以下步骤：第一步，将整个流域划分为三个计算子域，即内侧钢筋网(1)所包围的区域ΩΙ，内侧钢筋网(1)和外侧钢筋网(3)所包围的区域ΩΙΙ，外侧钢筋网(3)和圆筒形格栅(4)之间的圆环柱形区域ΩΙΙΙ，以及圆筒形格栅(4)以外的无限域ΩΙV；第二步，对于无旋无粘的理想流体，每个子域中流体的速度势函数Φ(x,y,z,t)，采用分离变量法分解为：式中ω为角频率，满足方程ω2＝gk tanh(kH)，k为波数，i为虚数单位，满足三维Laplace方程，化简后得到二维Helmholtz方程：设在边界上的法向导数为表示法向波速，采用变分原理并引入比例边界有限元SBFEM坐标系，得SBFEM基本控制方程及内、外边界条件表达式：式中，为采用比例边界有限元坐标表示的关于的节点值，ζ＝k0bξ，s，ξ分别为比例边界有限元坐标中的环向坐标和径向坐标，ξ0为相似中心处的径向坐标，ξ1为边界上的径向坐标，N为拉格朗日插值形函数，E0、E2、Fs为系数矩阵；第三步，引入边界条件求解上述比例边界有限元控制方程；设分别表示域ΩΙ，ΩΙΙ、ΩΙΙΙ和ΩΙV中的速度势，各子域之间应满足耦合边界条件：内侧钢筋网界面处外侧钢筋网界面处圆筒形格栅界面处另外，ΩΙV还需满足无穷远处的Sommerfeld边界条件，即：其中，和为速度势的法向导数，r为节点与比例中心之间的距离；第四步，待和求出后，即可求出总场速度势Φ，进而即可求出波面高度η和动态压力p，p＝-ρΦ,t；结构域所受总力按下式计算：其中括号内第一～三项分别为内侧钢筋网填充内壁处、外侧钢筋网填充外壁处、圆筒形格栅外壁处结构单位长度上所受波浪力，R表示计算界面距离中心轴的距离。
所属类别：	发明专利