ПОДПРИЧАЛЬНЫЙ ВОЛНОГАСИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области гидротехники, в частности к гидротехническим сооружениям, и предназначена для защиты причальных сооружений от волновых воздействий.
Известно волногасящее сооружение для причалов, представляющее собой откос из отсыпки, поверхность которого для устойчивости укреплена камнем или искусственными блоками (Никеров П.С., Яковлев П.И. Морские порты: Учебник для вузов - М.: Транспорт, 1987. - 416 с.). При волнении на откосе происходит обрушение волн, в результате чего их энергия гасится.
Недостатками такого сооружения являются его большие поперечные размеры, а значит большая материалоемкость, особенно при больших глубинах, и значительные ударные волновые воздействия в зоне сопряжения эстакады с откосом, в результате чего повреждается верхнее строение.
Известно волногасящее сооружение для причалов (Патент РФ №2119004, кл. Е02В 3\06, 20.09.1998 г), которое разделено по фронту на секции и опирается на сваи-оболочки свайного основания. Сооружение имеет подпричальный откос, в верхней части которого выполнена камера гашения волновой энергии с передней стенкой в виде треугольной призмы из наброски фигурных блоков, например гексабитов, и с тыловым ограждением в виде вертикальной подпорной стенки. Передняя стенка волновой камеры может быть также в виде относительно тонкой проницаемой железобетонной плиты с коэффициентом сквозности 0,2÷0,3 (РД 31.31.43-86 Указания по проектированию подпричального откоса и тылового сопряжения набережных-эстакад, подверженных интенсивному волнению).
Недостатком подпричальных сооружений с волновой камерой является высокая стоимость и конструктивная сложность.
Известно волногасящее сооружение для причалов (Патент РФ №79297, кл. Е02В 3\06, 27.12.2008 г), представляющее собой подпричальный откос с камерой волногашения в тыловой части, заполненной камнем или фасонными блоками с достаточно большой гидравлической проницаемостью. Сверху камера перекрыта монолитной железобетонной плитой, имеющей внутреннюю перфорацию для гашения ударных волновых нагрузок. Перфорационные отверстия объединены сквозными внутренними каналами, которые в свою очередь объединены передним и тыловым выпускными клапанами для снижения компрессионного давления на плиту.
Недостатками такого сооружения являются высокая стоимость и конструктивная сложность.
Задачей полезной модели является повышение экономической эффективности с обеспечением защищенности причальных сооружений от волнового воздействия.
Поставленная задача решается за счет исключения подпричального откоса и использования объемной конструкции с продольными каналами, образуемыми пластинами (панелями) с продольными перегородками или трубами, которая жестко устанавливается в верхней части подпричальной зоны.
Заявителю не известны источники информации, содержащие технические решения, включающие в себя признаки отличительной части формулы.
Техническим результатом настоящей полезной модели является то, что применение пластин (панелей) или труб, собранных в объемную конструкцию, позволяет эффективно защищать причальные сооружения от волновых воздействий.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан подпричальный волногаситель (вид сбоку) и позициями обозначены:
1 - подпричальный волногаситель в виде пакета из пластин (панелей) или труб;
2 - пластины (панели) или трубы;
3 - продольные каналы;
4 - средний уровень воды;
5 - волна, подходящая к причалу;
6 - причальная плита;
7 - опоры (сваи);
8 - дно водоема;
9 - вертикальная подпорная стенка;
10 - тыловой выпускной клапан.
Подпричальный волногаситель 1 (фиг. 1) состоит из пластин (панелей) 2, выставляемых с помощью стоек и перегородок на определенном расстоянии друг от друга, образуя каналы или щели 3. Подпричальный волногаситель может состоять и из пакета труб, ориентированных перпендикулярно к причальному фронту. Верхняя часть подпричального волногасителя расположена выше среднего уровня воды 4. Подпричальный волногаситель взаимодействует с подходящими волнами 5. Причальная плита 6 опирается на опоры (сваи) 7, погруженные в основание водоема 8. Тыловая часть причала ограждена вертикальной подпорной стенкой 9. Между вертикальной стенкой 9 и причальной плитой 6 находится тыловой выпускной клапан 10, который предназначен для снижения компрессионного давления в тыловой зоне.
Подпричальный волногаситель работает следующим образом. Устанавливают его в верхней части подпричальной зоны, под причальной плитой 6. Подпричальный волногаситель 1 жестко крепится к причальной плите 6 и/или к опорам 7. Передний фронт волногасителя располагается в непосредственной близости от причального фронта, а задний фронт удален от вертикальной подпорной стенки на некоторое расстояние  (см. фиг. 1). Подходящие волны 5 после взаимодействия с волногасителем частично гасятся и уже ослабленные воздействуют на защищаемые объекты: причальную плиту 6 и вертикальную подпорную стену 9.
Для оценки волногасящей эффективности подпричального волногасителя были выполнены опыты в волновом лотке. Моделировалось взаимодействие волн с причальной эстакадой. Основные параметры были приняты следующими:
- глубина воды у сооружения d=12,6 м;
B
- отметка верха причальной плиты относительно среднего уровня Δz=+3 м;
H
- отметка низа причальной плиты относительно среднего уровня Δz=+1,5 м;
- высота подходящих волн Н=3 м;
- период волн Т=10,5 с;
b
к
- ширина тылового выпускного клапана =0,4 м.
Геометрический масштаб модели был принят равным α=1:40.
м
вм
нм
м
м
км
b
Соответствующие параметры в опытах были следующими: d=31,5 см; Δz=7,5 см; Δz=3,75 см; Н=7,5 см; Т=1,66 с; =1 см, где индекс «м» означает величины на физической модели.
Результаты опытов представлены на фиг. 2-4.
На фиг. 2 иллюстрируется опыт №1 с подпричальным откосом с уклоном 1:2,5.
Получено, что высота всплеска воды при заданном волнении через тыловой клапан составила 5 см (2 м). В скобках здесь и ниже приведены величины в пересчете на натурные условия.
Чтобы снизить волновое воздействие в тыловой зоне может быть сооружена волновая камера с проницаемой передней стенкой.
Результат опыта №2 с волновой камерой шириной 15 см (6 м) со сквозностью передней стенки n=0,2 иллюстрируется на фиг. 3.
Получено, что высота всплеска составила 1 см (0,4 м). В опытах №1 и №2 ширина (по направлению волн) верхней причальной плиты, опирающейся на сваи, составляла 60 см (24 м).
На фиг. 4 иллюстрируется всплеск воды у фронтальной части причала и через тыловой клапан в опыте №3.
В этом опыте отсутствовали подпричальные волногасящие сооружения, т.е. были убраны подпричальный откос и волновая камера, кроме того была сокращена до 31,5 см (12,6 м) ширина (по направлению волн) верхней причальной плиты. Параметры волн в опыте №3 были теми же, что и в опытах №1 и №2.
Получено, что без подпричальных волногасящих сооружений всплески воды у причального фронта составили до 15 см (6 м), а через тыловой клапан около 50 см (20 м).
Для оценки эффективности разработанного подпричального волногасителя был выполнен опыт №4.
h
h
в
м
м
В этом опыте, в отличие от опыта №3, под подпричальной плитой шириной 31,5 см (12,6 м) был жестко закреплен предлагаемый подпричальный волногаситель из пакета пластин. Ширина волногасителя составляла 30 см (12 м). Высота волногасителя равнялась =12,8 см (5,12 м), высота продольного канала - Δ=1,5 см (0,6 м). Расстояние от заднего фронта волногасителя до вертикальной подпорной стенки равнялось  (1 м). Параметры волн были теми же, что и в опытах №1-№3, т.е. Н=7,5 см (3 м); Т=1,66 с (10,5 с).
Результат опыта №4 иллюстрируется на фиг. 5. Получено, что предложенный подпричальный волногаситель весьма эффективен. Высота всплеска через тыловой клапан составляла всего 1÷1,5 см (0,4÷0,6 м). Аналогичные результаты были получены в опытах с подпричальным волногасителем из пакета труб.
Таким образом, предложенная полезная модель подпричального волногасителя обладает высокой волногасящей эффективностью, исключает необходимость строительства подпричального откоса, волновой камеры и может найти широкое применение для защиты от волнового воздействия причалов в портах или на открытых побережьях.
в
Ширину подпричального волногасителя (в направлении распространения волн) рекомендуется принимать равной I=0,1÷0,2 λ (λ - длина волн), высоту продольного канала или диаметр труб - Δh=0,2÷0,25 Н (Н - высота волн), высоту волногасителя - h=1,5÷2 Н, отметку верха волногасителя относительно среднего уровня - Δz=0,4÷0,5 Н. Расстояние от заднего фронта волногасителя до вертикальной подпорной стенки рекомендуется принимать равным .