ПЛАВУЧЕЕ ОГРАДИТЕЛЬНОЕ ВОЛНОГАСЯЩЕЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЕ СООРУЖЕНИЕ
FLOATING BARRIER WAVE-CUTTING REINFORCED CONCRETE STRUCTURE

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к плавучему оградительному волногасящему железобетонному сооружению, которое может быть применено в качестве волнолома или плотины для защиты различных объектов от волнового воздействия в условиях открытых морских акваторий.
Известен волнолом по авторскому свидетельству СССР №502078, кл. E02B 3/02, публ. 05.02.76 г., состоящий из основной стенки, параллельно установленной к ней дополнительной стенки, которые в плане образуют галерею, входное сечение которой ориентировано параллельно фронту господствующих ветров.
Известно оградительное сооружение акватории порта по патенту Российской Федерации №2022083, кл. E02B 3/06, опубл. 30.10.1994 г., в котором к головам молов с внешней стороны пристроены шпоры Г-образной формы, в плане, и которые обращены полками к судовому ходу, ориентированы так, что их головные участки выдвинуты в направлении друг к другу, со стороны подхода волн участки шпор имеют откосы.
Однако известные оградительные сооружения не являются плавучими и их невозможно устанавливать в зонах больших морских глубин.
Известен плавучий волнолом по патенту Российской Федерации №2005838, кл. E02B 3/06, публ. 15.01.1994 г., состоящий из нескольких пустотелых емкостей удлиненной формы, соединенных вплотную друг к другу с образованием плоской конструкции, стенки емкостей выполнены из эластичного материала, к крайней емкости прикреплена по меньшей мере одна балластная камера.
Недостатком плавучего волнолома является ненадежность его конструкции из-за выполнения стенок емкостей из эластичного материала, а наличие балластной камеры не только усложняет конструкцию волнолома, но и не обеспечивает эффективное гашение больших волн.
Наиболее близким аналогом к заявляемому является плавучий волнолом, разработанный фирмой «Харрис» (Англия), представляющий собой конструкцию, собранную из отдельных пустотелых балок-блоков, заполненных пенопластом и жестко соединенных между собой ригелями, железобетонные балки-блоки собраны так, что по всей длине волнолома остаются продольные щели, ко дну конструкции волнолома крепятся несколькими рядами якоря, волна гасится над горизонтальной плоскостью в результате ее перекатывания через балки-блоки и турбулизации в щелях, волнолом рассчитан на гашение волн высотой h=10 м (см. «Плавучие волноломы», в кн. Смирнова Г.Н. и др. «Порты и портовые сооружения» §57, гл.14., стр.296-299, М., изд-во «Ассоциации строительных вузов», 2003 г.
Сходными признаки являются наличие отдельных пустотелых конструкций, соединенных между собой с образованием плавучей конструкции, к днищу которой прикреплены якоря и грузы.
Недостатком известного плавучего волнолома является ненадежность конструкции при гашении энергии волн, в связи с тем, что волна гасится в результате ее самопроизвольного перекатывания через блоки, а специальные волногасящие устройства не предусмотрены.
Технической задачей заявляемой полезной модели является создание плавучего сооружения с улучшенными эксплуатационными свойствами, за счет повышения эффективности гашения энергии волн.
Для решения технической задачи плавучее сооружение,
включающее пустотелые конструкции, соединенные между собой с образованием сооружения, к днищу которого прикреплены якоря и грузы (признаки, сходные с ближайшим аналогом), снабжено новыми существенными признаками, обеспечивающими эффективное гашение энергии волн, за счет того, что пустотелые конструкции выполнены в виде железобетонных блок-секций с воздушными пустотами и которые гибко соединены смежными торцовыми стенками друг с другом посредством металлических стяжных цепей, при этом каждая блок-секция имеет лицевую наружную несущую стену, расположенную со стороны воздействия волн, в верхней части которой установлена волноотбойная железобетонная стенка, высоту которой задают в зависимости от расчетной максимальной высоты волны перед сооружением, причем в верхней части каждого пустотелого блока-секции воздушные, пустоты выполнены в виде струенаправляющих волногасящих сквозных галерей, образованных под железобетонным перекрытием для возможности ориентации водного потока в поперечном направлении от лицевой наружной несущей стены к тыльной (обратной) наружной несущей стены, при этом на лицевой наружной несущей стене выполнены входные прямоугольные отверстия струенаправляющих волногасящих сквозных галерей, последние разделены между собой вертикальными железобетонными стенками, причем струенаправляющие волногасящие сквозные галереи выполнены с выступающими волногасящими элементами,
расположенными с обеих боковых сторон галереи по всей ее длине, на равном расстоянии друг от друга и со смещением вертикальных осей, таким образом, что на каждой противоположной вертикальной железобетонной стенке струенаправляющей волногасящей сквозной галереи вертикальная ось выступающего волногасящего элемента расположена между вертикальными осями двух соседних выступающих волногасящих элементов для возможности создания усиленного волноотбойного и волногасящего эффекта при заходе водного потока от волны, причем нижние грани струенаправляющих волногасящих сквозных галерей расположены на расстоянии 0,3-0,5 м выше уровня спокойного моря, а со стороны входных прямоугольных отверстий нижние грани струенаправляющих волногасящих сквозных галерей выполнены скошенными для обеспечения попадания большего объема потока воды при подходе волн к сооружению, а в нижней части железобетонных пустотелых блок-секций воздушные пустоты разделены тонкостенными перегородками и выполнены замкнутыми в виде воздушных пространственных полостей любых размеров и конфигураций, расположенных в несколько ярусов и которые распределены независимо от их количества равномерно по всему внутреннему объему железобетонной пустотелой блок-секции с образованием многоярусной монолитной конструкции сооружения для обеспечения плавучести и остойчивости пустотелых железобетонных блок-секций, причем на торцовых несущих стенах каждой пустотелой железобетонной блок-секции установлены буферные амортизаторы для смягчения динамических воздействий друг от друга железобетонных блок-секций. Количество струенаправляющих волногасящих сквозных галерей в каждой отдельной железобетонной пустотелой блок-секции задают в зависимости от геометрических параметров этих блок-секций, а высоту сечения струенаправляющих волногасящих сквозных галерей задают в зависимости от расчетной высоты подходящих к сооружению волн. Волногасящие выступающие элементы могут быть выполнены в виде шпор различной формы.
Устройство поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображено сооружение в аксонометрии, общий вид;
на фиг.2 - то же, показана отдельная пустотелая железобетонная блок-секция с входными прямоугольными отверстиями, аксонометрия, общий вид;
на фиг.3 - то же, показана струенаправляющая волногасящая сквозная галерея, вид сбоку;
на фиг.4 - то же, показана галерея с выступающими волногасящими элементами, вид сверху, в разрезе А-А;
на фиг.5 показаны металлические цепи, подсоединенные к закладным деталям, вид в аксонометрии.
Устройство включает отдельные пустотелые конструкции, выполненные в виде железобетонных блок-секций 1 (или модулей) с воздушными пустотами 2, которые в нижней части железобетонных пустотелых блок-секций разделены тонкостенными перегородками 3. Железобетонные блок-секции 1 гибко соединены смежными торцовыми стенками 4 друг с другом посредством металлических стяжных цепей 5 с образованием сооружения любой заданной протяженности. При этом каждая железобетонная пустотелая блок-секция 1 состоит из лицевой наружной несущей стены 6, тыльной (обратной) наружной несущей стены 7, торцовых (боковых) стен 4, железобетонного днища 8 и железобетонного перекрытия 9.
Лицевая наружная несущая стена 6 расположена со стороны воздействия волн, в ее верхней части установлена волноотбойная железобетонная стенка 10, высоту которой задают расчетным путем в зависимости от расчетной максимальной высоты волны перед сооружением. В нижней части лицевой наружной несущей стены 6 установлены закладные детали 11 для анкерных устройств, например, в виде монтажных петель, посредством которых к железобетонному днищу 8 закреплены одним концом тросы 12, к другому концу которых закреплены якоря 13, а между блок-секциями 1 и якорями 13 на тросы 12 подвешены грузы 14 для большей устойчивости блок-секций 1 и всего плавучего сооружения, за счет натяжения тросов.
По вертикальным боковым кромкам лицевой наружной несущей стене 6 сооружения установлены закладные детали 15 для металлических стяжных цепей 5 с возможностью обеспечения повышенной плавучести сооружения при соединении смежных торцовых (боковых) стен 4 соседних пустотелых блок-секций 1. На торцовых (боковых) стенах 4 каждого железобетонного пустотелого блок-секции 1 установлены буферные амортизаторы 16 для смягчения динамических воздействий друг от друга во время штормовых явлений или во время буксирования водным путем к месту сборки сооружения.
В верхней части каждой пустотелой железобетонной блок-секции 1 воздушные пустоты 2 выполнены в виде струенаправляющих волногасящих сквозных галерей 17, образованных под железобетонным перекрытием 9 для возможности ориентации водного потока в поперечном направлении от лицевой наружной несущей стены 6 к тыльной (обратной) наружной несущей стене 7 в процессе эксплуатации сооружения. При этом количество струенаправляющих волногасящих сквозных галерей 17 в каждом железобетонном пустотелом блок-секции 1 задают в зависимости от геометрических параметров этих блок-секций 1, а размеры струенаправляющим волногасящим сквозным галереям 17 задают в зависимости от параметров волн.
Например, одна пустотелая железобетонная блок-секция 1 имеет размеры: длина 70-100 м, ширина 30-50 м, высота 15-20 м, при этом струенаправляющие волногасящие сквозные галереи 17 имеют размеры от 3,0-4,0 м по ширине и до 3,0-6,0 м по высоте, в зависимости от расчетной высоты подходящих волн.
Струенаправляющие волногасящие сквозные галереи 17 разделены между собой вертикальными железобетонными стенками 18, толщиной, примерно 0,5-1,0 м.
На лицевой наружной несущей стене 6 выполнены входные прямоугольные отверстия 19 струенаправляющих волногасящих сквозных галерей 17, при этом входным прямоугольным отверстиям задают размеры в зависимости от параметров пустотелого железобетонного блок-секции.
Струенаправляющие волногасящие сквозные галереи 17 выполнены с выступающими волногасящими элементами 20, различной формы, расположенными с обеих боковых сторон сквозной галереи 17 по всей ее длине, на равном расстоянии друг от друга и со смещением вертикальных осей 21, таким образом, что на каждой противоположной вертикальной железобетонной стенке 18 струенаправляющей волногасящей галереи 17 вертикальная ось 21 выступающего волногасящего элемента 20 расположена между вертикальными осями 21 двух соседних выступающих волногасящих элементов 20 с возможностью создания усиленного волноотбойного и волногасящего эффекта при заходе водного потока от волны. Нижние грани 22 струенаправляющей волногасящей галереи 17 расположены на расстоянии 0,3-0,5 м выше уровня спокойного моря для снижения волновой нагрузки на блок-секцию 1.
Со стороны входных прямоугольных отверстий 19 нижние грани 22 струенаправляющих волногасящих сквозных галерей выполнены скошенными для возможности попадания большего объема потока воды при подходе волн к сооружению.
Волногасящие элементы 20 могут быть выполнены в виде шпор различной формы.
В нижней части железобетонных пустотелых блок-секций 1 воздушные пустоты 2 разделены тонкостенными перегородками 3 и выполнены замкнутыми в виде воздушных пространственных полостей любых размеров и конфигураций, которые расположены в несколько ярусов и распределены равномерно по всему внутреннему объему железобетонного пустотелого блок-секции 1 с образованием многоярусной монолитной конструкции сооружения и обеспечения плавучести и остойчивости пустотелых железобетонных блок-секций 1.
Блок-секции 1 могут быть выполнены различной конфигурации, в зависимости от их предназначения и установлены на любом участке морской (океанской) акватории, при этом глубина моря под сооружением должна быть не меньше осадки сооружения.
Гашение энергии волн осуществляется через струенаправляющие волногасящие сквозные галереи 17, образованные под железобетонными перекрытиями 9 в верхней части пустотелых железобетонных блок-секций.
Работает устройство следующим образом.
При подходе волн к лицевым наружным несущим стенам 6 плавучего сооружения основная масса воды поступает через входные скошенные прямоугольные отверстия 19 в воздушные пустоты 2 струенаправляющих волногасящих сквозных галерей 17, где при прохождении этой массы воды ее поток ударяется о выступающие волногасящие элементы 20 одновременно с обеих сторон каждой галереи, ориентируясь в поперечном направлении от лицевой наружной несущей стены к тыльной наружной несущей стены. За счет смещения вертикальных осей волногасящих элементов 20, например волногасящих шпор, масса потока воды подвергается турбулентному хаотичному течению, в результате которого сила потока воды слабеет, теряет свою энергию и выливается из струенаправляющей волногасящей галереи 17 с тыльной стороны блок-секции 1. В связи с тем, что нижние грани 22 струенаправляющих волногасящих сквозных галерей 17 расположены на 0,3-0,5 м (оптимальные значения) выше уровня спокойного моря, основная масса потока воды от волн попадает в струенаправляющую волногасящую сквозную галерею 17, снижая волновую нагрузку на блок-секцию 1.
Таким образом, происходит эффективное гашение энергии волн при их прохождении через струенаправляющие волногасящие сквозные галереи на протяжении всего плавучего сооружения.
При этом волноотбойная железобетонная стенка 10 в верхней части лицевых наружных несущих стен 6 предотвращает попадание водного потока на железобетонные перекрытия 9 блок-секций 1.
В период воздействия штормовых волн или во время сборки сооружения буферные амортизаторы 16 смягчают динамическое воздействие друг от друга плавучих блок-секций 1 всего сооружения. В результате эффективного гашения энергии волн значительно улучшаются эксплуатационные свойства всего сооружения, не зависимо от его протяженности, что доказано проведенными экспериментальными лабораторными исследованиями путем физического моделирования заявляемого сооружения в гидравлическом бассейне.
В случае расположения нижних граней галерей 17 ниже или выше оптимальных значений, т.е. менее 0,3 м и более 0,5 м снижается эффективность гашения волн и приводит к большим волновым нагрузкам на блок-секции 1, так как при этом в галереи 17 попадает максимальный объем потока воды от штормовых волн, ухудшая эксплуатационные свойства сооружения, что также доказано экспериментальными исследованиями.
Предлагаемое к патентованию плавучее оградительное волногасящее железобетонное сооружение, по сравнению с ближайшим аналогом, а также другими известными в строительстве оградительными гидротехническими сооружениями, значительно повышает эффективность гашения энергии волн, за счет чего улучшаются его эксплуатационные свойства.
Настоящее плавучее сооружение создает возможность размещать на его поверхностях различные объекты, типа спортивных площадок, зон отдыха, и может быть использовано для причаливания судов с тыльной стороны сооружения.
Предлагаемое сооружение можно использовать в условиях открытых морских акваторий, на любом участке морской или океанской акватории, в том числе и в отдаленных от берега акваториях, и при различных глубинах.
Кроме того, предлагаемое к патентованию изобретение можно использовать на строительстве любых других плавучих капитальных сооружений, например плавучих искусственных островов.
Таким образом, по мнению заявителей, предлагаемое к патентованию плавучее оградительное волногасящее железобетонное сооружение является патентоспособным, так как соответствует критерям: новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.