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原文传递桥区航行船舶的受力分析及通航条件试验研究

论文题名：	桥区航行船舶的受力分析及通航条件试验研究
关键词：	船舶;通航安全;受力分析;桥区水域
摘要：	桥梁的建设使得跨河交通更加顺畅，但是桥墩的存在对桥区船舶的航行也造成了一定的阻碍。已有的研究成果表明:船舶在桥区航行时，桥墩的存在改变了河流原有的水流结构，使得桥区的流态更加复杂，导致船舶的航行更具有一定的不可预见性，进而造成船撞桥事故。准确地确定桥区航道实有的通航净空尺度，确定桥区船舶航行情况，能够保障安全的同时节约桥梁建设的投资。近年来桥墩附近的水流结构方面研究成为热点之一，但从模型试验模拟船舶桥区航行时受力和力矩的成果较少。从船舶受力的角度探讨桥区航道船舶通航安全问题，提出改善船舶航行条件的措施，对保障桥区附近水域的通航安全及桥梁本身的安全具有重要意义。　　采用压力传感器以及对应的采集系统，测量不同流速下船舶通过桥区时的垂直于船轴线各断面侧向受力状况。通过改变船桥间距，分析船舶受力变化、船舶所受转首力矩变化情况，探讨船舶在桥区航行时的安全特性，得出主要结论如下: 　　1、船舶顺水流通过桥区时，船侧前后各部位受力过程变化情况相似，当船体到达墩前出现横流位置时，所受侧向推力最大;随后船体受到吸力，在桥墩中心所受侧向吸力最大，船舶从桥墩中心顺水流到远离桥墩区域均受吸力，同时吸力随桥船纵向间距减小。船舶整体受力情况，顺水流通过桥区时，从远离桥区基本不受水流的侧向作用，随后产生并推力逐渐增大到船头位于墩前时，推力达到峰值，随后推力迅速减小转变为侧向吸力并逐渐增大，在船尾处于桥墩中心区域时出现吸力峰值，随后吸力随船桥纵向间距增大逐渐减小到远离桥区时吸力基本消失。　　2、船舶水平面侧向受力的变化与水流流速有关，侧向受力随流速增大而增大，且出现峰值的情况和侧向受力变化规律在大水深情况下不随水深改变而改变。同时侧向受力随着桥船侧向间距增大而减小，当侧向间距增大到一定值后，侧向受力基本可以忽略。不同流速下桥墩侧向影响间距也不同，当傅汝德数为0.124～0.289时变化范围为1.0倍桥墩墩宽到3.0倍桥墩墩宽。　　3、船舶顺水流通过桥区过程中，船舶前半部分受侧向力所产生的转首力矩先出现正峰值后快速出现负峰值，正峰值出现在船头位于墩前侧向推力最大位置，而负峰值则出现在船尾处于墩中心区域，船舶后半部分的转首力矩则恰好与前半部分相反。船舶通过桥区时整体因侧向力产生的转首力矩共出现三个极值，在船头位于墩前时出现正峰值，随后减小转变为负值，负值在一定区间内上下波动，这与桥区出现涡街、流态与紊流有关，在船尾处于桥墩中心时再次出现正极值，且第二个正峰值较第一个大。　　4、侧向力产生的转首力矩大小与流速的关系是随流速增大而增大，随侧向间距增大而减小。　　5、不同的学者分析桥墩墩周围水流流态、流场和船舶运动位置统计等，可以从不同方面确定船舶在桥墩周围的安全距离。船舶在桥区的所受转首力矩对其安全航行的影响更加直接，采用此角度来确定安全距离，物理意义更加明确。以转首力矩负峰值的侧向变化为依据，并可以通过该方法得出船舶桥区通航的安全间距。
作者：	刘双
专业：	水利工程
导师：	胡旭跃
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长沙理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文