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原文传递桥墩周围水流结构与船舶的相互作用机理研究

论文题名：	桥墩周围水流结构与船舶的相互作用机理研究
关键词：	桥墩;船舶;水流结构;安全距离;数值模拟;航道条件
摘要：	目前，国内外已有许多专家学者针对跨河桥梁建设对通航安全的影响做过大量研究。其中确定船桥间的安全距离，预控船舶撞击桥梁基础是保证桥区通航安全的一个重要问题。此类问题研究成果可以归为两类:一类是从船舶角度出发，研究跨河桥梁对船舶运动、船舶水动力导数等方面的影响，确定船舶的船舶领域或临界失控干扰区。一类是从航道条件的角度出发，研究跨河桥梁对通航水流条件的影响，确定桥梁基础引起的碍航区域的范围，一般称为桥墩紊流区。　　本文的主要以单圆柱型桥墩、内河常见船型为研究对象，研究桥墩周围水流结构与船舶的相互作用机理，为确定船桥间的安全距离提供科学依据。本文采用物理模型与数值模拟技术相结合的方法，对以下内容进行研究: 　　 a.桥墩周围水流结构与船舶相互作用演进规律; 　　 b.通过系列实验，进行船桥间横向间距敏感性分析，对比分析桥墩周围水流结构与船舶相互作用演进规律及强度与船桥间横向间距的相关性; 　　 c.从船舶失控偏航的角度出发，探讨船桥间安全间距的界定方法。　　得到的主要结论有以下内容: 　　 1.船舶运动过程中受到的艏摇力矩变化过程主要是由于船桥间流速增加以及涡体贴近船舶产生负压区二个方面的影响; 　　 2.驶经桥墩船舶艏摇力矩时历一般会出现两个正向峰值，以及最少一个负向峰值。第一正向峰值发生在船艏接近桥墩时，随后出现负向峰值，然后艏摇力矩反转产生第二正向峰值; 　　 3.驾经桥墩船舶艏摇力矩演进规律表明:船首经过桥墩轴线以后、船中即将到达桥墩轴线前是最不利时刻，此时船舶艏摇力矩反转并达到艏摇力矩最大绝对值，且易发生撞击桥墩横漂量; 　　 4.对于本文研究对象而言，1.0D以上横向间距可认为是船桥间安全间距; 　　 5.第一正峰值主要受到船桥间水流加速的影响，因此随着横向间距的增加，艏摇力矩时历第一正峰值逐渐减小; 　　 6.负峰值以及第二正峰值受到即受到船桥间水流加速的影响又受到尾涡脱落的影响，因此并没有完全随着横向间距的减小而减小，其值与船舶进入尾涡时桥墩尾涡脱落的相位有关; 　　 7.通过研究发现随着船型、航道条件以及桥墩墩型的不同，船桥间安全间距不是固定值，需要具体问题具体分析。因此本文提出两种船桥间安全间距的界定模型，以供参考。　　本文章创新性主要表现在以下两个方面: 　　 a.确定了经过桥墩时船舶水动力艏摇力矩的主要成因; 　　 b.考虑桥墩尾涡周期性脱落并将船体与水流结构之间的相互作用作为重要影响因素来界定船桥间安全距离; 　　本文研究成果可为船桥间安全间距的界定提供参考，也可为航道以及桥梁的规划设计、桥墩防撞以及船舶操纵驾驶提供参考。
作者：	乾东岳
专业：	港口、海岸及近海工程
导师：	刘晓平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长沙理工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文