航道整治工程中軟體排沉排力學(xué)特性的研究.pdf

1、航道整治是保證船舶航行安全的工程措施。一般通過(guò)利用整治建筑物來(lái)調(diào)節(jié)水流與河床，而整治建筑物（如丁壩、潛壩）多采用沉排護(hù)底。從工程技術(shù)的角度來(lái)看，航道整治的完善與否就取決于這些壩體的穩(wěn)定。而壩體的穩(wěn)定性又依賴(lài)于護(hù)底的穩(wěn)定。
　　當(dāng)前，作為一種新型護(hù)底結(jié)構(gòu)——由土工織物和壓載物組成的系結(jié)壓載體軟體排，由于其整體性強(qiáng)、排體具有柔韌性，能較好地緊貼河底、抗沖擊性能好，使用年限也較長(zhǎng)，作為整治建筑物的構(gòu)件，常用于各種壩的護(hù)底。因此，在實(shí)際的

2、航道整治工程中，越來(lái)越多地使用系結(jié)壓載體軟體排沉排工藝。
　　但是，在長(zhǎng)江流域中進(jìn)行軟體排沉排時(shí)，由于水位高、流速大，軟體排在水中的掛載長(zhǎng)度和重量都很大，排體所受的水流沖擊力也大，導(dǎo)致排體所受的拉力增加，排體的基布和加筋條的受力十分復(fù)雜。加之沉排施工工藝尚不成熟，對(duì)于軟體排沉排力學(xué)特性的已有研究成果又較少，使安全事故時(shí)有發(fā)生，阻礙了軟體排沉排工藝更廣泛的應(yīng)用。因此，系統(tǒng)研究軟體排沉排時(shí)的力學(xué)特性就成為推廣沉排工藝，加速航道整治急待

3、解決的問(wèn)題之一，不僅具有理論價(jià)值，而且具有實(shí)用價(jià)值。
　　論文的研究主要包括以下幾個(gè)方面：
　?。?）討論了天然河道中水的流速分布，并對(duì)紊流流速分布的兩類(lèi)公式進(jìn)行了比較，確定了易于實(shí)施的指數(shù)流速分布公式。在此基礎(chǔ)上借助水力學(xué)中連續(xù)性方程和動(dòng)量方程，得到了不同水面流速的天然河道中沉排時(shí)，排體在不同水深處所受到的動(dòng)水作用力的計(jì)算公式，為排體沉排荷載中的動(dòng)水作用力計(jì)算提供依據(jù)。
　?。?）通過(guò)詳盡的理論推導(dǎo)，建立了完整的軟體

4、排沉排受力分析的懸鏈線計(jì)算模型。得到了軟體排在靜水中沉排時(shí)排體構(gòu)型的懸鏈線曲線，并得到了相對(duì)移船位移與懸鏈線參數(shù)之間的關(guān)系，可以用于估算在靜水中沉排時(shí)不同水深、不同移船距離情況下排體所受的拉力。由于懸鏈線計(jì)算模型是在不考慮排體拉伸變形以及動(dòng)水作用力的情況下得到的，因此它僅適用于小水深情況下、靜水中沉排時(shí)求取排體的大致構(gòu)型以及所受拉力的估算，以作為沉排施工前期設(shè)計(jì)以及制定沉排工藝時(shí)的參考。此外，所得到的排體構(gòu)型懸鏈線曲線，是數(shù)值分析時(shí)建立

5、有限元模型的必要基本數(shù)據(jù)。
　?。?）首次提出了軟體排動(dòng)水沉排力學(xué)特性的集中質(zhì)量法計(jì)算模型，解決了實(shí)際軟體排排體具有重量分布不均勻、有拉伸大變形、在動(dòng)水中進(jìn)行沉排時(shí)的力學(xué)難題，克服了目前理論的缺點(diǎn)和不足。編制了易于推廣應(yīng)用的計(jì)算機(jī)程序，使得在軟體排沉排施工工程的受力分析變得簡(jiǎn)單快捷，將有力地推動(dòng)軟體排沉排的施工工藝的廣泛應(yīng)用。
　?。?）探討了有限元數(shù)值方法在軟體排分析上的適用性問(wèn)題。通過(guò)系列有限元實(shí)例計(jì)算分析，揭示了目前軟

6、體排沉排有限元力學(xué)性能計(jì)算實(shí)踐中的問(wèn)題。通過(guò)采用可模擬布結(jié)構(gòu)（cloth-type structure）的非線性SHELL181單元，同時(shí)在計(jì)算手段上采用施加預(yù)應(yīng)力以及合適的網(wǎng)格來(lái)避免膜結(jié)構(gòu)大變形過(guò)程中單元出現(xiàn)翹曲的收斂性問(wèn)題，解決了軟體排這種具有特殊結(jié)構(gòu)形式、具有大應(yīng)變幾何非線性的有限元數(shù)值模擬計(jì)算問(wèn)題。
　　（5）在長(zhǎng)江航道開(kāi)展了大規(guī)模的沉排工程直接實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了適用于深水沉排的施工工藝參數(shù)，為制定軟體排順?biāo)僚殴に囈?guī)范