橋區(qū)航行船舶的受力分析及通航條件試驗研究.pdf

1、橋梁的建設(shè)使得跨河交通更加順暢，但是橋墩的存在對橋區(qū)船舶的航行也造成了一定的阻礙。已有的研究成果表明:船舶在橋區(qū)航行時，橋墩的存在改變了河流原有的水流結(jié)構(gòu)，使得橋區(qū)的流態(tài)更加復(fù)雜，導(dǎo)致船舶的航行更具有一定的不可預(yù)見性，進而造成船撞橋事故。準確地確定橋區(qū)航道實有的通航凈空尺度，確定橋區(qū)船舶航行情況，能夠保障安全的同時節(jié)約橋梁建設(shè)的投資。近年來橋墩附近的水流結(jié)構(gòu)方面研究成為熱點之一，但從模型試驗?zāi)M船舶橋區(qū)航行時受力和力矩的成果較少。從船舶

2、受力的角度探討橋區(qū)航道船舶通航安全問題，提出改善船舶航行條件的措施，對保障橋區(qū)附近水域的通航安全及橋梁本身的安全具有重要意義。
　　采用壓力傳感器以及對應(yīng)的采集系統(tǒng)，測量不同流速下船舶通過橋區(qū)時的垂直于船軸線各斷面?zhèn)认蚴芰顩r。通過改變船橋間距，分析船舶受力變化、船舶所受轉(zhuǎn)首力矩變化情況，探討船舶在橋區(qū)航行時的安全特性，得出主要結(jié)論如下:
　　1、船舶順水流通過橋區(qū)時，船側(cè)前后各部位受力過程變化情況相似，當(dāng)船體到達墩前出現(xiàn)橫

3、流位置時，所受側(cè)向推力最大;隨后船體受到吸力，在橋墩中心所受側(cè)向吸力最大，船舶從橋墩中心順水流到遠離橋墩區(qū)域均受吸力，同時吸力隨橋船縱向間距減小。船舶整體受力情況，順水流通過橋區(qū)時，從遠離橋區(qū)基本不受水流的側(cè)向作用，隨后產(chǎn)生并推力逐漸增大到船頭位于墩前時，推力達到峰值，隨后推力迅速減小轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)向吸力并逐漸增大，在船尾處于橋墩中心區(qū)域時出現(xiàn)吸力峰值，隨后吸力隨船橋縱向間距增大逐漸減小到遠離橋區(qū)時吸力基本消失。
　　2、船舶水平面?zhèn)认?/p>

4、受力的變化與水流流速有關(guān)，側(cè)向受力隨流速增大而增大，且出現(xiàn)峰值的情況和側(cè)向受力變化規(guī)律在大水深情況下不隨水深改變而改變。同時側(cè)向受力隨著橋船側(cè)向間距增大而減小，當(dāng)側(cè)向間距增大到一定值后，側(cè)向受力基本可以忽略。不同流速下橋墩側(cè)向影響間距也不同，當(dāng)傅汝德數(shù)為0.124～0.289時變化范圍為1.0倍橋墩墩寬到3.0倍橋墩墩寬。
　　3、船舶順水流通過橋區(qū)過程中，船舶前半部分受側(cè)向力所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)首力矩先出現(xiàn)正峰值后快速出現(xiàn)負峰值，正峰值出

5、現(xiàn)在船頭位于墩前側(cè)向推力最大位置，而負峰值則出現(xiàn)在船尾處于墩中心區(qū)域，船舶后半部分的轉(zhuǎn)首力矩則恰好與前半部分相反。船舶通過橋區(qū)時整體因側(cè)向力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)首力矩共出現(xiàn)三個極值，在船頭位于墩前時出現(xiàn)正峰值，隨后減小轉(zhuǎn)變?yōu)樨撝担撝翟谝欢▍^(qū)間內(nèi)上下波動，這與橋區(qū)出現(xiàn)渦街、流態(tài)與紊流有關(guān)，在船尾處于橋墩中心時再次出現(xiàn)正極值，且第二個正峰值較第一個大。
　　4、側(cè)向力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)首力矩大小與流速的關(guān)系是隨流速增大而增大，隨側(cè)向間距增大而減小。