橋墩周圍水流結構與船舶的相互作用機理研究.pdf

1、目前，國內外已有許多專家學者針對跨河橋梁建設對通航安全的影響做過大量研究。其中確定船橋間的安全距離，預控船舶撞擊橋梁基礎是保證橋區(qū)通航安全的一個重要問題。此類問題研究成果可以歸為兩類:一類是從船舶角度出發(fā)，研究跨河橋梁對船舶運動、船舶水動力導數等方面的影響，確定船舶的船舶領域或臨界失控干擾區(qū)。一類是從航道條件的角度出發(fā)，研究跨河橋梁對通航水流條件的影響，確定橋梁基礎引起的礙航區(qū)域的范圍，一般稱為橋墩紊流區(qū)。
　　 本文的主要以單

2、圓柱型橋墩、內河常見船型為研究對象，研究橋墩周圍水流結構與船舶的相互作用機理，為確定船橋間的安全距離提供科學依據。本文采用物理模型與數值模擬技術相結合的方法，對以下內容進行研究:
　　 a.橋墩周圍水流結構與船舶相互作用演進規(guī)律;
　　 b.通過系列實驗，進行船橋間橫向間距敏感性分析，對比分析橋墩周圍水流結構與船舶相互作用演進規(guī)律及強度與船橋間橫向間距的相關性;
　　 c.從船舶失控偏航的角度出發(fā)，探討船橋間安全

3、間距的界定方法。
　　 得到的主要結論有以下內容:
　　 1.船舶運動過程中受到的艏搖力矩變化過程主要是由于船橋間流速增加以及渦體貼近船舶產生負壓區(qū)二個方面的影響;
　　 2.駛經橋墩船舶艏搖力矩時歷一般會出現兩個正向峰值，以及最少一個負向峰值。第一正向峰值發(fā)生在船艏接近橋墩時，隨后出現負向峰值，然后艏搖力矩反轉產生第二正向峰值;
　　 3.駕經橋墩船舶艏搖力矩演進規(guī)律表明:船首經過橋墩軸線以后、船中即將

4、到達橋墩軸線前是最不利時刻，此時船舶艏搖力矩反轉并達到艏搖力矩最大絕對值，且易發(fā)生撞擊橋墩橫漂量;
　　 4.對于本文研究對象而言，1.0D以上橫向間距可認為是船橋間安全間距;
　　 5.第一正峰值主要受到船橋間水流加速的影響，因此隨著橫向間距的增加，艏搖力矩時歷第一正峰值逐漸減小;
　　 6.負峰值以及第二正峰值受到即受到船橋間水流加速的影響又受到尾渦脫落的影響，因此并沒有完全隨著橫向間距的減小而減小，其值與船

5、舶進入尾渦時橋墩尾渦脫落的相位有關;
　　 7.通過研究發(fā)現隨著船型、航道條件以及橋墩墩型的不同，船橋間安全間距不是固定值，需要具體問題具體分析。因此本文提出兩種船橋間安全間距的界定模型，以供參考。
　　 本文章創(chuàng)新性主要表現在以下兩個方面:
　　 a.確定了經過橋墩時船舶水動力艏搖力矩的主要成因;
　　 b.考慮橋墩尾渦周期性脫落并將船體與水流結構之間的相互作用作為重要影響因素來界定船橋間安全距離;