高速横流作用下内河船舶偏转状态研究

我国内河航道是世界上运量最大、运输最繁忙、通航条件最复杂的航道之一，而横流是影响船舶安全通航的重要因素，目前国内外学者主要分析低速横流对船舶航行的不利影响，但对船舶在高速横流作用下运动情况研究较少。为揭示高速横流对内河船舶的影响，并对高速横流在航道中的整治利用进行可行性分析，通过数值模拟和概化模型试验，观察高速横流下船舶的运动形态以及不同喷射口压强，不同船－墩间距对船舶偏转的影响。结果表明:高速横流可以在桥墩前方形成弧形干扰带，拨开船艏，实现船桥避碰；船舶经过高速横流时依次经历船身顺直前进、船艏向远离桥墩偏转、船身回正、船尾向远离桥墩方向偏转四个阶段；喷射口压强越大，相同船－墩间距下船舶艏向角峰值越大，船舶到达艏向角峰值处位置越靠前，船身回正所用距离越短；船－墩间距越远，相同喷射口压强下船舶艏向角峰值越小。     

航速对桥区行进船舶受力和重心位置的影响研究

航行船舶与桥墩间的水动力作用随航行速度不同而变化,致使船舶在航行过程中受力及航行姿态发生变化。采用物理模型试验验证和数学模型计算相结合的方法,以船舶航速为变量,分析了船舶沿程受力、艏摇力矩及重心位移受航速影响的变化规律。研究表明:随着航速的增加,船舶受到的横荡力、艏摇力矩正负峰值相应增加;船舶航速越高,船艏驶至桥墩尾涡负压区时,船舶越容易横向靠近桥墩;船尾驶至桥墩尾涡负压区时,航速越高,船尾越容易横扫桥墩,且后续航行过程中船舶横向远离桥墩偏航越大。研究成果可为后续研究船舶运行安全性和工程中确定安全的船桥间距提供参考。     

斜交桥梁对山区河流行洪影响分析

为准确评估山区复杂工况条件下斜交桥梁对河流行洪的影响,建立MIKE21FM水动力模型,以拟建浮渡河大桥为例,分析不同频率设计洪水条件下斜交桥梁对河流水位及流速的影响。结果表明,急流条件下桥梁对河道水位壅高的影响较缓流条件下要大,并且随着斜交角度的增加而增加,在桥梁设计过程中应尽量保持桥梁轴线与水流方向正交,以减小桥墩对河道行洪的影响;拟建浮渡河大桥能够使河道水位壅高,桥下流速越大,并且随着洪峰流量的增大,水位壅高和流速增加越明显;受水流流态及斜交角度的影响,杨家沟铁路桥处水位壅高及流速增加均大于下游陈屯铁路桥;斜交桥梁对山区河流行洪影响需要引起重视。     

非通航孔桥墩“拦-防”组合防撞方案应用研究

非通航孔桥墩通常结构设计单薄,即便在采用最新防撞技术情况下,也难以将船撞力减少至桥墩自身抗力可承受的范围以内。为解决这一问题,对国内外最新防船撞技术进行了调研分析,提出"拦-防"组合的非通航孔桥墩防撞方法,即触发旋转式拦截网与柔性防撞圈组合的防撞装置。当失控船舶以一定速度靠近大桥桥墩时,首先被桥梁上游的拦截网拦截,在拦截网被拉断过程中,船舶航速将大幅降低。船舶冲出拦网再撞上桥墩时,防撞装置能及早发挥整体作用,化撞击集中力为分布载荷,以及让船尽早滑离而带走尽量多的剩余动能,以达到有效保护桥梁的目的。计算分析研究表明,该装置防撞护效果良好,造价相对低廉,并且易于实施。设计中只要充分结合桥区河床地形,可避免对环境造成负面影响。     

防撞浮箱对桥墩绕流影响的数值研究

在桥墩自由液面处加装防撞浮箱是目前常用的桥墩防撞方法。为了揭示防撞浮箱对桥墩绕流的影响，该文选取圆形桥墩，通过求解不可压缩流动RANS方程，采用雷诺应力(RSM)湍流模型，数值模拟了加装防撞浮箱的桥墩绕流。首先通过与圆柱绕流模型试验的对比，验证了数值仿真方法的合理性和结果的精确度；然后再进行不同水深下，加装不同截面形状和不同截面尺寸防撞浮箱的桥墩绕流数值计算，分析了防撞浮箱和水深对桥墩阻力系数、流场结构以及桥墩局部冲刷的影响。结果表明：加装防撞浮箱将增大整个结构的阻力，改变桥墩后部的涡结构；防撞浮箱截面形状和尺寸的变化都会对桥墩绕流产生影响，进而影响桥墩自身结构和桥区航道的安全通航，此外水深变化也是不可忽略的因素。研究结果可为桥墩防撞浮箱设计提供相关参考。     

万州长江公路大桥防撞装置结构稳定性及通航净空尺度

为了研究万州长江公路大桥防撞装置的通航适应性,分别采用有限元软件ABAQUS、物理模型试验等方法对该装置的结构稳定性及通航净空进行了分析。模型计算和试验结果表明,船舶撞击防撞带后,防撞带保持了较好的完整性,船舶也未出现擦刮大桥拱圈和自身翻覆现象,满足桥、船和防撞设施"三不坏"原则,防撞装置对大桥能进行有效地防撞保护。     

斜交桥的冲刷计算探讨

斜交桥的桥墩附近流态和冲刷情况极为复杂,很难准确确定桥墩附近的冲刷深度。通过对南盘江大桥桥墩附近的冲刷计算分析,从而探讨斜交桥冲刷计算的方法。计算结果表明:桥轴线与水流的斜交角度和桥墩阻水面积对冲刷影响明显,按斜交面积计算的冲刷深度比较合理,按投影面积计算的结果偏大。     

泄水孔斜交门槽的压力特性和空化特性

在“八五”国家科研攻关项目研究过程中，结合拉西瓦泄水孔进行了斜交门槽的压力特性和空化特性的试验研究。研究结果表明，泄水孔的门槽与流道斜交后，其压力分布具有明显的空间性质，用最小压力系数能较好地表征斜交门槽的压力特性；槽内３个壁面、槽下角隅两侧以及错距后斜坡上的最小压力均随斜交角的增加而减小；斜交门槽初生空化数随斜交角的增大而增大，这意味着斜交门槽比正交门槽更易发生空化现象。     

桥群河段通航条件及通航安全研究综述

现代陆路交通网络的快速发展已促使桥梁建设步入了高峰期,桥梁在沟通陆上交通的同时,受河道条件、跨江路线、岸线资源、撤迁以及建桥投入资金的影响,桥梁跨度及墩台布设等往往不能符合相关规范要求.加之水运行业的持续发展,船舶流量、船舶吨位及船舶尺度均在不断增加,由此可能引起原河道通航条件恶化、威胁船舶航行安全等一系列后果.而多座小间距桥梁形成的"桥群",对航行安全影响更大.基于给出的"桥群"基本含义,从桥群建设对通航条件的影响、桥梁选址与桥跨布设、通航安全保障措施等方面对国内外桥群河段通航条件及通航安全的研究现状进行了概述,并提出了需进一步研究的课题.     

山区河道斜交桥梁的防洪计算分析

山区河道弯曲狭长,洪水期峰高流急,而受地形和线位制约,很多桥梁不得不采用斜交方式跨河,进一步增加了阻水面积,给河道防洪造成很大压力。以拟建兰江特大桥为例,通过二维数值模型计算分析斜交桥梁扭转桥墩和增大桥跨两种结构优化方案对山区河道防洪和河床冲刷的影响效果。结果表明:扭转桥墩轴线与水流方向平行可以减小斜交桥梁对河流的阻水效应,并且可以改善桥墩的挑流作用,减小河道冲刷;增大桥跨(减少桥墩阻水面积)也是减轻桥梁阻水的有效措施,再结合扭墩对桥梁结构进行优化,可以显著减轻桥梁阻水作用,改善桥墩的挑流作用,并且减轻对河道的冲刷。     

三峡水利枢纽永久船闸人字门防撞装置设计

三峡永久船闸是三峡水利枢纽目前唯一的通航建筑物。因此,船闸的安全运行是保证川江航运畅通的关键。确保船闸安全运行的一个重要措施就是在人字门前设置防撞装置,以免遭下行船舶（队）因突发故障的撞击。防撞装置设计既要满足库水位变幅大、过坝船舶类型多、排水量大的要求,还应考虑永久船闸整体美观、经济合理、操作简单和维护方便。在比较了国内外大型船闸人字门防撞装置的设计后。提出三峡永久船闸人字门防撞装置的设计方案为：用钢丝绳作为拦船索,绳两端与槽内的升降机架用剪力销连接,升降机架由闸墩上的卷扬机启闭。三峡永久船闸防撞警戒装置具有投资较少、结构新颖、操作简单和维护方便等特点。在我国的通航建筑物中属首次使用,为船闸人字门防撞装置设计提供了有益的借鉴。     

桥梁通航安全评估问题的研究

在分析研究了国内外学者对桥梁通航安全论证的基础上,对通航河流桥梁布设原则、桥区通航条件、跨河桥梁碍航原因、桥梁碍航问题的处理等方面进行了论述。随着公路建设的快速发展,跨越通航河流的桥梁建设也日益增多,对船舶通航安全产生较大的影响,稍有不慎就会造成建成一座桥梁限制了一条航道发展的被动局面。所以,桥梁建设与航运之间的联系和作用要从整体出发,避免恶化通航条件,增加船舶的航行难度。     

驶经桥墩船体非定常水动力相互作用数值预报

应用CFD软件对船舶通过桥区时的船体-桥墩水动力相互作用进行数值研究,通过使用动网格技术及UDF进行船舶运动过程中的网格更新,对船舶沿直线航线匀速驶经桥墩时的非定常粘性流场进行数值模拟,对桥墩诱导的船体非定常水动力进行数值预报,其中假设船舶航速很小,因而自由面兴波的影响可以忽略。以一艘集装箱船和一个垂直柱体桥墩模型为例,选取不同的船体-桥墩横向距离进行了数值计算,得到了作用在船体上的横向力和转首力矩时历曲线,分析了船体-桥墩横向距离对船体非定常水动力的影响。     

Mike21软件在航道通航条件影响评价中的应用

为了评价226省道九圩港大桥工程建设对航道通航条件的影响,文章通过Mike21二维模型模拟了航道引水、排水两种情况下桥梁建设对航道通航条件的影响。根据模拟结果,水流在桥墩、导航桩、防撞桩附近会产生绕流,导致桥区出现横向水流,但是横向流速大于0.3 m/s的横流宽度较小,对船舶的航行安全影响不大。     

船行波对通航隧道断面尺寸影响的数值模拟分析

为探讨船行波对通航隧道断面尺寸的影响,基于完全非线性Boussinesq方程的开源程序包FUNWAVE-TVD建立了通航隧道内船行波传播的数值模型,重点分析了通航隧道内最大船行波波高及横向流速的时空分布规律,探讨了船舶吃水深度、弗劳德数、通航隧道水深和宽度以及船型对通航隧道内最大船行波波高和横向流速的影响;基于船行波波高历时分析,提出了计算通航隧道垂向断面高度的经验公式,并结合船行波破碎生成的横向流速和现行内河通航标准,给出了通航隧道内安全航行的水流条件及隧道横向断面尺寸的设计建议。结果表明:受隧道两侧直立壁反射影响,船尾波易受通航隧道岸壁影响叠加形成较大波高,越靠近隧道岸壁位置,最大横向流速越小;当船舶达到设计吃水深度时,产生的船行波不易破碎,最大横向流速较小。     

斜交桥墩阻水特性数值模拟研究

在桥梁设计中受地形地质、接线等原因影响,桥轴线有时不得不与河道斜交布置,通常情况下桥墩墩轴线与桥轴线垂直布置,受此影响,桥墩墩轴线则与水流流向形成一定夹角α.二维数值模拟研究成果表明,对同尺寸桥墩,α越大则桥墩阻水比随之增大,由此引起的桥墩墩前壅水高度及范围,桥区流速变化幅度及范围、紊流宽度等均相应增大,严重时将直接威...     

莲阳河特大桥斜跨河道的行洪影响分析

汕头市莲阳河特大桥斜跨莲阳河河道,与水流方向交角约63°,结合一维和二维水动力数学模型,分析工程建设对河道水位、流向、流速等方面的影响。结果表明:在桥梁斜跨河道,但桥墩顺水流布置的情况下,桥梁建设引起的水位壅高数值不大,对河道泄洪影响较小;桥墩周边及桥位河段流向和流速变化相对大,其他水域流速、流态变化较小,桥梁建设后对河道的流速、流态影响仅局限在局部河段,不会对河道整体河势造成影响,本项目桥梁斜跨河道且桥墩顺水流布置的方案可行。     

基于RNG k-ε湍流模型的串列双矩形截面桥墩绕流流场特性研究

串列双矩形截面桥墩在桥梁工程中应用广泛,桥墩间距对其绕流流场特性影响显著。利用Fluent软件,基于RNG k-?湍流模型对单矩形截面桥墩、串列双矩形截面桥墩绕流非稳态瞬时流场进行数值求解,从涡量、流线、压力及横向流速等多方面,研究了不同桥墩间距工况下(L/W=2、4、6)串列双矩形桥墩绕流流场分布特征。结果表明,与单矩形桥墩相比,串列双矩形桥墩绕流流动更复杂,尾流涡体及流线弯曲区横向分布范围更广;两桥墩剪切层的生成、分离和重附受桥墩间距影响,当L/W≥4时上游桥墩尾流出现涡体的生成与脱落,桥墩间形成流线弯曲区、压力增高区和压力降低区,下游桥墩尾流形成多个压力降低区。矩形桥墩尾流横向流速呈正负交替波动,与单桥墩单一且对称分布的流速波形图相比,双矩形桥墩横向流速波形图不再对称分布;桥墩间横向流速峰值随间距增大而降低,桥墩两侧区域横向流速波动峰值较单桥墩增大,且距离桥墩中心线越远波动峰值越低。研究结果可为桥墩布设提供参考。     

南水北调中线总干渠桥墩壅水影响分析

桥梁建设多在天然河道进行,当桥墩阻水面积占河道过水面积的比例较小时,可以不考虑桥墩壅水影响.南水北调干渠经常高水位运行,流速低,纵坡缓,桥梁壅水可能造成上游交叉建筑物输水能力降低以及渠顶超高不足和安全度的降低等问题.现以某跨渠高速公路桥为例,以数值模拟为手段对桥墩的壅水影响进行分析,认为在缓纵坡渠道上桥墩壅水上游影响长度较大,如跨渠桥梁间距过小,可能引起连锁壅水.桥梁设计时应尽量减小桥墩数量并避免斜交.     

水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟

通过改进已有的防波堤模型，建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响，主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下，随着斜板角度增大，透射系数逐渐增大，但增幅逐渐减小；②随着波陡增大，透射系数先减后增；③随着水平板间距增加，透射系数增大；④随着防波堤相对板宽的增大，透射系数逐渐减小；⑤随着防波堤出水高度增加，透射系数先减后增。结果表明，该新型结构防波堤的消波效果显著，可以很好地消减波浪，应用前景良好。