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施工桥区大型钢围堰设置对航道通航的影响研究
| 论文题名： | 施工桥区大型钢围堰设置对航道通航的影响研究 |
| 关键词： | 施工桥区;钢围堰设置河段;水流特性;航行阻力;航迹偏移 |
| 摘要： | 水路运输的安全问题影响着人们的日常生活和经济发展。除了人为因素的影响外，自然水流条件给水路运输带来的安全问题最为复杂。航道施工桥区河段复杂流态使船舶航行的风险激增，可能造成巨大的生命财产损失。分析大型钢围堰布置河段的水流特性，研究复杂水流环境下船舶的受力与航迹偏移，可为船舶在施工桥区的安全航行提供理论性的建议。 本文以重庆某大桥为工程案例，结合施工期间大型钢围堰的布置概况，以流体质量守恒方程和雷诺时均方程为理论基础，基于Fluent有限元软件对钢围堰设置河段桥梁轴线方向和垂直桥梁轴线方向的断面流速进行数值模拟。通过钢围堰设置前后各断面流速变化的比较，分析钢围堰设置对航道水流条件产生的影响。通过动船模型模拟，从船舶航行阻力方面以及航迹偏移方面分析大型钢围堰的设置对船舶航行的影响。研究得出的主要结论如下： 1）钢围堰设置对航道水流条件产生的影响。 施工桥区钢围堰设置后的水流流速变化。垂直桥梁轴线方向上，越靠近钢围堰上游圆弧面，流速减小幅度越大；靠近桥梁轴线位置，水流流速开始增大，在距离钢围堰尾部圆弧面约0.6Bs（Bs为钢围堰的宽度）处达到最大增幅；桥梁轴线方向上，距钢围堰中心约1.8Bs~3.2Bs处的流速变化较为显著。 施工桥区钢围堰设置后的水流特性。钢围堰两侧的流速变化量比较接近，水流流速分布近似对称；钢围堰顶端水位有明显的增高，从急流变成缓流，水面形成壅水曲线；距钢围堰尾部圆弧面约0.3Bs～1.8Bs位置形成了涡脱现象。 2）钢围堰设置对船舶航行的影响。 垂直航道轴线方向上的影响。当横向距离超过3.0Bs时，船速的变化对航行阻力和航迹偏移的影响非常小，故将横向距离3.0Bs定为本案例的安全航行距离。在相关工程中可参考本文的方法确定安全航行距离。 航道轴线方向上的影响。在距钢围堰头部约1.2Bs的位置，航行阻力达到峰值，钢围堰顶端产生壅水现象；钢围堰中部位置时，船体向靠近钢围堰方向偏移，若操作不当可能会有撞堰的风险；距钢围堰尾部约1.6Bs的区域内有较大涡旋，应保持较大的横向距离，并以稳定的航速航行，尽量避免在产生涡旋的区域会船。 |
| 作者： | 黄鑫伟 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 程志友 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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