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。一般通過利用整治建筑物來調(diào)節(jié)水流與河床，而整治建筑物（如丁壩、潛壩）多采用沉排護底。從工程技術(shù)的角度來看，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)定性又依賴于護底的穩(wěn)定。
　　當前，作為一種新型護底結(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、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，作為整治建筑物的構(gòu)件，常用于各種壩的護底。因此，在實際的

2、航道整治工程中，越來越多地使用系結(jié)壓載體軟體排沉排工藝。
　　但是，在長江流域中進行軟體排沉排時，由于水位高、流速大，軟體排在水中的掛載長度和重量都很大，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、解決的問題之一，不僅具有理論價值，而且具有實用價值。
　　論文的研究主要包括以下幾個方面：
　?。?）討論了天然河道中水的流速分布，并對紊流流速分布的兩類公式進行了比較，確定了易于實施的指數(shù)流速分布公式。在此基礎(chǔ)上借助水力學(xué)中連續(xù)性方程和動量方程，得到了不同水面流速的天然河道中沉排時，排體在不同水深處所受到的動水作用力的計算公式，為排體沉排荷載中的動水作用力計算提供依據(jù)。
　　（2）通過詳盡的理論推導(dǎo)，建立了完整的軟體

4、排沉排受力分析的懸鏈線計算模型。得到了軟體排在靜水中沉排時排體構(gòu)型的懸鏈線曲線，并得到了相對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。由于懸鏈線計算模型是在不考慮排體拉伸變形以及動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)計以及制定沉排工藝時的參考。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水沉排力學(xué)特性的集中質(zhì)量法計算模型，解決了實際軟體排排體具有重量分布不均勻、有拉伸大變形、在動水中進行沉排時的力學(xué)難題，克服了目前理論的缺點和不足。編制了易于推廣應(yīng)用的計算機程序，使得在軟體排沉排施工工程的受力分析變得簡單快捷，將有力地推動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題。通過系列有限元實例計算分析，揭示了目前軟

6、體排沉排有限元力學(xué)性能計算實踐中的問題。通過采用可模擬布結(jié)構(gòu)（cloth-type structure）的非線性SHELL181單元，同時在計算手段上采用施加預(yù)應(yīng)力以及合適的網(wǎng)格來避免膜結(jié)構(gòu)大變形過程中單元出現(xiàn)翹曲的收斂性問題，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)值模擬計算問題。
　?。?）在長江航道開展了大規(guī)模的沉排工程直接實驗。通過實驗獲得了適用于深水沉排的施工工藝參數(shù)，為制定軟體排順水沉排工藝規(guī)范