串列桥墩与船舶间水动力相互作用研究

来源 :长沙理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lyfwgc2005
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“十三五”期间将是我国交通成网的关键时期,高速铁路、高速公路、城乡公路的覆盖面会不断扩大。受桥位资源、接岸位置、征地拆迁等客观条件制约,常在已建桥梁上下游并建复线桥。桥墩周围的不良紊流场是影响桥区船舶通航安全的重要因素。前人关于桥墩对桥区船舶通航影响的研究往往通过桥墩周围的紊流场紊动强度、紊流宽度等间接反应,近来也有学者从船舶与桥墩周围的水流结构相互作用的角度直接研究船舶受桥墩影响后的受力情况和运动状态,但主要集中于单个桥墩的情况,对双个及多个桥墩研究尚少。由于复线桥梁的桥墩近距离布置,两桥墩水动力相互影响,桥墩周围水流结构比单桥墩情况复杂,对船舶通航的影响更加显著。本文采用物理模型试验与数值模拟相结合的方法,就串列圆柱桥墩与船舶间水动力相互作用问题展开研究。在概化水槽静水相对试验中,匀速拖曳桥墩上行经过固定船模,模拟船舶下行与桥墩会遇情况,用扭矩传感器对船模的艏摇力矩进行实时测量,分析其变化规律,为数学模型提供参考。利用FLUENT进行数值计算,采用软件中的动网格技术,并载入编写的用户自定义函数UDF对船体运动进行控制,实现船体与流场之间的流固耦合,用此方法深入分析桥墩中心间距、船桥横向间距、船速等因素对船-桥水动力相互作用的的影响。研究表明串列桥墩周围流场结构与两桥墩中心间距密切相关,船舶驶经串列桥墩时的艏摇力矩演进规律与单桥墩情况存在差异。桥墩间距较小时,两桥墩类似于一个增强的单墩,艏摇力矩演进规律与单桥墩情况一致,经历着正峰值、负峰值、正峰值的变化过程,随着桥墩间距增大,在第一个正峰与最后正峰值之间出现多个小幅波动。当桥墩间距达9.0D后,下游桥墩对上游桥墩的水动力干扰消失。在两桥墩间距大于13.0D后,船舶驶经上下游桥墩,相当于连续经过两个孤立的单桥墩。选取两桥墩间距为3.0D的串列桥墩为研究对象,发现随着船-桥横向间距的增大,船-桥间水动力相互作用减弱,当船-桥横向间距达1.5D时,桥墩对船舶水动力的干扰可以忽略。在此基础上,控制船-桥横向间距为0.5D,发现随着船速的提高,船-桥间水动力相互作用加剧,船舶受力增大明显。
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