桥区河段横流对船舶航行的影响-水利水运工程学报.PDFVIP

第2期 水 利 水 运 工 程 学 报 No.2 摇 2012年4月 HYDRO鄄SCIENCE AND ENGINEERING Apr. 2012 桥区河段横流对船舶航行的影响 刘晓平, 李摇 明, 方松森, 林积大 (长沙理工大学 水利工程学院, 湖南 长沙摇 410076) 摘要:以某桥梁通航论证水工模型试验研究为基础,进行了遥控自航船模试验,对船模沿桥区不同航线航行情 况下受到的水流影响进行了分析,重点分析了横流作用下的船舶受力以及桥区河段横向水流对船模航行的影 响.分析结果表明,航线选择不同,船舶受水流的影响也不同;船舶受横流的影响程度与船型和静水航速等因素 有关,船舶尺寸越大,受横流的影响越大;船舶静水航速越大,受横流的影响越小.横流作用下船舶的受力复杂, 桥区河段应该合理规划航线以减小横流对船舶航行的影响,保证桥区通航安全. 关摇 键摇 词:桥区河段;航道等级;横流;船模试验;水工模型试验 中图分类号:U661.73;TV135.4摇 文献标志码:A摇 文章编号:1009-640X(2012)02-0021-06 近年来,随着我国内河航运的快速发展,特别是通航枢纽的建设使得原有航道的等级提高,船舶也向大 型化发展.与此同时,陆域交通的快速发展使得跨河桥梁的数量也越来越多,如果跨河桥梁的规划布置不当, 则会成为通航河流的主要碍航因素,甚至引起船舶与桥梁碰撞,发生船毁桥损的重大事故.因此,桥区河段船 舶的通航问题日益受到重视. 国内外许多学者通过水工模型试验、遥控自航船模试验和数值模拟等方法对存在于分流区航道及口门 [1-6] [7-12] 区等区域内的横流特性进行了研究 ,也有学者研究了桥区河段的通航条件及通航安全问题 ,并指出 在桥梁的通航论证及通航条件中,桥区横向水流是一个非常重要的因素,桥区横向流速应小于0.3 m/ s,当 [8] 横流流速大于0.8 m/ s时,跨河或通航水域中不得设置墩柱 .但目前对桥区河段存在的横流对船舶航行的 影响研究较少.本文以某桥梁通航论证水工模型试验研究为基础,利用遥控自航船模及桥区河段水工模型, 对桥区河段横向水流对船舶航行的影响进行了分析,为解决类似桥区的通航问题提供参考. 1摇 横流特性及其对船舶航行的影响 船舶航行过程中,如果水流流向与航线不一致,水流就会对船舶产生横流作用.船舶航行中经常会受到 横流的影响,横流作用往往将船舶推离预定航线,影响船舶的安全航行.对于桥区河段,当桥轴线的法线方向 与水流流线存在交角或航道轴线与水流流向不一致时都会产生横向水流,影响桥区船舶的安全通行甚至导 致撞桥事故. 航线附近的斜向水流在航线上的垂直分量即为横向流速,其大小与斜流流速、斜流与航线的夹角有关, 且斜流流速越大、斜流与航线夹角越大,横流流速就越大.可用下式表示: V = Vsin兹x (1) 式中:V 为横向流速;V为斜流流速;兹为斜流与航线之间的夹角.x 受横流作用时船舶的受力(图1)主要有船舶自身的推力F,平行于船体的水流阻力R 及船体侧向的横y 流作用力R .R 可等效为作用于船舶重心的横流力R忆和扭矩M .船舶在平面上的运动既有平动又有转动, x x x yx 横流作用力R 促使船舶横向漂移,当船体的前半部分与后半部分受到的横流作用力不同时,横流对船体产x 摇 摇 收稿日期:2011-09-10 摇 摇 作者简介:刘晓平(1956-),男,江苏泰州人,教授,主要从事港口、航道及近海工程研究. E鄄mail:lxplyt@163.com 22 水 利 水 运 工 程 学 报