[發(fā)明專利]橫跨彎曲河道的建筑物的跨度確定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611161781.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN106599474A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉虎;艾萬(wàn)政;丁天明;池弘福;陳芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31253
• 代理人: 馮子玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及彎曲河道跨河建筑物的修建領(lǐng)域，尤其涉及一種橫跨彎曲河道的建筑物的跨度確定方法。

背景技術(shù)

彎曲河道與順直河道相比，河槽水勢(shì)復(fù)雜。由于受到慣性離心力的作用，彎道除了有縱向流速以外，還存在面流流向凹岸，底流流向凸岸的橫向環(huán)流。而底部渾濁的環(huán)流將大量泥沙輸向凸岸，使凸岸存在大量的淺點(diǎn)，從而對(duì)航行產(chǎn)生影響。例如，循緩流上駛的船舶，由于過(guò)于靠攏，會(huì)發(fā)生阻力增大、船首向偏擺等現(xiàn)象，甚至擱淺。由于彎曲河道的流態(tài)本身就非常復(fù)雜，因此，如果一旦在彎曲航道上建設(shè)橋梁等跨河建筑物，那么建筑物墩部又會(huì)產(chǎn)生紊流漩渦區(qū)，對(duì)船舶航行又會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的不利影響。例如，黃石長(zhǎng)江大橋附近的彎道水域，由于船舶密度大和駕駛?cè)藛T疏忽，導(dǎo)致該水域碰撞事故不斷，僅在1993年4月16日至9月16日的154天中，就發(fā)生撞橋事故16起，沉船9艘，直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)百萬(wàn)元。也就是說(shuō)，跨河建筑物對(duì)彎曲河道通航的安全問(wèn)題有至關(guān)重要的影響，尤其是跨河建筑物的跨度，因?yàn)槠渑c航道寬度密切相連。

在實(shí)際應(yīng)用中，彎道跨河建筑物的跨度通常是以航道的通航寬度作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，即跨河建筑物的跨度不應(yīng)小于航道的通航寬度，否則會(huì)影響船舶的安全通航。目前，我國(guó)、法國(guó)、前蘇聯(lián)、加拿大等國(guó)的航道規(guī)范都提出了彎曲航道寬度加寬值的具體計(jì)算公式，但是從這些公式結(jié)構(gòu)來(lái)看，主要是從彎道曲率半徑、代表船型尺度和對(duì)應(yīng)順直航道寬度等角度考慮，并沒(méi)有充分考慮彎道環(huán)流對(duì)船舶操縱的影響。然而，彎道環(huán)流會(huì)促使船舶產(chǎn)生橫向漂移，而橫向漂移量也是確定航道寬度的重要指標(biāo)之一。基于此，有人提出采用概化連續(xù)彎道水槽水流試驗(yàn)與遙控船模試驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析船舶在概化連續(xù)彎道中航行時(shí)的漂角、漂距及對(duì)應(yīng)的航跡帶寬度、加寬值，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出相應(yīng)的漂角及加寬值計(jì)算公式。雖然這種方法從漂角、漂距角度較好考慮了彎道環(huán)流對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的影響，但是卻忽視了彎道環(huán)流對(duì)不同吃水船舶的作用。而另外也有人從船舶過(guò)彎甩尾角度出發(fā)，導(dǎo)出船舶過(guò)彎所需航道寬度加寬值，但這種方式僅僅是從船舶過(guò)彎操縱性去討論，并沒(méi)有充分考慮彎道環(huán)流對(duì)航道寬度加寬值的影響。

綜上，現(xiàn)有的方法都是只考慮了單一方面的因素，然而，為了確保船舶能安全過(guò)彎，建有跨河建筑物的彎曲航道寬度應(yīng)包括以下因素：船舶的航跡帶寬度、船間間距、船與建筑物墩部的最小距離、彎道附加寬度等，因此，現(xiàn)在亟需一種結(jié)合船舶的操縱性、彎道特殊水流特性和天然彎曲河道航道寬度的方法，來(lái)確定彎道跨河建筑物的最小跨度，從而為跨河建筑物設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種橫跨彎曲河道的建筑物的跨度確定方法，其結(jié)合了船舶的操縱性、彎道特殊水流特性，以及彎曲河道航道寬度，來(lái)確定彎道跨河建筑物的最小跨度，進(jìn)而為跨河建筑物設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種橫跨彎曲河道的建筑物的跨度確定方法，其包括步驟：

獲取彎曲河道中橫向環(huán)流的橫流流速，并根據(jù)所述橫向環(huán)流的橫流流速以及彎曲航道的長(zhǎng)度，確定船舶在彎曲航道中的流致漂移量B₁；

獲取相對(duì)風(fēng)速和船舶在風(fēng)中的船速，并根據(jù)所述相對(duì)風(fēng)速和船速確定船舶在彎曲航道中的風(fēng)致漂移量B₂；

獲取彎曲河道的面流縱向流速，并根據(jù)所述面流縱向流速和建筑物迎流面的最大寬度，確定建筑物墩部紊流范圍L；

根據(jù)所述流致漂移量，所述風(fēng)致漂移量和所述建筑物墩部紊流范圍，計(jì)算建筑物的跨度值B_s。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)橫向環(huán)流的流速以及彎曲航道的長(zhǎng)度，確定船舶在彎曲航道中的流致漂移量的步驟，具體包括步驟：

以彎曲航道寬度方向?yàn)閄軸，航道軸線方向?yàn)閅軸構(gòu)建坐標(biāo)系；

分別獲取所述橫向環(huán)流流速U_r和所述船舶船速U_s在X軸和Y軸的分量；

根據(jù)所述所述橫向環(huán)流流速U_r和所述船舶船速U_s各自在X軸和Y軸的分量，以及彎曲航道的長(zhǎng)度S計(jì)算所述流致漂移量B₁，所述流致漂移量B₁的計(jì)算公式為：

其中，α為船舶行駛時(shí)偏離航道軸線的偏航角；β為所述橫向環(huán)流的流向角。

更進(jìn)一步地，當(dāng)所述橫向環(huán)流的流向角β為90°時(shí)，根據(jù)所述橫向環(huán)流計(jì)算作用在船舶船體上的平均橫流流速U_d，并根據(jù)所述平均橫流流速U_d計(jì)算所述流致漂移量B₁，則所述流致漂移量的計(jì)算公式為：