横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法技术

本发明专利技术公开了一种横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法，其通过分别求取船舶行驶在弯曲航道中时，该弯曲航道中横向环流所引起的流致漂移量，风作用于船体所引起的风致漂移量，以及船与建筑物墩部的最小距离，同时结合船舶所占的航迹带宽度，以确定出跨弯曲河道建筑物的最小跨度值，即结合了船舶的操纵性、弯道特殊水流特性，以及弯曲河道航道宽度，来确定弯道跨河建筑物的最小跨度，进而为跨河建筑物设计提供了可靠的依据。

Method for determining span of buildings across curved channels

The invention discloses a bending channel across the span of buildings to determine method, take ship driving on a curved channel respectively for passing, transverse circulation caused by flow induced drift of the channel, the wind-induced drift caused by wind acting on the hull, and the minimum distance between ship and pier building department. At the same time with the ship for the track width, the minimum span to determine the value of the cross river channel building, combined with special handling, bend flow characteristics of the ship, and the curved river channel width, to determine the minimum span curve across the river building, provide a reliable basis for further design of buildings across the river.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及弯曲河道跨河建筑物的修建领域，尤其涉及一种横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法。
技术介绍
弯曲河道与顺直河道相比，河槽水势复杂。由于受到惯性离心力的作用，弯道除了有纵向流速以外，还存在面流流向凹岸，底流流向凸岸的横向环流。而底部浑浊的环流将大量泥沙输向凸岸，使凸岸存在大量的浅点，从而对航行产生影响。例如，循缓流上驶的船舶，由于过于靠拢，会发生阻力增大、船首向偏摆等现象，甚至搁浅。由于弯曲河道的流态本身就非常复杂，因此，如果一旦在弯曲航道上建设桥梁等跨河建筑物，那么建筑物墩部又会产生紊流漩涡区，对船舶航行又会产生进一步的不利影响。例如，黄石长江大桥附近的弯道水域，由于船舶密度大和驾驶人员疏忽，导致该水域碰撞事故不断，仅在1993年4月16日至9月16日的154天中，就发生撞桥事故16起，沉船9艘，直接经济损失数百万元。也就是说，跨河建筑物对弯曲河道通航的安全问题有至关重要的影响，尤其是跨河建筑物的跨度，因为其与航道宽度密切相连。在实际应用中，弯道跨河建筑物的跨度通常是以航道的通航宽度作为设计基础，即跨河建筑物的跨度不应小于航道的通航宽度，否则会影响船舶的安全通航。目前，我国、法国、前苏联、加拿大等国的航道规范都提出了弯曲航道宽度加宽值的具体计算公式，但是从这些公式结构来看，主要是从弯道曲率半径、代表船型尺度和对应顺直航道宽度等角度考虑，并没有充分考虑弯道环流对船舶操纵的影响。然而，弯道环流会促使船舶产生横向漂移，而横向漂移量也是确定航道宽度的重要指标之一。基于此，有人提出采用概化连续弯道水槽水流试验与遥控船模试验相结合的方法，分析船舶在概化连续弯道中航行时的漂角、漂距及对应的航迹带宽度、加宽值，并根据试验数据导出相应的漂角及加宽值计算公式。虽然这种方法从漂角、漂距角度较好考虑了弯道环流对船舶运动的影响，但是却忽视了弯道环流对不同吃水船舶的作用。而另外也有人从船舶过弯甩尾角度出发，导出船舶过弯所需航道宽度加宽值，但这种方式仅仅是从船舶过弯操纵性去讨论，并没有充分考虑弯道环流对航道宽度加宽值的影响。综上，现有的方法都是只考虑了单一方面的因素，然而，为了确保船舶能安全过弯，建有跨河建筑物的弯曲航道宽度应包括以下因素：船舶的航迹带宽度、船间间距、船与建筑物墩部的最小距离、弯道附加宽度等，因此，现在亟需一种结合船舶的操纵性、弯道特殊水流特性和天然弯曲河道航道宽度的方法，来确定弯道跨河建筑物的最小跨度，从而为跨河建筑物设计提供依据。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法，其结合了船舶的操纵性、弯道特殊水流特性，以及弯曲河道航道宽度，来确定弯道跨河建筑物的最小跨度，进而为跨河建筑物设计提供了可靠的依据。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法，其包括步骤：获取弯曲河道中横向环流的横流流速，并根据所述横向环流的横流流速以及弯曲航道的长度，确定船舶在弯曲航道中的流致漂移量B1；获取相对风速和船舶在风中的船速，并根据所述相对风速和船速确定船舶在弯曲航道中的风致漂移量B2；获取弯曲河道的面流纵向流速，并根据所述面流纵向流速和建筑物迎流面的最大宽度，确定建筑物墩部紊流范围L；根据所述流致漂移量，所述风致漂移量和所述建筑物墩部紊流范围，计算建筑物的跨度值Bs。进一步地，所述根据横向环流的流速以及弯曲航道的长度，确定船舶在弯曲航道中的流致漂移量的步骤，具体包括步骤：以弯曲航道宽度方向为X轴，航道轴线方向为Y轴构建坐标系；分别获取所述横向环流流速Ur和所述船舶船速Us在X轴和Y轴的分量；根据所述所述横向环流流速Ur和所述船舶船速Us各自在X轴和Y轴的分量，以及弯曲航道的长度S计算所述流致漂移量B1，所述流致漂移量B1的计算公式为：其中，α为船舶行驶时偏离航道轴线的偏航角；β为所述横向环流的流向角。更进一步地，当所述横向环流的流向角β为90°时，根据所述横向环流计算作用在船舶船体上的平均横流流速Ud，并根据所述平均横流流速Ud计算所述流致漂移量B1，则所述流致漂移量的计算公式为：实施本专利技术的有益效果本专利技术通过分别求取弯曲航道中横向环流所引起的流致漂移量，风作用于船体所引起的风致漂移量，以及船与建筑物墩部的最小距离，同时结合船舶所占的航迹带宽度，以确定出跨弯曲河道建筑物的最小跨度值，即结合了船舶的操纵性、弯道特殊水流特性，以及弯曲河道航道宽度，来确定弯道跨河建筑物的最小跨度，进而为跨河建筑物设计提供了可靠的依据。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一种横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法的一实施例的流程图；图2是图1中步骤S11的一实施例的流程图；图3是图1中步骤S13的一实施例的流程图；图4是步骤S11中以航道宽度方向为X轴，航道轴线方向为Y轴所构建的坐标系的示意图；图5a是反映水柱两侧的压力差△P和水柱的惯性离心力F沿垂线的分布情况的示意图；图5b是反映惯性离心力F与压力差△P共同作用所形成的合力矩的示意图；图5c是反映在图5b所示的合力矩作用下所形成的横向环流的流速ur的分布形态的示意图；图6是反映弯曲河道中桥墩紊流漩涡的示意图；图7是反映弯曲河道中桥墩紊流漩涡区范围与弯曲河道的面流纵向流速关系的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术通过分别求取船舶行驶在弯曲航道中时，该弯曲航道中横向环流所引起的流致漂移量，风作用于船体所引起的风致漂移量，以及船与建筑物墩部的最小距离，从而综合考虑这三者，同时结合船舶所占的航迹带宽度，以确定出跨弯曲河道建筑物的最小跨度值，即结合了船舶的操纵性、弯道特殊水流特性，以及弯曲河道航道宽度，来确定弯道跨河建筑物的最小跨度，进而为跨河建筑物设计提供了可靠的依据。参见图1，为本专利技术的一种横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法的一实施例的流程图，具体地，本实施例中该方法包括步骤：S11，获取弯曲河道中横向环流流速Ur，并根据该横向环流流速Ur以及弯曲航道的长度S，确定船舶在弯曲航道中的流致漂移量B1。对于弯道(即弯曲河道)而言，弯道横向环流将引起船舶的流致漂移量，因此，在分析横向环流所引起的流致漂移量之前，需要先对弯道环流进行分析，具体地，参见图2和图4，本实施例中，该步骤S11具体包括步骤：S101，构建以弯曲航道宽度方向为X轴，航道轴线方向为Y轴的坐标系。本实施例中，由于船舶行驶的航道是弯曲航道，因此，船舶本身的航驶航速方向与航道的轴线不可能一直都保持平行，即具有一定的偏航角α,α取值范围为0～10°；同理，由于横向环流的流向也并不与该航道的轴线相平行，即横向环流的流向与航道轴线之间的夹角具有一定的夹角，该夹角即为该横向环流的流向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法，其特征在于，包括步骤：获取弯曲河道中横向环流的流速，并根据所述横向环流流速以及弯曲航道的长度，确定船舶在弯曲航道中的流致漂移量B1；获取相对风速和船舶在风中的船速，并根据所述相对风速和船速确定船舶在弯曲航道中的风致漂移量B2；获取弯曲河道的面流纵向流速，并根据所述弯道面流纵向流速和建筑物迎流面的最大宽度，确定建筑物墩部紊流范围L；根据所述流致漂移量，所述风致漂移量和所述建筑物墩部紊流范围，计算建筑物的最小跨度值Bs，所述最小跨度值Bs的计算公式为：Bs＝B1+B2+Bm+2L，其中，Bm为所述船舶所占的航迹带宽度。

【技术特征摘要】
1.一种横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法，其特征在于，包括步骤：获取弯曲河道中横向环流的流速，并根据所述横向环流流速以及弯曲航道的长度，确定船舶在弯曲航道中的流致漂移量B1；获取相对风速和船舶在风中的船速，并根据所述相对风速和船速确定船舶在弯曲航道中的风致漂移量B2；获取弯曲河道的面流纵向流速，并根据所述弯道面流纵向流速和建筑物迎流面的最大宽度，确定建筑物墩部紊流范围L；根据所述流致漂移量，所述风致漂移量和所述建筑物墩部紊流范围，计算建筑物的最小跨度值Bs，所述最小跨度值Bs的计算公式为：Bs＝B1+B2+Bm+2L，其中，Bm为所述船舶所占的航迹带宽度。2.如权利要求1所述的横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法，其特征在于，所述横向环流的流速Ur的计算公式为：ur=4.8HrU[(y)-0.44(y)1.286-0.307],]]>其中，r是弯曲河道的曲率，H是弯曲河道的水深，y为相对水深，U为弯曲河道纵向平均流速。3.如权利要求2所述的横跨弯曲河道的建筑物的跨度确定方法，其特征在于，所述根据弯曲河道中横向环流的流速以及弯曲航道的长度，确定船舶在弯曲航道中的流致漂移量B1的步骤，具体包括步骤：以弯曲航道宽度方向为X轴，航道轴线方向为Y轴构建坐标系；获取所述横向环流流速和所述船舶船速Us分别在X轴和Y轴的分量；根据所述所述横向环流流速Ur和所述船舶船速Us各自在X轴和Y轴的分量，以及弯曲航道的长度S计算所述流致漂移量B1，所述流致漂移量B1的计算公式为：B1=Ursinβ+UssinαUrcosβ+Uscosα×S,]]>其中，α为船...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘虎，艾万政，丁天明，池弘福，陈芳，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33