水下沉排过程中软体排力学特性研究

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软体排是以土工合成材料加压载物制成的系结式护底结构,因其不但有隔离和反滤功能,还具有环境友好性、耐腐蚀、价廉、便于机械沉排和整体性强等优点,被广泛应用于航道和海岸整治工程中。  由于软体排的结构宽且薄,以及施工过程受沉排工况和人为因素影响较多,沉排过程中排体的撕裂事件常常发生。宽大的排体结构承受了较大的载荷,发生断裂会严重威胁到施工船舶和人员的安全。软体排沉排中的重点问题就是分析排体在沉排过程中的受力情况,这对排体结构设计、沉排施工工艺参数的确定具有关键意义。  论文研究工作的主要内容和成果如下:  1)推导静水和动水工况下软体排张力、应变和构型的计算公式,结合理论推导,建立数学模型。根据数学模型开发了适用于计算动水中软体排沉排受力的基于集中质量法的计算程序。应用计算程序对选取的算例展开计算,将计算结果与悬链线理论值进行了比对,验证了本计算程序的准确性和适用性。  2)考虑水流作用,通过有限元软件建立能够准确模拟布型结构的软体排在水下铺排过程中受力情况的有限元模型,分析软体排整体结构的应力应变情况。使用该数值模拟方法对垂直水流沉排现场实测工况和以往研究中黑沙洲顺水流沉排实测工况展开了计算并与实测结果进行比对。数值模拟的计算结果能够与实测结果在数值和分布趋势上较好吻合。  3)开展垂直水流沉排的现场实测研究,分析排体受力大小随铺排工序和沿排体宽度方向的实时变化情况。将实测结果绘制成排体承受拉力随施工工序变化和沿排体宽度方向变化两种曲线图,分析排体的受力特点。  4)结合有关数学模型、数值模拟计算结果和现场实测数据,揭示水下沉排过程中软体排破坏一般机理。并对软体排结构设计、沉排施工工艺参数的确定提出优化建议。  通过将本文的数学模型和数值模拟方法与实测数据比对,可以证明本文所应用的计算方法是先进、正确的。在分析有效的计算结果基础上提出对实际水下沉排施工具有重要参考价值的优化建议。
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