内河架空直立式码头桩柱水动力特性现场测试研究

发布时间：2017-06-15 23:06

  本文关键词：内河架空直立式码头桩柱水动力特性现场测试研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：山区河流坡陡流急,水位变幅较大。架空直立式码头结构高、桩径大且设有多层纵横联系撑,受到水流力大而复杂。现有《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)已无法满足此种结构所受水流力的计算。为准确了解架空直立式码头结构所受水流影响问题,本文结合“十二五”国家科技支撑计划课题“山区河流渠化河段港口码头建设关键技术研究”(2012BAB05B04),依托实际码头工程,在本课题前期试验基础上,进一步分析研究不同水文条件下单桩、钢横撑、排架和群桩水动力特性。主要研究内容及创新成果如下:(1)在前期试验基础上,改进水动力特性测试系统,优化实验方案,共制定17组测试系统,开展码头现场试验,对水流瞬时压力数据进行采集,共得到1亿多个实验数据。(2)基于随机过程理论与数理统计方法,运用MATLAB软件编程,ORIGIN等软件辅助计算,制定一套包括数据的标定转换、异常值调整、频域分析、数字滤波、时域统计分析、动水压力计算的可行的动水压力分析方法。数据处理后得到每个单点不同条件下瞬时压力信号、动水压力样本及其特征值。(3)流速、水深与流向角对单个定位件上水动力特性都存在一定影响:水流流速与水流紊动强度存在一定正比关系,即随着流速的增大,水流紊动强度呈增大趋势;随着水深的增加,水流紊动强度与单个定位件上绕流阻力大小存在先增大后减小再增大趋势,此与流速随水深的变化同样存在大致对应关系。(4)通过对不同流速下单桩绕流阻力求解,进一步计算得到山区河流绕流阻力系数大小约为0.30~0.40。(5)群桩绕流中,受制于桩基间绕流流场的相互干扰,由江至岸方向并列桩基上动水压力均值及动水压力变幅表现为先减小后趋于平稳趋势。码头纵向上,串列排布的第二根桩基绕流情况会受到前方桩基尾流与遮掩的影响,其周围水体变得混乱,紊动强度加大,而到达第四根桩基时由于旋涡的脱落与能量的降低,其周围紊动强度减弱。同样,受到前方横撑与桩基绕流的影响,在码头纵向上,钢横撑表面动水压力均值有先增大后减小趋势,且横撑在来流正前方点处动水压力均值与变幅最大,水流紊动最强。
【关键词】：架空直立式码头 水动力特性 现场测试 统计分析 随机过程 群桩绕流
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U656.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 本文研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 物理模型试验11-13
• 1.2.2 数值试验13-14
• 1.3 本文研究的主要内容14-15
• 1.4 研究思路和技术路线15-17
• 第二章 桩柱绕流受力特性及分析方法17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 水流阻力的基本理论17-20
• 2.3 随机过程基本理论20-24
• 2.3.1 随机过程20
• 2.3.2 随机过程的统计特征20-24
• 2.4 平稳随机过程24-26
• 2.4.1 平稳随机过程的概念24-25
• 2.4.2 平稳随机过程的各态历经性25-26
• 2.4.3 随机过程在码头桩柱水动力特性研究中的应用26
• 2.5 小结26-27
• 第三章 桩柱水动力特性现场试验27-42
• 3.1 引言27
• 3.2 实验目的27
• 3.3 主要实验设备27-29
• 3.3.1 动态信号测试分析系统27-29
• 3.3.2 LMP500H微型动态压力变送器29
• 3.3.3 精密数字压力表29
• 3.4 现场实验方案设计29-33
• 3.4.1 设计原则29
• 3.4.2 实验方法与项目分组29-30
• 3.4.3 实验测点现场布置方案30-33
• 3.5 实验场地33
• 3.6 水流荷载现场测试系统33-41
• 3.6.1 现场测试系统33-35
• 3.6.2 测试系统安装35-39
• 3.6.3 现场实验测试39-41
• 3.7 小结41-42
• 第四章 单桩桩周水动力特性研究42-72
• 4.1 引言42
• 4.2 随机数据处理过程42-44
• 4.3 码头现场数据采集及其处理44-64
• 4.3.1 现场数据采集44-45
• 4.3.2 数据的标定转换45-47
• 4.3.3 传感器精度检测47
• 4.3.4 异常值调整47-49
• 4.3.5 实测数据特征值统计49-53
• 4.3.6 随机质点脉动压力谱建立53
• 4.3.7 能频分析53-56
• 4.3.8 数字滤波56-58
• 4.3.9 动水压力样本求解58-59
• 4.3.10 时域统计分析59-64
• 4.4 单桩桩周水动力特性分析64-69
• 4.4.1 不同水深下桩周动水压力分布规律65-67
• 4.4.2 不同流速下桩周动水压力分布规律67-68
• 4.4.3 不同流速与流向角下桩周动水压力分布规律68-69
• 4.5 绕流阻力系数计算69-71
• 4.6 小结71-72
• 第五章 群桩绕流水动力特性研究72-86
• 5.1 引言72
• 5.2 钢横撑一周水动力特性分析72-75
• 5.3 动水压力沿桩垂向分布规律75-77
• 5.4 钢横撑上动水压力沿码头纵向分布规律77-80
• 5.5 桩基上动水压力沿码头纵向分布规律80-82
• 5.6 桩基上动水压力沿码头横向分布规律82-85
• 5.7 小结85-86
• 第六章 结论与展望86-88
• 6.1 主要结论86-87
• 6.2 展望与建议87-88
• 致谢88-89
• 参考文献89-92
• 在校期间发表的论著及取得的科研成果92

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