71.6m开底泥驳波浪载荷计算报告

波浪中基于惯性释放的工程驳船全船强度分析郑家林摘要：本文以工程驳船运输渤海海域某大型海洋平台组块全船模型直接计算为例，说明惯性释放功能的应用。

详细介绍了工程驳船在自重、舱室压载水、组块重量以及波浪等的作用下，使用有限元分析软件ANSYS进行全船结构强度分析的过程，评估了组块在拖航过程中驳船全船结构强度，结果满足规范设计要求，从而保证了工程项目的安全性。

关键词：惯性释放；直接计算；有限元分析；全船强度1引言航行的船舶结构处于“全自由”状态，但是对它进行有限元静力分析计算时，不能处理为无边界约束结构。

通常我们在做有限元线性静力分析时，需要施加约束条件保证结构没有刚体位移，否则求解器没有办法计算。

因此，在船舶处于正常的航行状态时，整体系统处于载荷平衡状态。

这种状态下，想要计算驳船船体结构上的应力分布，需要采用惯性释放（inertia relief），在船体结构上补偿虚拟的惯性力来保证整体系统的平衡状态。

惯性释放，简单地说就是用结构的惯性（质量）力来平衡外力。

采用惯性释放功能进行静力分析时，需要对一个或多个节点进行6个自由度的约束（虚支座）。

针对该支座，程序首先计算在外力作用下每个节点在每个方向上的加速度，然后将加速度转化为惯性力反向施加到每个节点上，由此构造一个平衡的力系（支座反力等于零）。

求解得到的位移描述所有节点相对于该支座的相对运动[1]。

2全船强度分析计算实例本文以工程驳船运输渤海海域某大型海洋平台组块全船模型直接计算为例，说明惯性释放功能在ANSYS软件中的应用。

详细介绍了工程驳船在自重、舱室压载水、组块重量以及波浪等载荷的作用下，使用有限元分析软件ANSYS进行全船结构强度分析的过程，评估了组块在拖航过程中驳船全船结构强度，使结果满足规范设计要求，从而保证了工程项目的安全性。

2.1计算模型全船强度分析模型，主要分为三个部分：工程驳船、滑道和滑靴、平台组块。

建立全船分析模型的大致过程如下：（1）为了确保计算结果的精确性，ANSYS全船模型以毫米为单位创建，并且驳船的船底与舷侧外轮廓尽量与型线图保持一致；（2）驳船的整体刚度尽量与实际相近，同时降低模型创建的难度并减少计算时间，建模时单元使用类型如下：船壳、主甲板、舱壁、强横梁等主结构，统一使用Shell181壳单元；舱壁扶强材、结构翼缘板以及次要骨材，统一使用Beam 4和Link8梁单元；（3）组块重量通过滑靴和滑道传递到驳船甲板，滑道和滑靴模型部分使用Shell181壳单元；（4）在组块的重心位置使用Mass21质量点单元模拟组块重量，使用Beam 4梁单元连接组块框架；（5）驳船全船网格大小取0.5*肋距，滑道和滑靴网格大小取300mm*300mm。

对高桩梁板码头波浪力计算的体会
张九容
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】1998(000)009
【摘要】从目前高桩梁板码头设计现状中存在的问题入手，说明波浪力采用不同计算方法的差异性和急待解决的迫切性，提出一个初步的计算方法和解决有关问题的途径和设想。

【总页数】3页(P11-13)
【作者】张九容
【作者单位】第三航务工程勘察设计院
【正文语种】中文
【中图分类】U656.113
【相关文献】
1.浅析作用于外海高桩码头单桩上的正向波浪力计算 [J], 杨长义;陈玺文
2.高桩码头设计中波浪力计算方法的探讨 [J], 王恺
3.滚装码头引桥式高桩梁板结构波浪浮托力计算 [J], 陈志乐;贾晓荷
4.高桩梁板式结构面板波浪浮托力计算与模型试验 [J], 王君;王涛;黄宗伟
5.门机水平力在高桩梁板码头计算中的取值分析 [J], 姚迪
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东海大桥70m 跨低墩基础波浪力研究前言随着经济的快速发展，我国交通基础设施建设不断完善，大型桥梁建设也成为现代交通建设的重要组成部分。

作为交通建设的代表性工程，桥梁建设的关键问题之一就是如何设计出稳定可靠的基础结构。

其中，波浪力是桥梁建设中的一个重要问题，其对桥梁的影响不容忽视。

本文以东海大桥70m 跨低墩基础波浪力研究为主题，详细探讨了波浪力在桥梁建设中的影响以及相应的解决方案。

通过对实际工程的研究和分析，探讨如何针对不同的场地环境和桥梁设计要求，选择适合的波浪力设计方案，提高工程的安全可靠性。

1.桥梁波浪力的影响波浪力是指海面上波浪对结构体施加的作用力，对于桥梁结构来说，波浪力的影响主要表现在以下几个方面：1.1桥墩稳定性桥墩是桥梁的支撑结构，其稳定性对整个桥梁的安全性至关重要。

在海洋环境中，由于波浪的冲击和涌浪的作用，桥墩往往会受到较大的波浪力，从而影响其稳定性和承载能力。

1.2桥梁结构的损伤波浪力的作用还会导致桥梁结构的损伤，影响桥梁的使用寿命和安全性。

比如，波浪会对桥面上的道路和铁轨产生冲击作用，损伤桥梁的结构和铺装，影响桥梁的使用寿命。

1.3桥梁建造困难由于波浪力的影响，如果没有制定科学合理的设计方案，施工过程中墩身的立管、钢筋的连接等操作就会困难重重，导致施工时间延长、工程成本增加等问题。

2.波浪力设计方案针对上述问题，研究人员提出了一系列波浪力设计方案，以解决桥梁建造中的相关问题。

2.1桥墩设计方案在桥梁建造过程中，针对不同的场地环境，需要采用不同的桥墩设计方案。

例如，在海洋环境中，设计师常常会采用长形墩或斜支撑墩的设计方案，以减小波浪力的冲击和涌浪的作用，确保桥墩稳定性。

2.2结构防护设计方案针对波浪力对桥梁结构的损坏问题，设计师还会采用预防措施，比如进行结构防护设计。

常用的防护措施包括添加伸缩缝、外加钢板、使用防水材料等。

通过这些措施，可以有效地减少波浪对桥梁结构的冲击。

2.3施工方案设计为了解决施工困难的问题，设计师还会制定相应的施工方案。

500m3开体泥驳的动力性核算
张军
【期刊名称】《造船技术》
【年(卷),期】1997(000)008
【摘要】本文介绍了５００ｍ＾３开体泥驳的动力性计算及试验过程。

【总页数】2页(P25-26)
【作者】张军
【作者单位】中国长江航运集团宜昌船厂
【正文语种】中文
【中图分类】U674.183
【相关文献】
1.开体泥驳半体主惯性轴的惯性矩计算方法 [J], 李翼;林大华
2.500m3开体泥驳改装设计 [J], 李国信
3.3000m3自航开体泥驳大型铸钢铰链眼板装配工艺 [J], 伍骏
4.开体泥驳的船型特点及其稳性计算与研究 [J], 董恩春;贾蕊
5.500m^3 开体泥驳的动力性核算 [J], 张军
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一、 概述本船为沿海自航开体船，甲板铰结构按中国船级社（2001）《钢质海船入级与建造规范》第14章第14节有关要求进行计算。

二、 主要尺度总 长L 59.18m 两柱间长L 垂线 55.80m型 宽B 13.00m 型 深D 4.35m设计吃水d 3.50m 排水量 ∇ 2202t泥舱舱长 m L p 4.32= 甲板铰链间长 m L d 2.34=泥舱舱容 3988m v = 载货量 t P 1482=三.甲板铰及液压装置受力计算(仅按满载出港状态校核) P2-262/14.9.33.1泥舱范围内舷外静水压力w F 计算:()()kn L a d F p w 88.16584.323.05.30.50.522=⨯-⨯=-= 式中:船底密封装置的高度---=m a 3.0;3.2泥桨水平压力s F 计算:()()kn L a h F p s 7414.57174.323.020.55.19.49.421=⨯-⨯⨯=-=ρ 式中:泥桨密度---=3/5.1m t ρ; m h 2.51=---最高载泥面距基线的高度;3.3半体开合力矩M 计算:m kn b W b W b h F h F M s l w s ⋅-----∆+-=321323.3.1 泥桨水平压力至铰链点的垂直距离 ()m h 07.36.02.5322=-⨯= 3.3.2 舷外静水压力至铰链点的垂直距离 m h 03.45.3312.53=⨯-= 3.3.3 载泥时半体的静水浮力 kn 81.10800220281.92181.921=⨯⨯=∇⨯=∆ 3.3.4 半体静水浮力至铰链点的水平距离 m b 03.41=;3.3.5 不载泥时半体重力 ()()kn P W l 6.35311482220281.9212181.9=-⨯⨯=-∇⨯= 3.3.6 不载泥时半体重力至铰链点的水平距离 m b 34.32=;3.3.7 半体泥桨的重力 kn W s 2.7269148281.921=⨯⨯=; 3.3.8 半体泥桨重力至铰链点的水平距离 m b 105.23=;代入上式（3.3）mkn M ⋅=--+-=⨯-⨯-⨯+⨯-⨯=234.27298666.15301544.117952643.435272864.66854661.17553105.22.726934.36.353103.481.1080003.488.165807.37414.57173.4 液压装置水平静力sr F 计算(P2-262/14.9.3.6):kn h M F F p sr ---≥=42 3.4.1 p F ---液压缸柱塞端面上的压力,其对铰链点的力矩应大于等于打开力矩M,以保证两个半体的闭合;3.4.2 液压装置水平力至铰链点的垂直距离;m h 20.44=代入3.4:kn F sr 79.32492.42234.27298=⨯= 3.5 甲板铰链水平静力sh F 计算(P2-262/14.9.3.6): kn h M F h h F F F sr s w sh ---⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=554125.0式中: 甲板铰链至基线的垂直距离;m h 78.55=代入3.5:()knF sh 359.12208779.4722702.17768614.40585.078.5234.2729879.324978.520.4127414.571788.16585.0=++-⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯+-⨯= 3.6甲板铰链的水平动力dh F 、垂向动力dv F 及液压装置的水平动力dr F 计算(P2-263/14.9.3.7):根据P2-263/14.9.3.7:甲板铰链及液压装置所承受的由船舶波浪中运动引起的动载荷,应按照预期作业的海况条件,经动力计算及统计分析得到.3.6.1、甲板铰链的水平动力kn L B F dh 15.2643358.551381.93581.922=⨯⨯== 3.6.2、甲板铰链的垂向动力kn L L B F d dv 387.9612.3414.3508.551381.95081.92222=⨯⨯⨯⨯==π 3.6.3、液压装置的水平动力kn L B F dr 205.1850508.551381.95081.922=⨯⨯== 3.7 甲板铰链所承受的合力h F 计算(P2-262/14.9.3.4): ()()kn F F F F dv dh sh h 327.3981387.96115.2643359.12202222=++=++=3.8、液压装置所承受的水平力r F 计算(P2-262/14.9.3.5)：kn F F F dr sr r 995.5099205.185079.3249=+=+=四.甲板铰链各部分的构件尺寸确定(P2-263/14.9.3.9)4.1 销轴直径d 应不小于按下列两式计算所得之值:(1)mm Fd S ---=σ541式中:kn F F h 327.3981==销轴材料选40r C ，材料屈服强度2/785mm n s =σ代入:mm d 6.121785327.3981541=⨯= (2)()mm t a F d s c ----⨯=32222.13σ式中：mm a 520=，mm t c 5102=代入：()mm d 5.1837855105202327.39812.1332=-⨯⨯⨯= 参考同类型船，实取销轴mm d 300=；4.2 眼板计算(如图示):4.2.1 中心眼板:2112254.42354235327.398125002500mm Ft b t b s c c c c =⨯=≥+σ; 本船实取：22112254.423546735080150251085mm mm t b t b c c c c >=⨯⨯+⨯=+； 式中：mm t mm b mm t mm b c c c c 802,150;510,851122⨯====；4.2.2 两侧眼板:211223.21177235327.398112501250mm Ft b t b s s s s s =⨯=≥+σ; 本船实取:2211223.21177298208015018099mm mm t b t b s s s s >=⨯+⨯=+; 式中：mm t mm b mm t mm b s s s s 80,150;180,991122====；4.2.3 中心眼板、两侧眼板与甲板连接处的剖面应符合下列要求(如图示)：23/1412356.06.010mm n W l F h F A F s z x z =⨯=≤⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛++σ；式中:铰链的水平力kn F F F dh sh x 509.386315.2643359.1220=+=+=; 铰链的垂向力kn F F dv z 387.961==;销轴中心至甲板的垂直距离mm h 500=;销轴中心至剖面中和轴的水平距离mm l 917=;中心眼板、两侧眼板剖面积：()21412801766802mm A =⨯⨯=;中心眼板、两侧眼板剖面的剖面模数32267.831668266176680262mm bh W =⨯⨯=⨯=; 眼板材料的屈服强度2/235mm n s =σ代入:中心眼板、两侧眼板：223/141/63.401067.83166826917387.961500509.3863141280387.961mm n mm n <=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+ 5、液压装置铰链各部分的构件尺寸的确定(P2-263/14.9.3.9)5.1销轴直径d 应不小于按下列两式计算所得之值：（1）：mm Fd S ---=σ541式中：kn F F r 995.5099==，销轴材料取40r C ，材料的屈服强度2/785mm n s =ω 代入：mm d 6.137785995.5099541==； (2)：()mm t a F d sc ----=32222.13σ； 式中：mm t mm a c 240,2502==；代入：()mm d 2.1577852402502995.50992.1332=-⨯⨯=； 实取销轴mm d 260=； 5.2 眼板计算(如图示)：两侧眼板：211226.27127235mm t b t b s s s s s ==≥+σ 式中：mm t mm b mm t mm b s s s s 80,30;150,1841122====； 代入：2211226.27127300008030150184mm mm t b t b s s s s >=⨯+⨯=+-------完-------。

整理后：波浪荷载的计算理论波浪是发生在海洋表面的一种波动现象，其波动性质因受浅水区域海底地形影响和水深的变浅，发生波浪破碎现象，成为影响海岸侵蚀和变形以及海岸带污染物迁移与扩散的最主要的水动力环境之一。

破浪破碎与冲击现象对海上工程设施的安全也十分重要。

由于波浪破碎及冲击作用的机理极其复杂，至今仍然是海岸工程领域没有解决的困难课题之一。

因此，开展近海波浪破碎与冲击过程数值模型的研究，就有着重要的理论意义和工程意义。

波浪荷载,也称波浪力，是波浪对港口码头和海洋平台等结构所产生的作用。

目前按绕射理论进行分析。

波浪对结构物的作用由四部分组成：水流粘性所引起的摩阻力（与水质点速度平方成正比）；不恒定水流的惯性或结构物在水流中作变速运动所产生的附加质量力（与波浪中水质点加速度成正比）；结构物的存在对入射波浪流动场的辐射作用所产生的压力和结构物运动对入射波浪流动场的辐射作用所引起的压力。

包括上述全部作用影响的波浪力理论称为绕射理论。

在目前实际工作中，常用只考虑了结构受到波浪摩阻力和质量力影响的半经验半理论的莫里森（Mrison）方程分析波浪力。

波浪荷载是由波浪水质点与结构间的相对运动所引起的。

波浪是一随机性运动，很难在数学上精确描述。

当结构构件（部件）的直径小于波长的20％时，波浪荷载的计算通常用半经验半理论的美国莫里森方程；大于波长的20％时，应考虑结构对入射波场的影响,考虑入射波的绕射,计算时用绕射理论求解。

影响波浪荷载大小的因素很多，如波高、波浪周期、水深、结构尺寸和形状、群桩的相互干扰和遮蔽作用以及海生物附着等。

波浪荷载常用特征波法和谱分析法确定。

对一些特殊形状或特别重要的海洋工程结构，除了用上述的方法进行计算分析外，还应进行物理模型试验，以确定波浪力。

①特征波法。

选用某一特征波作为单一的规则波，并以它的参数（有效波高、波浪周期、水深）和结构的有关尺寸代入莫里森方程或绕射理论的公式，求出作用在结构上的波浪力。