北江清远枢纽二线船闸水力特性原型观测及实船试验

清远二线船闸平面尺度较大,且采用槛梁结合形式的新型消能工,为了解船闸充泄水水力特性、停泊条件和双线船闸之间的相互影响,并提出解决办法,确保船闸安全高效地运行,开展了水力学原型观测及实船试验,对清远二线船闸水力特性等运行参数进行详细观测,并对各项指标进行分析。试验结果表明：在现有的运行方式下,闸、阀门运行状态良好,各项水力指标均满足规范设计要求,但由于一、二线船闸于同岸并列布置,二线船闸建成后导致一线船闸边界条件发生改变,一线船闸上游靠船墩距离二线船闸进水口较近,二线船闸灌水时,对一线船闸靠船段水流条件有一定的影响,因此应加强一、二线船闸的联合调度。     

基于标准系缆力反演的系船柱结构安全评估方法

为保障系船柱结构安全,提出基于标准系缆力反演的系船柱结构安全评估方法,将固定系缆高度和系缆角度下的系缆力作为标准系缆力,分析系缆力对系船柱表面应变的影响,并将系船柱表面应变作为表征系缆力的参数,建立系船柱标准系缆力反演模型。针对现有系船柱结构,利用有限元方法分析系船柱结构表面应变分布特性。选取有限测点应变反演标准系缆力,与有限元仿真结果进行对比。结果表明,反演结果具有较高精度,可监测复杂系泊情况下的系船柱的受力特性;将标准系缆力与设计系缆力进行比较,能够评估系船柱结构安全。     

中间渠道船舶航行阻力计算方法与试验*

中间渠道作为特殊限制性航道,船舶航行阻力是其尺度确定的关键参数。针对现有船舶航行阻力计算方法,分析其适用性,选取考虑了航道宽度和吃水比等因素的俞中奇公式作为中间渠道船舶阻力的参考计算公式,设计中间渠道船舶航行阻力试验方案,并开展3 000吨级散货船模航行试验,根据试验结果对俞中奇公式进行修正,利用Flow3D模拟船舶在不同断面系数下中间渠道中航行并提取阻力,验证修正公式的准确性。结果表明,修正后的经验公式计算结果与数模对比,最大误差不超过16.89%。该公式具有较高的计算精度,对中间渠道设计具有重要的参考价值。     

冷铸锚头性能光纤监测

为监测冷铸锚头性能, 分析了其结构受力特点, 建立了锚头内钢丝与改性环氧填料微元体静载平衡模型, 分析了钢丝与环氧填料间黏接应力对钢丝应力分布特性的影响, 将锚头的失效表征为黏接应力的奇异变化, 提出了通过测量钢丝轴向多点应力分布实现对锚头性能状态无损监测的新方法; 针对LMLPES-7-211型锚头, 利用有限元方法分析了锚头内钢丝的轴向应力分布特性; 根据冷铸锚头内非均匀应变特性与恶劣环境要求, 提出了毛细管封装的应变均化拉丝塔光栅(DTG)测量方案, 开发了冷铸锚头植入式专用分布式应变传感器; 进行了缆索锚头性能状态监测模拟试验, 分别将2个分布式DTG应变传感器植入锚头1(性能正常)与锚头2(性能异常)内, 对锚头标准受力状态下钢丝分布式应变进行监测。分析结果表明: 锚头1、2内钢丝分布式应变呈现较大的差异性, 锚头1内应变衰减趋势较为平滑, 与有限元仿真结果比较误差小于5%, 锚头2应变衰减趋势平滑性不足, 且与有限元结果比较最大误差超过40%;性能衰退会导致近锚固始端区段的黏接应力大幅下降, 最大达到-2.55 MPa, 靠近分丝底板锚固区段的黏接应力大幅增加, 增加量达到3.25倍。通过设置黏接应力合理偏离阈值, 就可实现对锚头结构性能状态的在线监测与预警。      

基于结构动力学特性的高桩码头横向排架传感器优化布置方法

为了对高桩码头结构健康监测系统中的传感器布置提供理论指导,提出了一种基于结构动力学特性的传感器优化布置方法。在对高桩码头代表性结构单元横向排架进行结构动力学分析的基础上,运用模态应变能法选择高桩码头横向排架传感器初始测点;建立初始模态矩阵,然后利用模态置信度法和序列法对模态矩阵进行迭代、优化,确定传感器测点布置。建立了单个横向排架的数值仿真模型,利用传感器优化布置方法得到横向排架7根桩基的传感器测点布置结果,并对测点布置进行评估。模态向量间的夹角趋于正交,传感器布置方案有效,证明该传感器优化布置方法适用于高桩码头的传感器优化布置。     

基于支持向量机的架空直立式码头船舶撞击力预测模型*

针对现有结构监测方法尚无法对码头的不规范靠泊进行实时监测的问题。提出了一种基于支持向量机的预测模型用于对架空直立式码头船舶撞击力的实时监测。结合架空直立式码头的结构特点，基于广义结构刚度对码头桩基的重要性进行评估，对监测桩基进行优化选择。以重庆新田港码头一期第10结构段为概化研究对象，按1:20的比尺构建码头物理模型，模拟不规范靠泊作用。将采集的优化桩基的应变数据用预测模型进行训练与验证。该预测模型对于撞击力的作用位置识别精度为0.98，对于撞击力的作用强度预测的平均相对误差为0.234%。     

基于随机森林的内河架空直立式码头损伤诱因反演模型研究*

为研究对码头结构损伤不良诱因作用的反演，在内河架空直立式码头物理模型上进行试验，分析码头在超限堆载和不规范靠泊两种损伤诱因作用下的应变规律。结合三峡库区架空直立式码头损伤诱因反演分析，提出基于随机森林的损伤诱因反演模型，并使用物理模型的试验数据对模型进行评估。结果表明：由物理模型试验得到靠江侧和靠岸侧基桩轴向应变分布规律，靠江侧轴向应变特征较靠岸侧明显，更适合作为反演输入；随机森林反演模型能够对物理模型损伤诱因的类型、位置、强度进行较为准确的反演，损伤类型的精度达到0.98，损伤位置的精度达到0.99，损伤强度的精度达到0.99。     

内河架空直立式码头群桩重要性评价方法

内河架空直立式桩基数量多、受力条件复杂，为了实现对码头群桩的健康监测，确定不利诱因下桩基的易损伤位置，文章提出一种基于广义结构刚度的重要性评价方法。首先计算在船舶荷载，岸坡滑动推力以及不均匀堆载作用下架空直立式码头不同桩基的重要性系数。用重要性系数对传统层次分析法进行优化，用优化后的层次分析法将3种不同工况下的重要性系数进行组合。最后用色块图的形式直观地表现出来。可以得出桩基重要性系数较大的桩基主要分布在第1、4两排，其中A1、E1的重要性系数均达到了0.06,说明1、4两排桩基是码头桩基中的薄弱桩基。研究结果丰富了码头健康监测研究内容，为传感器的优化布置提供科学依据。