[发明专利]一种工作状态下船闸浮式系船柱分析计算方法

说明书

一种工作状态下船闸浮式系船柱分析计算方法，根据船闸浮式系船柱结构受力特点，将船闸浮式系船柱的空心圆柱体系船柱的柱身概化为等截面弹性梁，并将用于固定该空心圆柱体的钢板概化为固定铰支座；基于材料力学中拉弯组合变形分析方法，在船闸浮式系船柱柱身上选取任一受力点，分析柱身表面该受力点的轴向拉伸应变、弯曲应变；建立工作状态下的浮式系船柱受荷力学响应模型；采用不同工况下浮式系船柱仿真试验，对模型的轴向拉伸系数、水平弯曲系数、竖向弯曲系数进行率定。该方法可实现通过测量船闸浮式系船柱柱身同一截面上指定测点的应变即可计算得到浮式系船柱所受系缆力的大小和方向，为实现船闸浮式系船柱在工作状态下的自动化感知与预警技术奠定理论基础。

技术领域

本发明涉及船闸监测技术领域，具体涉及一种工作状态下船闸浮式系船柱分析计算方法。

背景技术

在船闸工程中，浮式系船柱是过闸船舶在船闸闸室内的系缆设施，该通航设施在浮力的作用下随水位变化而上下浮动，进而满足通航船舶安全系缆的要求。然而在实际使用过程中，受通航船舶大型化、系缆不规范、船舶进闸速度过快、浮式系船柱被漂浮物卡住以及船闸充泄水作用等因素影响，浮式系船柱所受系缆力易超出其设计允许值，导致其结构发生破坏，进而造成吊船、拉船入水、船体损伤甚至船员伤亡等重大安全事故。因此，如何实现对船闸浮式系船柱系缆安全的快速评估，具有重要的现实意义。

目前，船闸浮式系船柱结构主要通过安装在通航船舶缆绳上的缆绳载荷监测系统进行系缆安全评估。然而，船闸浮式系船柱结构的实际受力不仅与船舶系缆力大小有关，还受缆绳系缆角度、系缆方向、系缆位置等多因素共同影响。仅仅通过监测缆绳上的系缆力大小，无法有效地反映船舶系缆力对船闸浮式系船柱结构本身受力特性的影响，难以准确地评估船舶过闸通航的系缆安全状态，具有较大的局限性。同时，这种船闸浮式系船柱系缆安全评估方法对于通航枢纽管理单位来说不具有主动性，无法实时全覆盖跟踪监测所有的通航船舶进行安全预警。

船闸浮式系船柱结构的应变能够直接反映其受力状态。近年来有学者提出通过监测系船柱表面应变，进而实现对系船柱结构的系缆安全评估。实际情况中，在同样大小的系缆力下，不同的系泊高度、不同的系缆角度对船闸浮式系船柱的作用并不相同，仅仅通过简单的测量几点船闸浮式系船柱结构上面的应变，并以此作为评估浮式系船柱系缆安全的依据，该方式的合理性尚需进一步探讨。

为快速准确的获得工作状态下浮式系船柱的系览力，有必要建立合理的结构力学分析模型。因此，如何建立合理的浮式系船柱工作响应力学模型成为目前亟待解决的问题之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种工作状态下船闸浮式系船柱分析计算方法，通过测量船闸浮式系船柱柱身同一截面上指定测点的应变，即可计算得到浮式系船柱所受系缆力的大小和方向，为实现船闸浮式系船柱在工作状态下的自动化感知与预警技术奠定理论基础。

本发明采取的技术方案为：

一种工作状态下船闸浮式系船柱分析计算方法，根据船闸浮式系船柱结构受力特点，将船闸浮式系船柱上部结构概化为简支外伸梁；基于材料力学中拉弯组合变形分析方法，在船闸浮式系船柱柱身上选取任一受力点，分析柱身表面该受力点的应变特性关系；建立工作状态下的浮式系船柱受荷力学响应模型；采用不同工况下浮式系船柱仿真试验对模型的轴向拉伸系数、水平弯曲系数、竖向弯曲系数进行率定，实现对工作状态下船闸浮式系船柱系缆力进行分析和计算。

一种工作状态下船闸浮式系船柱分析计算方法，包括以下步骤：

步骤1：根据船闸浮式系船柱结构受力特点，将船闸浮式系船柱的空心圆柱体系船柱的柱身概化为等截面弹性梁，并将用于固定该空心圆柱体的钢板概化为固定铰支座；

步骤2：基于材料力学中拉弯组合变形分析方法，在船闸浮式系船柱柱身上选取任一受力点，分析柱身表面该受力点的轴向拉伸应变、弯曲应变；

步骤3：建立工作状态下的浮式系船柱受荷力学响应模型；