摘 要

随着三峡库区水位上涨，库区中大量的文物古迹被淹没水下，文化的传承和保护迫在眉睫。库区边坡灾害和船撞边坡上文物的事故时有发生。为此，本次毕业设计拟进行重庆三峡库区白鹤梁水下博物馆保护措施设计研究，提高其对船撞事故以及边坡灾害的应对能力，保护人员和财产安全。本文参照常见的桥墩防撞与边坡灾害防护措施，提出了两种可行的水下博物馆的保护方案，借助Auto-CAD软件绘制出图纸，并利用有限元分析软件Patran/Nastran进行有限元仿真计算，得出最终可行方案。

关键词：钢结构；有限元仿真计算；防撞；边坡灾害防护

Abstract

With the Three Gorges reservoir area water level, the reservoir area in a large number of cultural relics were submerged underwater, cultural heritage and protection is imminent. Reservoir area slope disaster and ship hit the slope of cultural relics accidents have occurred. To this end, this graduation project intends to Chongqing Three Gorges reservoir area Baihetiang underwater museum protection measures design research, improve its response to the collision of ships, the protection of personnel and property safety. In this paper, the protection scheme of two feasible underwater museums is proposed according to the common measures of pier and collision prevention. The drawings are drawn by Auto-CAD software, and the finite element analysis software Patran / Nastran The finite element simulation is carried out, and finally the optimal scheme is selected.

Key words：Steel structure; FEM simulation；Collision；Slope protection

目录

第1章 绪论 7

1.1设计背景及目的 7

1.1.1设计背景 7

1.1.2设计目的 8

1.2国内外发展现状与趋势 8

1.2.1水下文物防撞保护措施的发展现状 8

1.2.2水下文物防撞保护措施的发展趋势 9

1.2.3钢结构防撞措施的优点 9

1.2.4边坡灾害防护的现状及发展趋势 9

1.3本章小结 10

第2章 主要设计资料 11

2.1气象与水文条件 11

2.1.1气象 11

2.1.2水文 11

2.2地质条件 12

2.3防撞措施计算条件的确定 12

2.3.1航道等级与代表船型的确定 12

2.3.2船舶撞击速度的确定 12

2.3.3材料选型与材料属性 14

2.4本章小结 15

第3章 Patran/Nastran软件介绍 16

3.1 Patran介绍 16

3.2建模步骤 17

3.3本章小结 18

第4章 防撞方案设计 19

4.1船撞力计算 19

4.2群桩式防撞方案 19

4.2.1结构尺寸与布置 19

4.2.2有限元计算分析 21

4.3墩帽式防撞方案 31

4.3.1结构尺寸与方案布置 31

4.3.2有限元计算分析 32

4.4本章小结 43

第5章 方案比选 44

5.1方案比选主要标准 44

5.2方案比选 44

5.3方案确定 45

5.4本章小结 46

第6章 边坡灾害防护方案设计 47

6.1常见边坡灾害介绍及防护 47

6.1.1河岸/库岸边坡破坏类型 47

6.1.2河岸/库岸边坡破坏成因 47

6.1.3灾害防治措施 48

6.2植被护坡的主要功能 49

6.2.1护坡功能 49

6.2.2改善环境功能 50

6.2.3景观功能 50

6.3三维网喷播植草边坡防护方案设计 50

6.3.1方案介绍 50

6.3.2植被选择 51

6.4本章小结 51

第7章 结论 52

参考文献 53

致谢 55

第1章 绪论

1.1设计背景及目的

1.1.1设计背景

三峡库区建成之后，水位上涨，大量的文物古迹被淹没水下，文化的传承和保护迫在眉睫。库区边坡灾害和船撞边坡文物的事故时有发生，对于水下文物的结构、安全、使用寿命等造成威胁，更严重的甚至威胁游人生命安全。为此，本次毕业设计拟进行重庆三峡库区01号边坡文物（白鹤梁水下博物馆）保护措施设计研究。

位于本次毕设的研究对象三峡库区01号边坡之下的，是被誉为”世界第一古代水文站”的重庆白鹤梁水下博物馆。白鹤梁题刻是世界上已知时间最早、延续时间最长、数量最多的水文题刻。它记载了1200多年来长江72个枯水年份的水文情况,系统地反映了长江上游枯水年代水位演化情况,为研究长江水文、区域及全球气候变化的历史规律提供了重要的实物佐证。葛洲坝和三峡水利工程的建设都曾经以此为依据,白鹤梁也当之无愧地成为“长江古代水文站”和“世界水文资料的宝库”。

三峡工程的开建,实现了中国人千年的梦想，却也使白鹤梁题刻长眠于水下40米深处。为了挽救这个水下奇观，来自多个专业的全国专家历经近20年设计建成了白鹤梁水下博物馆，使其重见天日。

水下博物馆在水下40米处,环境极为特殊。要进入水下博物馆,必须要经过一个和乘飞机类似的安检程序。之后踏上一条长40米的电梯,进入水深40米处。再通过一条约150米的平直交通走廊,在迈过一道宽约一米、厚约半米的钢制舱门后,进入到60多米长的环形参观走廊。而随着近些年来水运行业的快速发展，船舶的尺寸与排水量逐渐大型化，航道中发生船撞事故无法完全避免，一旦发生撞击事故，往往会造成建筑物损毁、船沉、人亡、货物丢失和航道受阻等十分严重的后果，后续重修建筑物与疏通航道的费用也很大。为了保护白鹤梁水下电动扶梯在受到船舶或上游漂浮物的撞击下，能够保证文物不受到破坏，防止造成更严重的人员财产损失，该水下文物的防撞保护措施意义十分重大。

1.1.2设计目的

通过本次毕设，主要达到以下目的：

 1、回顾大学所学专业课（如结构力学，理论力学，钢结构设计原理等），综合运用专业知识，在本次毕设的实践中加以锻炼，达到深化学习的目的；