網(wǎng)衣對(duì)自升式桁架網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響

陳元帥 ，龐國(guó)良, ，黃小華 ，李 根, ，袁太平, ，胡 昱, ，陶啟友,

1. 浙江海洋大學(xué)/國(guó)家海洋設(shè)施養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，浙江 舟山 316000

2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所/廣東省網(wǎng)箱工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510300

3. 三亞熱帶水產(chǎn)研究院/海南省深遠(yuǎn)海漁業(yè)資源高效利用與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 三亞 572000

為拓展海水養(yǎng)殖空間、應(yīng)對(duì)近岸水質(zhì)污染加劇問(wèn)題及尋求更高的海域利用率，近年來(lái)我國(guó)大力支持依托桁架網(wǎng)箱發(fā)展深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖并取得一定成效[1]。桁架網(wǎng)箱型式多樣，有半潛式、全潛式、坐底式、自升式等。其中，自升式桁架網(wǎng)箱作為一種新型網(wǎng)箱，目前建成下水的僅有“灣區(qū)橫洲號(hào)”和“聯(lián)塑L001”兩座，憑借養(yǎng)殖主箱體可沿樁腿下潛入水的結(jié)構(gòu)特性，在極端海況條件下網(wǎng)箱可以有效減小波流載荷沖擊，保護(hù)設(shè)施及養(yǎng)殖生物安全，為更好地適應(yīng)深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖極端環(huán)境、降低養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)、提升養(yǎng)殖收益提供了一種選擇。

憑借著高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，高密度聚乙烯重力式(HDPE) 深水網(wǎng)箱是目前發(fā)展深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖的主要設(shè)施，相關(guān)技術(shù)較為成熟，關(guān)于其研究也開(kāi)展得比較全面，涉及網(wǎng)箱及網(wǎng)衣水動(dòng)力[2-5]、浮架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[6-7]、錨泊技術(shù)[8-9]等。目前大型桁架網(wǎng)箱研究也主要集中在水動(dòng)力分析、系泊分析、桁架主體結(jié)構(gòu)安全等方面。水動(dòng)力方面，不少學(xué)者采用物理模型實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證[10-11]，此類驗(yàn)證方法雖有較好的模擬效果，但實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)，模擬實(shí)驗(yàn)所需材料循環(huán)利用率較低。隨著海工分析軟件的不斷發(fā)展，也有利用計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)展數(shù)值模擬研究的，例如崔勇等[12]分析比較了雙層網(wǎng)底網(wǎng)箱與單層網(wǎng)底網(wǎng)箱的受力運(yùn)動(dòng)模型，為多層網(wǎng)底鲆鰈網(wǎng)箱設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了理論依據(jù)；張婧等[13]、Lei 等[14]利用海洋工程軟件OrcaFlex對(duì)深海網(wǎng)箱模型進(jìn)行水動(dòng)力分析；陳炫光等[15]分析了串聯(lián)浮筒的大小、位置對(duì)船型網(wǎng)箱水動(dòng)力特性的影響。此類方法極大地促進(jìn)了海工軟件與深海網(wǎng)箱的結(jié)合，為深海網(wǎng)箱水動(dòng)力評(píng)估提供了高效的參考方法。系泊方面，張新昊[16]、張松等[17]針對(duì)系泊方案進(jìn)行了對(duì)比優(yōu)選；黃小華等[18]比較分析了一種半潛式桁架結(jié)構(gòu)漁場(chǎng)平臺(tái)在3 種系泊方式、3 種壓載狀態(tài)和6 種波況條件下的動(dòng)力響應(yīng)情況，該研究結(jié)果為今后我國(guó)半潛式漁場(chǎng)平臺(tái)發(fā)展提供了一定的理論參考。此外，不少學(xué)者在新的領(lǐng)域不斷嘗試，開(kāi)展網(wǎng)箱養(yǎng)殖與海上風(fēng)電領(lǐng)域融合發(fā)展、平臺(tái)系泊張力評(píng)估新方法等方面的探索研究[19-22]。而針對(duì)桁架主體結(jié)構(gòu)安全方面，李賀[23]評(píng)估了某大型網(wǎng)架式深海網(wǎng)箱的結(jié)構(gòu)安全性，對(duì)設(shè)計(jì)不合理之處提出了改進(jìn)措施；孫樹(shù)政等[24]在不考慮網(wǎng)衣的作用下，對(duì)單個(gè)網(wǎng)箱模塊浮架結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度進(jìn)行校核；此外，類似的研究還有柴佳瑜等[25]、李昊瑾[26]、湯建鋒[27]對(duì)不同環(huán)境載荷作用下網(wǎng)箱的強(qiáng)度進(jìn)行了校核分析。綜上所述，大部分學(xué)者在對(duì)網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行探討時(shí)針對(duì)網(wǎng)衣部分的處理均考慮未系縛或采用簡(jiǎn)化模擬的形式，極少學(xué)者將研究方向聚焦于桁架網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估時(shí)網(wǎng)衣及網(wǎng)衣不同參數(shù)對(duì)其影響的程度。

由于自升式桁架網(wǎng)箱是一種新型網(wǎng)箱，關(guān)于其研究還比較有限，龐國(guó)良等[28]針對(duì)一種8 樁腿自升式桁架網(wǎng)箱，基于ANSYS/Mechanical 通過(guò)求解不同工況下網(wǎng)箱各部件結(jié)構(gòu)變形情況及應(yīng)力分布評(píng)估網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)安全性，并驗(yàn)證了這種型式網(wǎng)箱對(duì)極端環(huán)境條件的適用性，同樣的方法也被用于對(duì)一種單樁腿八邊形可組合式單元升降網(wǎng)箱的安全性分析[29]，但網(wǎng)箱模型也僅考慮了網(wǎng)箱主體結(jié)構(gòu)，忽略了網(wǎng)衣系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估結(jié)果的影響。因此，本研究以自升式桁架網(wǎng)箱為研究對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建包含網(wǎng)衣系統(tǒng)的自升式桁架網(wǎng)箱模型，旨在探明網(wǎng)衣系統(tǒng)對(duì)桁架網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響。

本研究基于SESAM 軟件開(kāi)展相關(guān)仿真計(jì)算。首先建立了有無(wú)網(wǎng)衣的自升式桁架網(wǎng)箱數(shù)值模型，開(kāi)展了不同工況下網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)仿真計(jì)算，從樁腿支反力及網(wǎng)箱桁架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核結(jié)果方面，對(duì)比分析了有無(wú)網(wǎng)衣對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響；然后基于附帶網(wǎng)衣的網(wǎng)箱數(shù)值模型，進(jìn)一步探討了網(wǎng)衣不同群化比及不同數(shù)量系縛綱繩對(duì)桁架網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估的影響，研究可為大型桁架網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估提供技術(shù)參考。

1 網(wǎng)箱計(jì)算模型

1.1 網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)參數(shù)

本研究對(duì)象為一種8 樁腿自升式桁架網(wǎng)箱(圖1-a)，網(wǎng)箱總長(zhǎng)為133 m，總寬為70 m，主體高為10.3 m，分為6 個(gè)養(yǎng)殖區(qū)，養(yǎng)殖水體總計(jì)約9×104m3。網(wǎng)箱包括網(wǎng)箱主體框架、樁腿以及網(wǎng)衣系統(tǒng)3 個(gè)部分，其中網(wǎng)衣通過(guò)綱繩系縛于網(wǎng)箱主體框架相鄰桁架管上來(lái)構(gòu)造養(yǎng)殖水體空間，網(wǎng)箱每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)網(wǎng)衣形狀類似于橢圓柱體 (圖1-b)，其中橫軸長(zhǎng)度為34 m，縱軸長(zhǎng)度為24 m，高度為9.6 m，采用方形網(wǎng)目網(wǎng)衣作為網(wǎng)衣材料，網(wǎng)目目腳長(zhǎng)度為60 mm，網(wǎng)線直徑為3.5 mm，網(wǎng)箱主體可沿樁腿進(jìn)行上下移動(dòng)以滿足不同工況需要，網(wǎng)箱樁腿及主體框架所使用的材料為Q345 鋼，網(wǎng)衣材料為尼龍，詳細(xì)的網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。需要說(shuō)明的是，本研究主要探討網(wǎng)衣結(jié)構(gòu)及部分網(wǎng)衣參數(shù)對(duì)網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估的影響，因此僅考慮了網(wǎng)箱主體框架上部處于水面以上的正常作業(yè)狀態(tài)，吃水深度為9.3 m。

表1 自升式桁架網(wǎng)箱尺寸及參數(shù)Table 1 Principal dimensions and material parameters of jack-up truss net cage

圖1 自升式桁架網(wǎng)箱示意圖Fig. 1 Diagram of jack-up truss net cage

1.2 網(wǎng)衣模擬方法

網(wǎng)衣在宏觀尺度上是由數(shù)萬(wàn)計(jì)的細(xì)小網(wǎng)目組成，就本研究而言，網(wǎng)目目腳長(zhǎng)度為60 mm，而網(wǎng)衣為長(zhǎng)34 m×寬24 m×高9.6 m，如果對(duì)網(wǎng)衣采用考慮實(shí)際網(wǎng)目尺寸的精細(xì)建模方式，建模及計(jì)算成本將十分巨大。網(wǎng)目群化技術(shù)是將網(wǎng)衣中相鄰多個(gè)實(shí)際網(wǎng)目合并成一個(gè)“大網(wǎng)目” (圖2-a)，進(jìn)而在仿真中極大地減少了計(jì)算成本。本研究根據(jù)一種改進(jìn)的網(wǎng)目群化方法對(duì)自升式網(wǎng)箱網(wǎng)衣進(jìn)行等效簡(jiǎn)化[30]，該方法重點(diǎn)考慮了網(wǎng)衣等效前后的水動(dòng)力影響，根據(jù)Morison 方程調(diào)整水動(dòng)力系數(shù)，保持網(wǎng)衣等效前后所受水動(dòng)力相同。為探討網(wǎng)衣在不同群化比條件下對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，本研究考慮了30×30 (即將30×30 個(gè)網(wǎng)目等效為1 個(gè)網(wǎng)目) 、40×40 和50×50 3 種網(wǎng)衣群化比。不同網(wǎng)衣群化比下的網(wǎng)衣群化后示意圖見(jiàn)圖2-b。

圖2 網(wǎng)目群化示意圖 (a) 及不同群化比網(wǎng)衣群化后的網(wǎng)衣模型 (b)Fig. 2 Diagram of mesh grouping (a) and net models with different mesh grouping ratios (b)

1.3 網(wǎng)箱模型建立

考慮到本研究中的自升式桁架網(wǎng)箱主體部分均為桁架管結(jié)構(gòu)，樁腿和網(wǎng)衣均為細(xì)長(zhǎng)桿件，因此在SESAM/GeniE 建模中，將模型全部模擬成梁?jiǎn)卧４送猓捎谠摼W(wǎng)箱在長(zhǎng)度和寬度方向均為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此建模中僅需構(gòu)建四分之一網(wǎng)箱模型，然后通過(guò)鏡像操作便可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)箱全部模型的建立。

坐標(biāo)系及網(wǎng)箱載荷方向見(jiàn)圖3。其中，坐標(biāo)原點(diǎn)位于網(wǎng)箱艉部中心處，x軸指向網(wǎng)箱艏部為正，y軸指向網(wǎng)箱左側(cè)為正，z軸向上為正，將沿x軸正向定義為0° 環(huán)境載荷方向，沿y軸正向定義為90° 環(huán)境載荷方向。

圖3 坐標(biāo)系及環(huán)境載荷方向定義Fig. 3 Coordinate definition and environmental loading direction

由于本研究主要關(guān)注網(wǎng)箱主體結(jié)構(gòu)響應(yīng)，因此在建模中忽略了網(wǎng)箱樁靴和樁土的相互作用，在模型邊界條件處理上，直接約束了8 個(gè)樁腿底部節(jié)點(diǎn)所有方向自由度。網(wǎng)衣部分則是以網(wǎng)箱主體框架為基礎(chǔ)，連接網(wǎng)衣至相鄰桁架管上。最終建立的無(wú)網(wǎng)衣和有網(wǎng)衣的自升式桁架網(wǎng)箱數(shù)值模型見(jiàn)圖4，隨后通過(guò)上述模型研究網(wǎng)衣及不同網(wǎng)衣系縛方式對(duì)自升式桁架結(jié)構(gòu)的影響，并以樁腿支反力和桁架利用系數(shù) (Utilization factor, UF) 值的形式輸出對(duì)比分析。

圖4 自升式桁架網(wǎng)箱數(shù)值模型Fig. 4 Numerical model of jack-up truss net cage

2 計(jì)算理論與工況

2.1 環(huán)境載荷計(jì)算

網(wǎng)箱在實(shí)際作業(yè)中主要受到風(fēng)、浪、流載荷作用。本研究的自升式網(wǎng)箱水線以上受風(fēng)部件主要是8 根樁腿，對(duì)網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)而言其受風(fēng)載影響較小，因此分析中主要考慮波浪和海流兩種載荷。另外，考慮到自升式網(wǎng)箱為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu) (圖3)，波流載荷方向上只考慮0°、45°、90° 3 個(gè)方向。

自升式桁架網(wǎng)箱主要構(gòu)件均為細(xì)長(zhǎng)桁架管，相對(duì)于波浪波長(zhǎng)而言為典型的小尺度細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件，因此網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)所受波浪力可以利用Morison 公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)圓桿結(jié)構(gòu)，所受到波浪力為：

式中：Cd為拖曳力系數(shù)；Cm為慣性力系數(shù)；ρ為海水密度 (kg·m?3)；D為樁柱直徑 (m)；U為樁柱軸線處水質(zhì)點(diǎn)的水平方向速度 (m·s?1)；本研究取拖曳力系數(shù)Cd=0.7和慣性力系數(shù)Cm=1.2。

對(duì)于海流載荷，根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)條件下的桿件阻力數(shù)學(xué)表達(dá)，可以得出桁架桿結(jié)構(gòu)所受到海流力為：

式中：ρ為海水密度 (kg·m?3)；Cd為阻力系數(shù)，A為迎流面積 (m2)；Vc為海流流速 (m·s?1)。

2.2 計(jì)算工況確定

波浪載荷方面，本研究考慮使用自升式網(wǎng)箱正常作業(yè)條件下的極端波浪載荷[21]來(lái)探討網(wǎng)衣及不同網(wǎng)衣參數(shù)對(duì)自升式桁架網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，此時(shí)波高為6 m，波浪周期為10.8 s，波浪方向考慮0°、45°、90° 3 個(gè)方向。海流載荷方面，以0.25 m·s?1為間隔，從0～1.5 m·s?1不等的流速條件，海流方向與波浪同向。波浪相位角選取對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)安全校核十分重要，由于本研究重點(diǎn)探究網(wǎng)衣對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算結(jié)果的影響，因此波浪相位角方面，直接采用龐國(guó)良等[28]中的結(jié)果，具體計(jì)算工況見(jiàn)表2。

表2 網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算工況Table 2 Loading conditions of structural response of cage

3 網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算與分析

3.1 有無(wú)網(wǎng)衣對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估的影響

根據(jù)表2 所列計(jì)算工況，開(kāi)展自升式桁架網(wǎng)箱有無(wú)網(wǎng)衣?tīng)顟B(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算。對(duì)于自升式網(wǎng)箱來(lái)說(shuō)，在外部載荷作用下樁腿是支撐網(wǎng)箱的最關(guān)鍵部件，因此以樁腿支反力作為網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估結(jié)果的一個(gè)指標(biāo)。此外，網(wǎng)箱主體桁架管的強(qiáng)度校核作為評(píng)估網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵，其作為網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估結(jié)果的另一個(gè)指標(biāo)。在SESAM/GeniE中，梁?jiǎn)卧男：私Y(jié)果可以直接以UF 值的形式自動(dòng)輸出，本研究中網(wǎng)箱桁架管被模擬為梁?jiǎn)卧x擇通過(guò)UF 值來(lái)反映桁架管的強(qiáng)度校核結(jié)果。

0°、45° 和90° 波流方向條件，網(wǎng)箱有無(wú)網(wǎng)衣?tīng)顟B(tài)下各個(gè)樁腿支反力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5—圖7。由于網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，0° 波浪方向下，樁腿2&6、1&5、3&7、4&8 的支反力基本相同，90° 波浪方向下，樁腿1&4、2&3、5&8、6&7 的支反力基本相同。從圖中可以看出，除個(gè)別工況條件可能受到波浪相位選擇的影響，不同波流方向下有網(wǎng)衣網(wǎng)箱的樁腿支反力基本均大于無(wú)網(wǎng)衣網(wǎng)箱的，并且隨著流速的增加網(wǎng)箱在有無(wú)網(wǎng)衣?tīng)顟B(tài)下的樁腿支反力差值增大。

圖5 0° 波浪反向下網(wǎng)箱樁腿支反力Fig. 5 Leg reaction force in 0° wave direction

圖6 45° 波浪反向下網(wǎng)箱樁腿支反力Fig. 6 Leg reaction force in 45° wave direction

圖7 90° 波浪方向下網(wǎng)箱樁腿支反力Fig. 7 Leg reaction force in 90° wave direction

表3 為不同工況條件網(wǎng)箱有無(wú)網(wǎng)衣?tīng)顟B(tài)下的主體桁架結(jié)構(gòu)最大UF 值。可以看出，考慮網(wǎng)衣后，網(wǎng)箱主體桁架UF 值明顯增大，比如在工況LC7中，兩者相差近26%，并且隨著流速的增加UF 值不斷增大。

表3 有無(wú)網(wǎng)衣的利用系數(shù)值Table 3 Utilization factor value with net and without net

從網(wǎng)箱樁腿支反力和桁架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的校核結(jié)果可以看出，網(wǎng)衣對(duì)網(wǎng)箱主體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)評(píng)估有較大影響，尤其是在高流速條件下，網(wǎng)衣的存在會(huì)大幅增加網(wǎng)箱樁腿受力和桁架UF 值，說(shuō)明在進(jìn)行桁架網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估時(shí)不可忽略網(wǎng)衣的作用。

3.2 不同網(wǎng)衣參數(shù)對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估的影響

3.2.1 不同群化比

在自升式桁架網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)仿真評(píng)估中，上文論證了網(wǎng)衣部件作用不可忽略，但在實(shí)際建模過(guò)程中，由于網(wǎng)目尺寸較小，網(wǎng)衣建模均需要進(jìn)行群化處理。為了評(píng)估不同網(wǎng)衣群化比對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估的影響，根據(jù)2.2 所述，在不改變網(wǎng)線直徑的情況下，分別建立了30×30、40×40 和50×50 網(wǎng)衣群化比下自升式網(wǎng)箱模型。計(jì)算工況方面，根據(jù)3.1 的結(jié)果，在0°、45° 和90° 方向分別選取工況LC5、LC12 和LC19 進(jìn)行計(jì)算，同樣通過(guò)樁腿支反力和桁架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核結(jié)果開(kāi)展相關(guān)評(píng)估。

從圖8 中可以看出，在不同工況、不同網(wǎng)衣群化比條件下，樁腿支反力相差不大，最大差值出現(xiàn)在45° 波浪方向工況LC12，樁腿3 支反力在網(wǎng)衣群化比為50×50 時(shí)為1 990 566.486 N，網(wǎng)衣群化比為30×30 時(shí)為1 836 066 N，兩者相差8.4%。從表4 中可以看出，在不同工況、不同網(wǎng)衣群化比條件下，網(wǎng)箱桁架UF 值相差也不大，最大差值出現(xiàn)在工況LC5，50×50 和40×40 群化比間，相差0.07，可見(jiàn)不同群化比的網(wǎng)衣對(duì)自升式深海網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算的影響不大。此外，在數(shù)值仿真中，若重點(diǎn)關(guān)注的是桁架結(jié)構(gòu)響應(yīng)情況，且為獲得更高的仿真計(jì)算效率，可以選擇較大的網(wǎng)目群化比對(duì)網(wǎng)箱網(wǎng)衣部分進(jìn)行群化處理。

表4 不同群化比下的的利用系數(shù)值Table 4 Utilization factor values with different mesh grouping ratios

圖8 不同群化比下不同波浪方向樁腿支反力Fig. 8 Leg reaction force in different wave directions with different mesh grouping ratios

3.2.2 網(wǎng)衣系縛方式

作為網(wǎng)衣與網(wǎng)箱主體框架的連接部分，網(wǎng)衣在布設(shè)時(shí)不同數(shù)量的系縛綱繩可能會(huì)對(duì)網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)響應(yīng)有影響，通過(guò)設(shè)置8、16、24 和32 根系縛綱繩，同樣在0°、45° 和90° 方向分別選取工況LC5、LC12 和LC19 開(kāi)展相關(guān)計(jì)算，系縛綱繩及系縛點(diǎn)位置如圖9 所示。

圖9 系縛綱繩及系縛點(diǎn)位置Fig. 9 Position of tying rope and tying point

不同波浪方向下不同數(shù)量系縛綱繩的網(wǎng)箱對(duì)應(yīng)的樁腿支反力如圖10 所示。可以看出，在45°波浪方向下，8 根與32 根系縛綱繩網(wǎng)箱的5 號(hào)樁腿支反力差值最大 (9.8%)，其余樁腿支反力的變化不大。對(duì)比表5 中不同系縛綱繩數(shù)量下的UF 值，不難看出最大差值出現(xiàn)在LC12 的8 根系縛綱繩的網(wǎng)箱與24、32 根系縛綱繩的網(wǎng)箱上，但僅相差0.05，因此，網(wǎng)衣系縛綱繩數(shù)量對(duì)樁腿支反力和網(wǎng)箱桁架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核結(jié)果影響不大。

表5 不同系縛繩數(shù)量下的利用系數(shù)值Table 5 Utilization factor values with different number of tying ropes

圖10 不同波浪方向下不同系縛綱繩數(shù)量的框架所對(duì)應(yīng)的樁腿支反力Fig. 10 Leg reaction force with different number of tying ropes in different wave directions

圖11 為不同數(shù)量系縛綱繩下網(wǎng)箱系縛綱繩在3 個(gè)波浪方向下的平均張力，可以看出3 個(gè)波浪方向下，隨著系縛綱繩的增加，系縛的平均張力明顯減少。因此，為保證網(wǎng)衣系縛安全，在網(wǎng)衣制作中增加系縛綱繩是易于操作的有效手段。

圖11 不同數(shù)量系縛綱繩的平均張力Fig. 11 Average tension with different number of tying ropes

4 結(jié)論

本研究針對(duì)自升式桁架網(wǎng)箱，著重探究了網(wǎng)衣對(duì)網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)響應(yīng)評(píng)估的影響，通過(guò)構(gòu)建網(wǎng)箱仿真計(jì)算模型，分析了在有無(wú)網(wǎng)衣及不同網(wǎng)衣參數(shù)條件下的網(wǎng)箱主體結(jié)構(gòu)響應(yīng)。結(jié)果表明：1) 網(wǎng)衣對(duì)網(wǎng)箱主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度存在較大影響，尤其在高流速條件下，網(wǎng)衣的存在會(huì)大幅增加網(wǎng)箱樁腿及主體結(jié)構(gòu)的受力，證明在校核網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí)不可忽略網(wǎng)衣的作用；2) 通過(guò)對(duì)比30×30、40×40、50×50 這3 組不同網(wǎng)目群化比下的樁腿支反力和UF 值，發(fā)現(xiàn)不同群化比下的網(wǎng)衣對(duì)自升式桁架網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和網(wǎng)箱樁腿受力的影響變化不大，在數(shù)值仿真中可以考慮使用較大的群化比來(lái)提升計(jì)算效率；3) 通過(guò)對(duì)8、16、24 和32 根系縛綱繩下的網(wǎng)箱樁腿支反力、網(wǎng)箱主體UF 值以及系縛綱繩的平均張力對(duì)比分析，可以看出網(wǎng)衣系縛綱繩數(shù)量對(duì)網(wǎng)箱整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)估和網(wǎng)箱樁腿受力基本無(wú)影響，但增加系縛繩可以有效減少系縛點(diǎn)受力。由于本研究是基于SESAM/Genie 梁?jiǎn)卧M網(wǎng)衣網(wǎng)線，未考慮網(wǎng)衣柔性變形特性以及網(wǎng)衣系縛后的縮結(jié)效應(yīng)等，后續(xù)將進(jìn)一步考慮實(shí)際情況，深化相關(guān)研究。