(一)论文的背景、目的和意义

我国的海岸线长，拥有优越的水上交通条件，随着我国造船向大吨位、高质量方向蓬勃发展，船舶浮箱式坞门在船坞中广泛采用，浮箱式坞门是大型船舶工程中的重要一环。国内造修船坞的体量趋向大型和超大型化,坞口宽度也随之增大,大型和超大型的浮箱式坞门已不是个案。[[i]]

此外，沉管、沉箱等大型构件预制技术的成熟，使得船坞不再单纯指向船舶制造。大型沉管隧道项目的发展中，“工厂法”作为一种更先进的生产工艺, 逐步应用于沉管预制，对深坞坞门提出了更高的要求：传统的干船坞为抽空坞内水, 提供干地作业条件, 坞门承受坞外侧的水压力, 水压呈三角形分布, 水压相对较小；而”工厂法”中需坞内蓄水 (坞内水位高于坞外)，以实现沉管管节由浅坞区到深坞区的浮运平移, 此时坞门承受的水压力呈梯形分布, 其水压力约是传统干坞门的3倍。坞门设计制造工艺改良势在必行。

(二)国内外研究概况

目前，国内船厂坞门需求日渐提升，早年的设计规范已不能完全满足当前对坞门尺寸、质量的要求，当前亦没有统一更新的标准针对坞门设计。

在此情况下，有限元直接计算法被更多地运用于实际工程当中，如大连中远船坞工程公司以其作为辅助手段完成建造了6万级的船坞工程坞门设计，使该坞门各部位的钢材选配趋于合理，经测试和竣工检验，坞门工艺及结构均符合设计要求。[[ii]]河海大学机电工程学院的胡友安、张晴、黄丹丹应用ANSYS软件对某大型坞门进行有限元仿真计算,计算坞门在水压力作用下的约束反力、变形和应力,为坞门的结构设计提供理论依据。计算结果表明,该坞门的梁系布置和拟定的截面尺寸是合理的,其面板、甲板、纵横梁等主要受力构件在水压力作用下的最大应力为许用应力的67%～92%,趋于优化设计要求。[[iii]] 印度尼西亚的Oktoberty 团队运用Maxsurf and Hydromax进行计算，也确认了将建船坞的稳定性。[[iv]]

在港珠澳大桥沉管隧道沉管预制中，为达成工厂法沉管预制中深浅坞和外海的隔离，中交四航局第二工程有限公司设计了一种大体积钢扶壁混凝土组合式浮坞门，以传统坞门与小钢闸门结合的方式，有效地解决了面临的问题,具有操作简单、安全可靠等优点，已成功完成几十次启闭过程, 施工工艺也得到了不断的提升和改进。[[v]]该项目中, 首次提出将橡胶垫结构用作大型浮式坞门的缓冲装置，借鉴橡胶支座的设计原理, 采用有限元软件ANSYS对橡胶垫与浮坞门之间的相互作用进行数值模拟, 通过分析橡胶垫的结构受力和变形情况, 确定了合理的结构尺寸和布置方式。工程实践中使用效果良好, 充分验证了可行性。[[vi]]

除组合式坞门外，方箱形坞门局部结构富余量大、重量大、设计成本高，南通中远重工有限公司研究了倒T形坞门以解决此种问题，在相同荷载要求下，所设计的坞门结构总重量仅为方箱型的26%左右，在制造成本控制、缩短制造周期、安装、运输方面均具有着明显优势。南通中远重工有限公司的刘会议和黄府运用有限元分析，通过计算分析,坞门刚度的刚度、稳性满足规范要求。[[vii]]

港珠澳沉管隧道预制场的坞门,尺寸达59 m×25.2 m×29.1 m,为当时国内最大的混凝土沉箱结构之一。[[viii]]中交第四航务工程局有限公司采用不同寻常的施工工艺, 重点控制预制场地布置、模板设计、混凝土浇筑工艺、吊装设备配置、止水功能质量控制及起浮相关附属设施预埋等多方面因素，使得所制坞门可满足其止水、多次起浮、多次启闭等功能要求。此施工方法为类似大型沉箱结构施工的典范,可大力推广。[[ix]]