山区河流桥墩基础冲刷计算与防护方法研究
发布时间：2021-03-14 20:28
洪水对桥墩的冲刷作用是导致桥梁垮塌的主要原因,因此,在进行桥梁设计时,洪水对桥墩冲刷深度及其范围的确定是桥梁设计的重要组成部分。桥墩冲刷深度的计算是一个十分复杂的问题,由于桥墩周围水流结构的异常复杂以及泥沙起动的随机性,导致在计算过程中要得到准确的预测结果是非常困难的。目前,国内外研究者已经对桥墩的局部冲刷做了很多的研究,他们通过大量的原型实地观察测量、模型试验以及数值模拟得到了各种不同条件下的局部冲刷深度的计算公式,对桥墩局部冲刷的继续研究做出了很大的贡献。随着当今计算机技术的不断向前发展,数值模拟将会在桥墩局部冲刷的研究中以其独特的优势得到快速发展。在阅读了大量国内外有关桥墩冲刷研究的相关文献后,采用计算流体动力学(CFD)开展了桥墩冲刷计算模拟研究,并取得了如下研究成果:(1)综述了目前国内外桥墩冲刷深度的计算公式,分析了相关计算公式的适用条件,并通过实例计算对比分析,确定了合理的桥墩冲刷深度计算方法。(2)以fluent软件软件为工具,选用标准k-ε湍流模型对洪水冲刷条件下桥墩周围的三维紊流场进行了计算模拟。编写了UDF程序来计算模拟河床高程瞬时变化进而确定洪水对桥墩冲刷坑形态的时空演化规律,在此基础上,开展了影响桥墩冲刷深度的主控因素的敏感度分析。(3)针对现有桥墩冲刷防护技术存在的缺陷,提出了“微型钢管桩+钢制框架”复合桥墩冲刷防护技术,阐述了其防护原理与有效防护作用效果。
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U443.22;U445.7
本文编号：1391262
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U443.22;U445.7
文章目录
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 桥墩冲刷的研究背景
1.2 桥墩局部冲刷的研究意义
1.3 研究现状
1.4 本文主要研究内容
1.4.1 山区河流桥墩冲刷深度计算公式
1.4.2 山区河流桥墩冲刷演化动力模型与计算模拟
1.4.3 山区河流桥墩冲刷防护关键技术与示范
2 桥墩局部冲刷深度计算公式综述
2.1 一般冲刷的主要研究成果
2.1.1 由别列柳勃斯基假定建立的一般冲刷计算公式
2.1.2 由输沙平衡原理建立的一般冲刷计算公式
2.1.3 由冲止流速的概念建立的一般冲刷深度计算公式
2.2 桥墩局部冲刷计算研究成果
2.2.1 经验公式
2.2.2 半经验半理论公式
2.3 公式的应用及分析
2.4 桥墩局部冲刷计算的研究方法
2.4.1 物理模型实验
2.4.2 数值模拟
2.5 本章小结
3 桥墩局部冲刷模拟的数学模型和数值方法
3.1 fluent软件简介
3.2 数学模型
3.2.1 控制方程
3.2.2 湍流模型
3.3 数值计算方法
3.3.1 有限差分法
3.3.2 有限元法
3.3.3 有限体积法
3.4 CFD求解力学问题的过程
3.5 CFD常用算法
3.6 泥沙输运模型
3.6.1 泥沙运动的分类
3.6.2 泥沙起动的判断
3.6.3 推移质输运计算
3.7 本章小结
4 桥墩冲刷原型实验的数值模拟验证
4.1 试验模型简介
4.1.1 模拟模型几何设置
4.1.2 网格划分
4.1.3 边界条件
4.1.4 初始条件
4.2 模拟过程及结果分析
4.3 结果对比分析
4.4 冲刷影响因素模拟结果对比分析
4.4.1 来流水速度对冲刷坑深度影响的数值模拟
4.4.2 不同泥沙粒径对冲刷坑深度影响的数值模拟
4.4.3 不同直径桥墩对冲刷坑深度影响的数值模拟
4.5 本章小结
5 桥墩冲刷的防护措施
5.1 实体抗冲防护措施
5.1.1 抛石防护
5.1.2 扩大桥墩基础防护
5.2 减速不冲防护工程措施研究
5.2.1 护圈防护
5.2.2 桥墩开缝防护
5.3“微型钢管桩+钢制框架”组合结构桥墩冲刷防护
5.4 本章小结
结论与展望
创新部分
本文的主要工作及结论
展望
参考文献
附录
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究
【参考文献】
相期刊论文 前2条
1 房世龙;陈红;王岗;;桥墩局部冲刷防护工程特性研究综述[J];水利水电科技进展;2007年04期
2 毛佩郁,毛昶熙;河湾水流与河床冲淤综合分析[J];水利水运科学研究;1999年01期
本文编号：1391262
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/1391262.html
