斜交桥墩的局部冲刷试验及数值模拟研究

发布时间：2020-07-30 06:51

【摘要】：桥墩的局部冲刷问题一直是桥梁在设计建造过程中的难点,现存的桥墩大多以圆柱型、长圆柱型桥墩为主。在研究其桥墩周边流场的时候往往只考虑了水流正面冲刷的情况,而河流的水流方向并不是一定的,在中国北方大多数河流的河道都属于游荡型河道,固定在河床的桥墩必然会与河流方向产生夹角形成斜交桥墩。本篇论文就斜交桥墩的问题分别用物理模型试验及数值模拟的方法进行了试验研究。物理模型采用1:100正态模型水槽对不同斜交角度长圆柱型墩进行了系列试验。对桥墩在不同水流强度、斜交角度条件下的冲刷坑形态进行系统观测和分析。结果表明,斜交桥墩的冲坑几何特性与正交桥墩存在较大区别。当单宽流量10m~3/(s.m)且斜交角度15°以上时,桥墩会出现共轭冲刷坑。当桥墩斜交时,背水侧会出现顺时针漩涡水流下降区,迎水侧墩尾处受水流顶冲形成局部冲刷坑;桥墩局部冲刷深度、体积、范围等要素均随水流强度及斜交角度的增大而增大,墩尾冲坑深度约为墩前的0.7倍。水流强度较小时,规范公式计算值与试验值较吻合;水流强度较大时,规范计算冲深小于试验值,减幅约为0.66~0.92。同时使用数值模拟软件对斜交桥墩局部冲刷进行了三维模拟,并与物理模型试验进行了对比所得结果基本一致。对45°夹角情况下的桥墩进行了细化的模拟分析,可较清晰地观测到流场分布以及旋涡体系,冲刷坑形成的过程也可清楚展现,同时对共轭冲刷坑进行了比较,为以后探讨桥墩冲刷与水流夹角关系提供了参考价值。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U448.27

【参考文献】

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本文编号：2775187