山区顺直河段纵向桥流场试验及数值模拟
发布时间：2020-11-13 04:28
西汉高速公路考虑到生态保护等因素,山区沿河路段多采用纵向桥方案代替高填方路堤。由于大量桥墩沿河布设,导致出现了水流行洪不畅、基础严重冲刷、桩身磨蚀等问题,这些对桥基的安全构成巨大威胁。本文以西汉高速公路顺直段纵向桥为依托,通过室内模型试验和基于FLUENT软件数值模拟相结合的方式,研究山区顺直河段纵向桥与水流斜交时流场的特征,主要针对桥墩组与水流呈约4°夹角时,在试验段中布设跨径分别为0.52m、0.8m、1.2m、1.6m、2m的双幅桥墩时,对山区顺直河段纵向桥流场展开研究。主要研究成果如下:(1)通过理论分析及实地调查,从自然因素、河流形态、路段形态、桥墩特征、桥墩组布设以及桥墩组与水流夹角等方面分析了各因素对水流形态特征的影响。(2)通过室内定床模型试验,研究了无桥墩时流场的特征,试验结果表明:无桥墩流场水流在试验段呈现为抛物线形。当桥墩组存在时,改变了水流方向,迫使水流向无桥墩区域移动,这时右侧边壁和第一列桥墩之间水流呈现先增大后减小的趋势,左侧边壁和第四列桥墩之间水流流速呈现逐渐增大的趋势。(3)基于各工况角度接近4°,整体而言,桥墩的跨径越小,桥墩的排数越多,则沿程的水深变化越大。(4)根据几何比尺可得,当桥梁标准跨径为13m时,桥墩组之间影响大,桥墩组之间水流流速发生明显的改变;当桥梁标准跨径为20m时,桥墩组之间有一定程度的影响;当桥梁标准跨径大于30m时,桥墩组之间相互影响几乎不存在,可视为单排桥墩。(5)通过试验和数值模拟结果对比,三种工况均吻合良好,模拟和试验得到相似的结论,表明了FLUENT软件对纵向桥流场模拟等问题有很好的适用性和可靠性。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U446.1
【部分图文】：
2.1.1 西汉高速西汉高速公路属于京昆高速公路在陕西省内国道的重要路段，京昆高速是中国高公路网国道的主干线。西汉高速北起西安户县涝峪口，途经户县、佛坪、汉台、勉县8 个县区，南至汉中的勉县元墩连接上在建的勉县至宁强高速公路。路线主线全长258.65km，全线采用双向四车道高速公路标准建设，根据地形条件分级设计行车速度~100km/h，路基宽度 20-26m，全封闭，全立交[40]。西汉高速公路部分路段位于秦巴山区，为减少对秦巴山区自然环境的破坏，以及最大幅度给予生态植被以保护，基于此理念提出了“生态选线”。即减少边坡开挖，采用纵向桥梁形式代替传统填挖路基形式，以最大程度地减小公路建设对区域环境的坏。全线共建设桥梁约 720 座，其中该线上桥隧的比例超过 50%，通过实际考察可以现纵向桥梁段河床上布满了大小不一的砾石、卵石以及水流携带的漂石，粒径的大小0.01~2m 范围内，具体如下图 2.1 所示。
第二章 山区公路纵向桥段水流形态影响因素分析（2）桥墩顺河道排列密集，会受到强烈的水流和推移质共同作用。尤其是位于峡谷段，河道相对较窄、河床比降大，每逢汛期山区强降雨进而引发山洪，水流特别急，水流流速增大会加大对桥墩基础冲刷，同时水中带有较大的卵石和漂石，这些漂石会沿着水流方向撞击桥墩，对桥梁安全构成巨大威胁。通过现场调查发现多处河段的纵向桥梁桥墩布置密集，桥墩已出现基础严重冲刷、桩身冲击、磨蚀的问题，如下图 2.2、2.3、2.4、2.5 所示，如果不对水流形态进行研究，给予水流流速较大的位置合适的防护，随着时间的积累，桥墩可能会因承载力不足而导致桥梁发生破坏。
第二章 山区公路纵向桥段水流形态影响因素分析（2）桥墩顺河道排列密集，会受到强烈的水流和推移质共同作用。尤其是位于峡谷段，河道相对较窄、河床比降大，每逢汛期山区强降雨进而引发山洪，水流特别急，水流流速增大会加大对桥墩基础冲刷，同时水中带有较大的卵石和漂石，这些漂石会沿着水流方向撞击桥墩，对桥梁安全构成巨大威胁。通过现场调查发现多处河段的纵向桥梁桥墩布置密集，桥墩已出现基础严重冲刷、桩身冲击、磨蚀的问题，如下图 2.2、2.3、2.4、2.5 所示，如果不对水流形态进行研究，给予水流流速较大的位置合适的防护，随着时间的积累，桥墩可能会因承载力不足而导致桥梁发生破坏。
【参考文献】
本文编号：2881729
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U446.1
【部分图文】：
2.1.1 西汉高速西汉高速公路属于京昆高速公路在陕西省内国道的重要路段，京昆高速是中国高公路网国道的主干线。西汉高速北起西安户县涝峪口，途经户县、佛坪、汉台、勉县8 个县区，南至汉中的勉县元墩连接上在建的勉县至宁强高速公路。路线主线全长258.65km，全线采用双向四车道高速公路标准建设，根据地形条件分级设计行车速度~100km/h，路基宽度 20-26m，全封闭，全立交[40]。西汉高速公路部分路段位于秦巴山区，为减少对秦巴山区自然环境的破坏，以及最大幅度给予生态植被以保护，基于此理念提出了“生态选线”。即减少边坡开挖，采用纵向桥梁形式代替传统填挖路基形式，以最大程度地减小公路建设对区域环境的坏。全线共建设桥梁约 720 座，其中该线上桥隧的比例超过 50%，通过实际考察可以现纵向桥梁段河床上布满了大小不一的砾石、卵石以及水流携带的漂石，粒径的大小0.01~2m 范围内，具体如下图 2.1 所示。
第二章 山区公路纵向桥段水流形态影响因素分析（2）桥墩顺河道排列密集，会受到强烈的水流和推移质共同作用。尤其是位于峡谷段，河道相对较窄、河床比降大，每逢汛期山区强降雨进而引发山洪，水流特别急，水流流速增大会加大对桥墩基础冲刷，同时水中带有较大的卵石和漂石，这些漂石会沿着水流方向撞击桥墩，对桥梁安全构成巨大威胁。通过现场调查发现多处河段的纵向桥梁桥墩布置密集，桥墩已出现基础严重冲刷、桩身冲击、磨蚀的问题，如下图 2.2、2.3、2.4、2.5 所示，如果不对水流形态进行研究，给予水流流速较大的位置合适的防护，随着时间的积累，桥墩可能会因承载力不足而导致桥梁发生破坏。
第二章 山区公路纵向桥段水流形态影响因素分析（2）桥墩顺河道排列密集，会受到强烈的水流和推移质共同作用。尤其是位于峡谷段，河道相对较窄、河床比降大，每逢汛期山区强降雨进而引发山洪，水流特别急，水流流速增大会加大对桥墩基础冲刷，同时水中带有较大的卵石和漂石，这些漂石会沿着水流方向撞击桥墩，对桥梁安全构成巨大威胁。通过现场调查发现多处河段的纵向桥梁桥墩布置密集，桥墩已出现基础严重冲刷、桩身冲击、磨蚀的问题，如下图 2.2、2.3、2.4、2.5 所示，如果不对水流形态进行研究，给予水流流速较大的位置合适的防护，随着时间的积累，桥墩可能会因承载力不足而导致桥梁发生破坏。
【参考文献】
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本文编号：2881729
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