涌潮水流作用下桩柱表面压强及受力分析
发布时间：2021-10-10 11:59
涌潮水流是一种蕴含较大能量的强非线性间断流.针对我国钱塘江河口地区范围内桥墩等桩式建筑物在涌潮水流作用下长期遭受的猛烈冲击问题,采用物理模型试验对桩柱在潮前水深上下两部分表面压强时程变化及涌潮潮头最大冲击压强出现位置进行了探讨并拟合得到最大冲击压强计算公式;采用数值模拟手段进行分离式建模,对桩柱在潮前水深上下两部分受力进行提取分析并拟合得到涌潮作用力计算公式.研究结果表明,涌潮水流与桩柱相互作用过程可分为3个阶段:在瞬时冲击期内,潮前水深以上桩柱部分在潮头猛烈冲击作用下,桩柱表面压强及受到的作用力瞬间增大至极大值,潮前水深以下部分表面压强和受到的作用力增长缓慢;衰减振荡期内,桩柱在潮前水深以上部分表面压强和受到的作用力迅速下降,潮前水深以下部分压强波动不大,受到的作用力衰减速率明显小于潮前水深以上部分;绕流作用期内,桩柱在潮前水深上下两部分表面压强和受力波动逐渐减小.桩柱在涌潮作用下表面压强及受力大小与涌潮水流参数中的潮前水深h0和落潮流速V0呈负相关,与涌潮高度H呈正相关;涌潮作用下最大冲击压强出现在0.5 H附近,拟合得到的最大冲击压强及...
【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020,53(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
物理试验模型布置
利用该数学模型对潮前水深h0为0.04～0.23 m、涌潮高度H为0.03～0.11 m、圆柱直径为0.06 m的组合工况下的圆柱受力过程进行模拟计算．2 结果分析与讨论
图4为各测点下无量纲水深和无量纲冲击压强分布，从图4可以看出涌潮潮头最大冲击压强pmax位置出现在0.5 H附近，并且最大冲击压强不超过涌潮高度部分水体引起的静水压强的1.2倍．关于涌潮压强分布的情况，在目前公开发表的文献[5,12-13]中指出潮前水深处的压强值最大，涌潮压强中的脉动分量最大值出现在潮头锋面碰撞桩柱时刻，测得的压强最大值比碰撞时刻滞后约2.5 s，这和文献中用以分析的涌潮压强值同时包含静水压强和动水压强两部分是密切相关的．涌潮潮头锋面在碰撞桩柱时涌潮波内部流速最大时产生的冲击作用更强，而在2.5 s后流速已经明显衰减但涌潮水流中潮前水深以上水体比底层水体内部流速要大．本文分析的仅为桩柱在潮前水深以上部分所受到的涌潮冲击压强分布，从图3中潮前水深以上测点的压强变化情况也能明显发现压强极值是瞬时出现的，因此认为本文进行分析所用的此时所测得的压强值并不包含由涌潮波带来的水位上涨引发的静水压强，而前人进行压强分布分析时所用的压强值中有可能静水压强所占比重较大，因而在最后得到的压强分布与本文得到的冲击压强分布存在差异，相比之下本文得到的冲击压强位置分布更为准确．
【参考文献】：
期刊论文
[1]涌潮水流CFD数值模拟[J]. 戚蓝,肖厅厅,张芝永,黄君宝. 水利水运工程学报. 2019(03)
[2]强潮河口桥墩涌潮压力试验研究[J]. 李颖,潘冬子,潘存鸿. 海洋工程. 2017(04)
[3]Experimental hydrodynamic study of the Qiantang River tidal bore[J]. 黄静,潘存鸿,匡翠萍,曾剑,陈刚. Journal of Hydrodynamics. 2013(03)
[4]四筒基平台拖航试验分析-水深影响研究[J]. 丁红岩,乐丛欢,刘宪庆,刁景华. 天津大学学报. 2012(02)
[5]黏性水波场和水平方柱波浪载荷的数值模拟[J]. 尤学一,李占. 天津大学学报. 2009(03)
[6]涌潮对垂直方桩正向作用力试验研究[J]. 杨火其,卢祥兴,周建炯. 水电能源科学. 2008(03)
[7]钱塘江涌潮特性及其数值模拟[J]. 潘存鸿,鲁海燕,曾剑. 水利水运工程学报. 2008(02)
[8]直立方桩上涌潮压力动态测试及分析研究[J]. 陈海军,严盛,徐长节,蔡袁强. 水动力学研究与进展（A辑）. 2006(03)
[9]钱塘江涌潮压力的分析与研究[J]. 邵卫云,毛根海,刘国华. 水动力学研究与进展（A辑）. 2002(05)
[10]钱塘江涌潮压力的动态测试与分析研究[J]. 邵卫云,毛根海,刘国华. 浙江大学学报(工学版). 2002(03)
本文编号：3428336
【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020,53(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
物理试验模型布置
利用该数学模型对潮前水深h0为0.04～0.23 m、涌潮高度H为0.03～0.11 m、圆柱直径为0.06 m的组合工况下的圆柱受力过程进行模拟计算．2 结果分析与讨论
图4为各测点下无量纲水深和无量纲冲击压强分布，从图4可以看出涌潮潮头最大冲击压强pmax位置出现在0.5 H附近，并且最大冲击压强不超过涌潮高度部分水体引起的静水压强的1.2倍．关于涌潮压强分布的情况，在目前公开发表的文献[5,12-13]中指出潮前水深处的压强值最大，涌潮压强中的脉动分量最大值出现在潮头锋面碰撞桩柱时刻，测得的压强最大值比碰撞时刻滞后约2.5 s，这和文献中用以分析的涌潮压强值同时包含静水压强和动水压强两部分是密切相关的．涌潮潮头锋面在碰撞桩柱时涌潮波内部流速最大时产生的冲击作用更强，而在2.5 s后流速已经明显衰减但涌潮水流中潮前水深以上水体比底层水体内部流速要大．本文分析的仅为桩柱在潮前水深以上部分所受到的涌潮冲击压强分布，从图3中潮前水深以上测点的压强变化情况也能明显发现压强极值是瞬时出现的，因此认为本文进行分析所用的此时所测得的压强值并不包含由涌潮波带来的水位上涨引发的静水压强，而前人进行压强分布分析时所用的压强值中有可能静水压强所占比重较大，因而在最后得到的压强分布与本文得到的冲击压强分布存在差异，相比之下本文得到的冲击压强位置分布更为准确．
【参考文献】：
期刊论文
[1]涌潮水流CFD数值模拟[J]. 戚蓝,肖厅厅,张芝永,黄君宝. 水利水运工程学报. 2019(03)
[2]强潮河口桥墩涌潮压力试验研究[J]. 李颖,潘冬子,潘存鸿. 海洋工程. 2017(04)
[3]Experimental hydrodynamic study of the Qiantang River tidal bore[J]. 黄静,潘存鸿,匡翠萍,曾剑,陈刚. Journal of Hydrodynamics. 2013(03)
[4]四筒基平台拖航试验分析-水深影响研究[J]. 丁红岩,乐丛欢,刘宪庆,刁景华. 天津大学学报. 2012(02)
[5]黏性水波场和水平方柱波浪载荷的数值模拟[J]. 尤学一,李占. 天津大学学报. 2009(03)
[6]涌潮对垂直方桩正向作用力试验研究[J]. 杨火其,卢祥兴,周建炯. 水电能源科学. 2008(03)
[7]钱塘江涌潮特性及其数值模拟[J]. 潘存鸿,鲁海燕,曾剑. 水利水运工程学报. 2008(02)
[8]直立方桩上涌潮压力动态测试及分析研究[J]. 陈海军,严盛,徐长节,蔡袁强. 水动力学研究与进展（A辑）. 2006(03)
[9]钱塘江涌潮压力的分析与研究[J]. 邵卫云,毛根海,刘国华. 水动力学研究与进展（A辑）. 2002(05)
[10]钱塘江涌潮压力的动态测试与分析研究[J]. 邵卫云,毛根海,刘国华. 浙江大学学报(工学版). 2002(03)
本文编号：3428336
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