典型桥墩局部冲刷及防护特性数值模拟研究

基于有限体积法与VOF方法,采用FLOW-3D建立三维桥墩水动力冲刷数学模型,对波流作用下的典型圆墩冲刷特性进行研究,并分析了采用防护措施后的局部冲刷范围与冲深特性。研究结果表明,该模型可以预测桥墩防护前后局部冲刷的范围和深度,其研究方法在桥梁设计中具有一定指导意义,研究结果在确定桥墩局部冲刷及防护方案时具有借鉴意义。     

桥墩局部冲刷防护工程特性研究综述

系统地总结了近年来应用于实际工程和室内实验研究的桥墩局部冲刷防护工程措施,如抛石防护、扩大基础防护、混凝土铰链排防护、四角混凝土块防护、护圈防护、桥墩开缝防护、墩前排桩防护和淹没槛防护等,并对这些传统防护工程措施的防护机理、防护效果和防护优缺点进行了论述和评价,对完美结合实体抗冲和减速不冲防护特性于一体的四面体透水框架群防护方法的研究现状进行了详尽的介绍,并介绍了桥墩局部冲刷防护措施的工程应用实例。     

武汉河段二七路长江大桥河工模型试验研究

武汉市二七路长江大桥拟建于武汉长江二桥下游约3.3 km处.通过河工模型试验,重点研究了大桥建设前后桥址上游河段壅水、上下游河段水流流速与流向、桥址处单宽流量、下游天兴洲汊道分流比等变化,认为三塔斜拉桥和单主孔拱桥两种方案对工程河段河势及防洪没有大的影响,提出了加大左半江桥墩跨度,加强桥墩附近及右岸近岸流速影响较大的岸线防护等建议.该成果可为桥型比选及工程设计提供参考依据.     

梯形河道内桥墩布置对近岸流速影响的数值模拟研究

以概化梯形河道为例,采用数学模型方法,就桥墩布置的不同位置对近岸流速的影响问题进行初步的探讨和研究,进而分析对堤防安全稳定的影响。数值模拟研究结果表明:当桥墩远离坡脚10m以上时,桥墩布置距离堤身断面越远,对近岸流速的影响越小;桥墩距堤身越近,堤身附近流速的增幅影响范围越小。     

河道边壁对桥墩局部冲刷的影响研究

桥墩局部冲刷使得桥梁损毁的问题日益得到人们的重视。在过去桥墩局部冲刷研究的基础之上,针对桥墩与河岸边壁之间的距离对桥墩局部冲刷的影响问题,进行桥墩局部冲刷的水力模型试验,试验结果表明:在模型桥墩与水槽边壁的距离小于3倍的桥墩直径时,间距对桥墩局部冲刷影响较大,桥墩局部冲刷坑体积与间距呈现显著正相关,该研究为河岸处桥墩局部冲刷的工程防护提供技术参考。     

透水框架布设形式对桥墩局部冲刷防护的影响

四面体透水框架群的布设形式对桥墩局部冲刷防护效果的影响较大,为了尽可能地减少框架群的抛投数量并达到较好的防护效果,针对桥墩局部冲刷过程中的水流特点,利用实验室水槽试验,研究了四面体透水框架群的整体布设形式和抛投范围对防护效果的影响,提出了在桥墩周围局部范围内加大四面体透水框架群的抛投密度的防护设计方法.研究结果表明,方头形布设的效果比圆头形的效果好,新月形冲坑内四面体透水框架群的抛投密度以2.53个/m 2为宜.     

桥墩冲刷对岸坡稳定的影响及防护工程设计

在河道中建造桥墩,会引起桥墩附近水流状态发生很大变化,致使河床产生一般冲刷和局部冲刷,进而影响桥墩附近岸坡的稳定,并有可能对河势的稳定产生不利影响。分析了在安徽省长江河道上建设桥梁后岸坡冲刷及对其稳定的影响。指出桥梁设计单位应重视桥墩冲刷影响岸坡稳定的问题,并应采取适当的防护措施。比较了几种岸坡防护工程型式后,提出了针对桥墩冲刷影响岸坡稳定进行防护工程设计的要点。      

桥墩防护方法的研究与实践

随着建桥事业的快速发展,桥梁的安全问题日渐突出。本文通过对桥墩防护方法的研究,阐明了桥墩防护对桥梁安全的重要性,可供桥墩优化设计方案实践参考。     

跨河桥梁桥墩冲刷透水六脚体防护施工

文章运用65-1改进公式计算了某横跨内河的小型桥梁桥墩周围的最大冲刷坑深度,利用透水六脚体对桥墩进行了局部冲刷防护并进行了优化设计,最后分析了桥墩局部冲刷透水六脚体防护工程的防护效果。     

透水四面体框架群防护特性及其与抛石防护的对比研究

透水四面体框架群能降低其附近的水流流速、耗散水流的能量,起到减速防冲和促淤的效果,同时也可以保护床沙、抑制局部冲刷.不同的抛投密度防护效果也不同,随着抛投密度的增加,其防护效果几乎线性增强,但达到一定限度后将不再增加.抛石防护是使用历史较早、使用频率较高的一种桥墩局部冲刷防护措施.抛石防护就是将所选石料布设于桥墩周围床面上,用以提高桥墩周围河床床面的抗冲能力.抛石防护主要工作原理是保护床沙、增加其起动或扬动流速;增大桥墩附近局部糙率、减小局部流速.本文采用多组水槽清水冲刷试验,对比分析了透水四面体框架群在不同抛投密度条件下的防护效果差异,及其与抛石防护桥墩局部冲刷的最大深度及其整体防护效果的优劣,为四面体框架群和抛石防护的应用提供一些决策所必须的技术参数.     

桥墩局部冲刷防护的石块起动

桥墩局部冲刷一直是影响桥梁安全的最大自然灾害,抛石防护是最普遍的冲刷防护形式之一。在总结已有冲刷机理的基础上,分析了包括墩前河床底部流速和墩侧河床底部流速的桥墩局部流速,并给出了桥墩冲刷防护石块起动的简化公式。结果表明,墩侧河床底部流速大于墩前河床底部流速,墩侧防护石块更易走失。当行近流速小于3m/s时,可采用抛石进行桥墩局部冲刷防护,抛石直径约为0.2m;对于行近流速为3～5m/s时,建议采用其它冲刷防护措施。     

佛山高明大桥桥墩基础冲刷防护水力数值模拟研究

受采砂等人类活动影响,高明大桥附近河床下切幅度达10 m,威胁到大桥安全与稳定。该文在分析桥墩附近河床冲刷现状及床沙特性的基础上,通过建立桥址附近河道平面二维水流数学模型,结合经验公式进行桥墩局部冲刷水力计算,预测桥墩局部冲刷坑范围和趋势,据此提出桥墩抛石防护方案,包括防护范围、块石粒径、抛石厚度等。经汛后检测,冲刷防护措施效果较好,可为珠江三角洲类似大桥冲刷防护工程应用提供参考。     

桥墩局部冲刷的新型防护措施综述

系统地总结了近年来桥墩局部冲刷的一些新型的防护工程措施,如护壳防护、下游石板防护、四面体防护、开缝与下游石板相结合的防护,部分抛石灌浆防护,并对这些传统防护工程措施的防护机理、防护效果和防护优缺点进行了论述和评价。     

钩环式护圈对冰盖下桥墩局部冲刷影响的试验研究

基于桥墩局部冲刷原理,在水平护圈防冲措施的基础上,设计了一种能改变桥墩周围水流流态的新型防冲设施—钩环式护圈。为探究钩环式护圈对圆柱形桥墩局部冲刷的防护效果,采用不同形状的钩环式护圈进行室内物理模型试验,分析了桥墩周围的冲刷特征和水力特性。试验结果表明：当钩环式护圈的高度为1 cm、角度为135°且安装在床面时,防护效果最好;与光墩相比,桥墩安装钩环式护圈后,最大冲刷深度最多可减小62.2%,桥墩底部垂向流速、垂向紊动强度均明显减小。通过多元回归分析建立了计算桥墩周围无量纲最大冲刷深度的经验方程,该方程对明流和冰盖条件下水流均适用。     

环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷试验及水力特性

由于传统桥墩冲刷防护措施的局限性,引入新型防冲装置-环翼式防冲板,对圆端形桥墩冲刷进行防护,通过减小下降水流改变桥墩周围水流结构,主动降低了下降水流对桥墩的冲刷。为探究环翼式防冲板对圆端形桥墩局部冲刷的防护作用,采用3种比例圆端形桥墩、3种环翼式防冲板安装位置进行物理模型试验,对圆端形桥墩周围的冲坑特征、垂向流速、垂向紊动强度、紊动切应力等水力要素进行研究。结果表明:安装环翼式防冲板后,3种圆端形桥墩冲刷程度均减小,中圆端形桥墩冲刷减小幅度最大,冲坑体积减小率为30.0%;中圆端形桥墩安装环翼式防冲板后,墩前垂向流速减小为0.039m/s、垂向紊动强度减小为0.025m/s;防冲板上垂面紊动切应力增大,板下垂面紊动切应力减小。试验结果表明环翼式防冲板能够减小桥墩的局部冲刷,具有很高的实用价值。     

河道涉水桥墩水流冲击动力检测方法的试验研究

桥墩是一座桥梁的基础,河道涉水桥墩受河床冲刷及水流冲击破坏频繁发生。当前较多研究为桥墩区域冲刷坑的形状和冲刷深度,而河道水流对桥墩冲击动力的检测较为缺乏。通过室内物理模型试验,利用应变式测力传感器来直接测定河道水流对桥墩的冲击动力。分析了在不同来水流量和不同水力坡度的条件下,桥墩所受的冲击动力,并且结合ECM环氧树脂、PTFE粉、聚氨酯3种高分子材料,研究其对于冲击力的缓冲效果。试验结果表明,相较而言混合了PTFE粉的ECM环氧树脂的防护效果最佳。     

利用非结构化网格三维模型探讨桥墩周围流动现象

本文简要介绍了一种基于非结构化网格的三维水动力模型,模型采用有限体积法的思想,考虑水流垂直方向流速,建立三维水动力控制方程。引用通量差分分裂(FluxDifferenceSplitting)算法对控制方程进行了数值求解。最后基于该模型建立了日本川上河上的包含两个桥墩河段的三维水动力模型。通过模拟计算,对两个桥墩周围的流动状态进行了分析。结果表明,该模型能够体现复杂情况下桥墩周围的流动现象。     

安庆长江公路大桥对河势影响分析

安庆河段为长江中下游一类重点整治河段 ,安庆江堤为I级堤防 ,分析了安庆河段的河势演变情况和拟建的安庆长江公路大桥对水位、流速、分流比及河势的影响 ,综合河演分析及试验成果 ,桥位附近的流向、流速分布规律基本未变 ,且变幅较小 ,汊道分流比变化亦较小 ,大桥建成后对安庆段的河势不会产生明显影响。但是 ,大桥对上游水位有一定的壅高值 ;各频率流量下近岸流速有所增加 ,同时近岸副墩和主墩附近的局部冲刷现象会影响到近岸岸坡的稳定 ,在此基础上提出了防护工程的必要性和防护范围。     

相同压缩比条件下单双排桥墩群流场分析

研究桥墩群周围流场有利于优化桥墩设计,对河道防洪安全、稳定河势有着重要的意义。建立了相同压缩比情况下单排和双排桥墩模型,对比分析了桥墩群对水流结构的影响,指出:相同压缩比条件下,最大流速出现在前排各桥墩两侧,与水流方向夹角在70°～90°范围内,且桥墩群周围最大流速的大小与桥墩的布置间距有关。     

抛石防护桥墩冲刷水力计算

根据散粒沙、石在水流作用中起动、输移和沉降规律，本文导出了抛石防护桥墩冲刷的石料尺寸和抛投距离的计算公式，并利用实验室资料和野外实测数据确定公式的指数和系数。通过１５座桥梁汛期抛石防护桥墩效果检验，表明所提出的抛石水力计算公式计算精度可靠，可在实际工程中使用。