环翼式桥墩局部冲刷防护试验

基于桥墩局部冲刷原理,在传统防冲刷保护措施的基础上设计了一种能改变桥墩迎水面流态的新型环翼式桥墩,在不同流速、有无环翼式挡板以及不同的挡板位置下,试验研究了环翼式桥墩的局部防冲刷效果。研究结果表明,环翼式挡板可有效减小桥墩的局部冲刷,当桥墩上的挡板与河床的距离约为水深的1/3时,与无挡板的桥墩相比近底垂向流速最大可减小96%,最大冲坑深度可减小57.6%,环翼式桥墩防冲刷效果明显。     

环翼式桥墩最优挡板形状试验

为研究环翼式桥墩的最优挡板形状,基于桥墩局部冲刷机理,进行了不同流量和不同环翼式挡板形状下的环翼式桥墩局部防冲刷水工模型试验。在环翼式挡板延伸长度为45 mm、位置在水深的1/3处,研究了不同流量、不同挡板形状的桥墩最大冲刷深度、三维时均流速及纵向和垂向紊动强度。结果表明:与无挡板相比,挡板前端和尾端宽度都为45 mm时水流垂向流速减小程度最大;纵向、垂向紊动强度减小程度最大;最大冲刷深度可减小57.6%,防冲刷效果明显。     

环翼式桥墩挡板形状对垂向水力特性的影响

根据桥墩局部冲刷机理,通过桥墩加装环翼式挡板减小局部冲刷的试验研究,分析了加装环翼式挡板后,水流在桥墩四周的垂向水力特性。试验结果表明:桥墩迎流面中心线的垂向速度在安放挡板位置处有拐点。3种形状的挡板中,形状为A1的挡板的近底垂向流速减小幅度最大,影响水流紊动宽度也最大,同时表层垂向紊动强度、近底垂向紊动强度减小幅度也最大。利用CFD软件进行数值模拟分析发现,与物理模型所得结果相吻合。     

环翼式桥墩周围水力特性试验研究

为分析环翼式桥墩周围水流流速分布特征,根据桥墩局部冲刷机理,进行了三种流量、三种水深、三种挡板位置的模型试验。试验结果表明:桥墩周围的表层纵向流速、表层横向流速仅仅受到水流波动的影响。挡板与河床的距离越小,桥墩中心线上的近底纵向流速越大,中心线上及墩侧一定范围的近底横向流速越大,但是近底垂向流速却越小。当挡板距离河床底部为0.3倍水深时,靠近河床边壁处各向流速受挡板影响不大,但是靠近桥墩中心处各向流速在挡板所在位置都有尖点,同时,靠近桥墩中心处的纵向相对紊动强度在测点高度与水深比值为0.4处有极大值。     

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。     

多个环翼式桥墩冲刷影响研究

为研究多个环翼式桥墩间的局部冲刷影响,利用正交试验设计,考虑2个试验指标(墩前近底垂向流速、最大冲坑深度),选择3个有关因素(防冲板半径A、防冲板安装高度H和桥墩横向间距S)进行条件试验,对试验结果进行极差和方差分析,确定3个因素的主次关系。结果表明,主次关系的排列为防冲板的安装高度、防冲板半径、桥墩横向间距,且防冲板的安装高度和防冲板的半径对防冲效果的影响远远大于桥墩横向间距。     

多个环翼式桥墩冲刷影响研究北大核心

为研究多个环翼式桥墩间的局部冲刷影响,利用正交试验设计,考虑2个试验指标(墩前近底垂向流速、最大冲坑深度),选择3个有关因素(防冲板半径A、防冲板安装高度H和桥墩横向间距S)进行条件试验,对试验结果进行极差和方差分析,确定3个因素的主次关系。结果表明,主次关系的排列为防冲板的安装高度、防冲板半径、桥墩横向间距,且防冲板的安装高度和防冲板的半径对防冲效果的影响远远大于桥墩横向间距。     

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。     

冰盖下桥墩局部最大冲刷深度试验研究

冬季寒冷的北方河流易形成冰盖或冰塞,冰盖的存在对桥墩附近局部冲刷产生影响。在清水冲刷条件下,试验研究了有无冰盖条件下,不同流速和水深对桥墩附近局部冲刷的影响。研究结果表明：对比明流条件,冰盖的存在导致更大的近底流速和近底流速梯度,从而桥墩局部最大冲刷深度更大;其它条件相同的情况下,随流速的增大,桥墩局部最大冲刷深度增大;随着桥墩墩径增大,桥墩局部最大冲刷深度增加;水深增加时桥墩局部最大冲刷深度相对减小。根据试验数据,给出了有冰盖条件下桥墩局部最大冲刷深度的计算公式,与国内外相关试验数据吻合较好。     

不同流量下环翼型防冲板结构优化试验

为了研究不同流量条件下桥墩局部冲刷问题,在单片挡板基础上,增加防冲板数量形成了多级防冲结构。利用多元统计方法对防冲效果进行了主成分分析,认为最大冲坑深度最能体现试验效果,并以最大冲坑深度为指标进行试验分析。试验结果表明:在流量为75 m3/h时,增加防冲板数量并不能有效提升防冲效果;当流量增加到115 m3/h时,通过增加防冲板数量可在一定程度上提高桥墩的防冲能力,并且防冲效果随着防冲板间距的减小而增强,同时随着防冲板外径的增大而增强。但三级防冲板与二级防冲板防冲效果非常相近,第三级挡板对试验的结果影响甚微。因此,试验分析认为,在考虑不同流量条件下,环翼型防冲板最优防冲结构为两片防冲板,且防冲板外径为180 mm,间距取值为15 mm。     

Effect of trapezoidal collars as a scour countermeasure around wing-wall abutments

Local scour around bridge abutments is a widespread problem that can result in structural failure. Collars can be used as a countermeasure to reduce the scour depth. In this study, the temporal scour development around a wing-wall abutment was investigated with and without collars. The tests were carried out under clear-water conditions for different abutment lengths, with collars of different sizes placed at the bed level. When no collar was used in the experiments, 70% of the maximum scour depth occurred in less than 2 h. However, when a collar with a width greater than the length of the abutment was used, no scour was observed for up to 200 min from the beginning of the experiments. The results show that an increase in the collar width not only led to a lag time for the onset of scouring but also reduced the maximum scour depth. Moreover, an increased collar width led to a better performance in mitigating scouring around smaller abutments. Generally, the scour depth decreased by 9%–37% with different collar widths.     

Effect of abutment aspect ratio on clear‐water scour in floodplains

Scour around abutments is recognized as one of the main reasons of bridge foundations failure. This paper presents the experimental results of the effects of abutment width and length on the scour development up to its equilibrium condition around 45° wing‐wall setback abutments in a compound channel. The developing scour hole characteristics are tested for three different lengths and widths at different time intervals until its equilibrium scour conditions. The findings showed that the abutment width has a profound effect on the characteristics of the scour hole, contradicting the results of previous studies. Generally, an increase in the relative abutment width leads to a reduction in the scour depth and width. However, the scour length, area, and volume initially increase with an increase in the relative abutment width, L_c/y_f , from 1.33 to 10.67, where L_c is the abutment width and y_f is the floodplain flow depth, and then these characteristics decrease significantly with a much wider abutment, L_c/y_f , from 10.67 to 21.33. Overall, the effects of the abutment width on abutment scour should be accounted. To this end, empirical equations are proposed to predict the scour hole characteristics. Scour data from previous studies are also used to compare with the proposed equations.     

消能工在白杨河水库的联合应用

针对白杨河水库枢纽工程原设计方案消力池尺寸不足,下游护坦流态不良、冲刷严重的问题,进行了四种不同修改方案的试验研究。通过对原方案及修改方案水流流态的观察,水深、流速、消能率等方面的测量计算,推荐采用“阶梯式溢洪道＋消力墩”的联合消能方案。试验表明,阶梯式消能工可以消除水流的大部分能量,减小消力池及下游护坦的消能负荷。将...     

竖缝式鱼道水流结构的数值模拟

对竖缝式鱼道的水流结构进行了数值模拟计算,系统研究了鱼道水池长宽比和隔板墩头布置体型对水池内水流流态的影响。研究表明,鱼道水池长宽比是影响竖缝式鱼道水流结构的主要控制因素,长宽比在8∶8～10.5∶8的范围内,可以获得较好的流态。研究还表明,隔板是否设置墩头对水流结构的影响有限,从避免漂浮物滞留与防止泥沙淤积角度看,在实际的鱼道工程中可考虑不设隔板墩头。     

桥墩振动对其局部冲刷的影响

为了探究桥墩振动对其局部冲刷的影响,以圆柱型桥墩为例,开展了不同泥沙底床条件下的振动桥墩局部冲刷水槽试验。结果表明,在振动载荷下,对于中值粒径分别为14.42μm、31.75μm和85.92μm的细颗粒底床,当振动强度从0增大至3.72,最大冲刷深度和最大冲刷半径均随之增大;中值粒径为14.42μm的泥沙底床最大冲刷深度增幅最大达910%,且粒径越大,增幅越小。对于中值粒径为260μm的粗颗粒底床,当振动强度从0增至2.31,最大冲刷深度降低了37.50%,而最大冲刷半径增加了38.37%。因此,桥墩的振动对其局部冲刷有着重要影响,且对细颗粒底床和粗颗粒底床的影响不同。桥墩振动导致有黏性的细颗粒泥沙发生流变从而加剧了其局部冲刷;而无黏性的粗颗粒泥沙受到振动作用而加密,其局部冲刷削弱。提出了考虑桥墩振动的局部冲刷深度计算公式,其理论计算值与实测值相对误差在±20%的数据达87.5%,能够为涉水桥梁基础埋深的设计提供更合理的计算依据。