基于FLOW-3D的圓端形橋墩防護措施數(shù)值模擬研究
發(fā)布時間：2021-07-16 18:37
橋墩的沖刷是目前橋梁損毀的主要原因。橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)很復雜,下降水流、兩側(cè)的馬蹄形漩渦、尾部的尾流漩渦、橋墩兩側(cè)和墩后由床面附近釋放的小漩渦,這幾種漩渦體系組成了橋墩周圍復雜的水流結(jié)構(gòu)。現(xiàn)如今,國內(nèi)外很多專家學者都在研究有關橋墩方面的防沖刷原理,取得了豐富的科研成果,形成了成熟的理論體系。前人開展了系列的物理模型試驗,本文使用Flow-3D軟件模擬驗證前人的研究成果,同時說明Flow-3D可以準確模擬圓端形橋墩三維繞流和沖刷現(xiàn)象。本文采用數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的手段,從圓端形橋墩周圍行進水流的特征和變化進行研究分析。模型試驗中采用環(huán)翼式防沖板對橋墩進行防護。其防沖的主要原理是通過改變橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu),主動降低下了降水流對橋墩的沖刷。經(jīng)過模擬計算得出:圓端形橋墩在安裝上防沖板后會顯著的減少下潛水流;當防沖板安裝在水深1/3處位置時,防沖刷效果最明顯;行進水流的垂向流速是造成橋墩底部沖刷的主要因素,縱向流速次之,橫向流速影響最小,在安裝上防沖板后可以有效的阻擋下降水流的沖刷;墩前和墩后流場有明顯的區(qū)別,墩前的流場比墩后的流場受到橋墩的影響較小,墩后尾部渦流與回流現(xiàn)象較明顯。通過Flo...
【文章來源】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學內(nèi)蒙古自治區(qū)
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
寶成鐵路石亭江鐵路大橋Fig.1Baochengrailwaystonetingjiangrailwaybridge
時也提高了研究效率。近年來，數(shù)值模擬技術的日漸取得了巨大的進步已經(jīng)能夠較真實地反映水流的流約了資源和時間，同時也提高了效率。如今在我國數(shù)專家學者的重視，成為一種重要的科學研究手段，為利用數(shù)值模擬來研究圓柱橋墩的繞流問題緊跟時代刷問題的研究開辟一條新的途徑和研究思路。前人圓端形橋墩沖刷水力學特性水工模型試驗的研模擬這一方法對該問題進行求解，在三維數(shù)學模型中壓力等流場特征，對比驗證數(shù)值模型和實際模型的實墩周圍的流場分布以及沖刷特性，初步探索水流與沖，建立模型，設定相應的初始條件和邊界條件，對圓沖板之間進行防沖刷對比的模擬，研究了圓端形橋墩用模型實驗的數(shù)據(jù)（王丹 2017）驗證了本文模擬結(jié)的實用性。 Flow-3D 軟件對模型進行數(shù)值模擬分析的技術路線
墩：矩形橋墩、圓端形橋墩、圓形橋墩、尖端形橋墩；如圖3 所示。（2）拱橋重力式墩：普通墩、單向推力墩。輕型橋墩又包括：空心墩、柔性墩和柱式墩。本文主要探討圓端形橋墩，其形狀為矩形兩側(cè)各接一個半圓，雖然結(jié)構(gòu)比較復雜，但更易于水流流動，能夠降低流動阻力，在跨河橋中應用最普遍。圓端形橋墩半圓加矩形的結(jié)構(gòu)對水流產(chǎn)生的影響比圓柱形橋墩更加復雜[23]。所以對圓端形橋墩的紊流特征進行深入研究具有重要意義。圓端形橋墩 圓形橋墩矩形橋墩 尖端形橋墩圖 3 梁橋重力式墩Fig.3 Beam bridge gravity pier15
【參考文獻】：
期刊論文
[1]環(huán)翼式防沖板對圓端形橋墩局部沖刷試驗及水力特性[J]. 牟獻友,王丹,冀鴻蘭,李春江,喬春林. 南水北調(diào)與水利科技. 2017(05)
[2]橋墩上環(huán)翼型防沖板和開縫組合新型防護試驗研究[J]. 牟獻友,喬春林,冀鴻蘭,李春江,王丹. 水力發(fā)電學報. 2017(04)
[3]串聯(lián)環(huán)翼式橋墩間沖刷防護影響研究[J]. 柏濤,牟獻友,任致賢,洪龍生,吳金峰. 水電能源科學. 2016(09)
[4]Clear-water local scouring around three piers in a tandem arrangement[J]. WANG Hao,TANG Hong Wu,XIAO Jiang Feng,WANG Yao,JIANG Sheng. Science China（Technological Sciences）. 2016(06)
[5]單圓柱橋墩沖刷的三維數(shù)值模擬[J]. 吉鴻敏,張新燕,朱德蘭. 中國農(nóng)村水利水電. 2015(11)
[6]橋墩防沖板結(jié)構(gòu)控制因素及其優(yōu)化研究[J]. 李春江,牟獻友,王祚,田劍浩. 水電能源科學. 2015(06)
[7]不同流量下環(huán)翼型防沖板結(jié)構(gòu)優(yōu)化試驗[J]. 王祚,牟獻友,李春江,田劍浩. 水利水運工程學報. 2015(02)
[8]環(huán)翼式橋墩最優(yōu)擋板形狀試驗[J]. 陳艷梅,牟獻友,成蘭艷,張志澍. 水利水電科技進展. 2014(03)
[9]環(huán)翼式橋墩擋板形狀對垂向水力特性的影響[J]. 陳艷梅,牟獻友,成蘭艷,李春江. 水利水運工程學報. 2014(01)
[10]聲學多普勒測流原理及應用研究[J]. 張春海,董曉冰. 吉林水利. 2013(11)
碩士論文
[1]圓端形橋墩的新型防護措施研究[D]. 王丹.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 2017
[2]環(huán)翼型防沖板和開縫組合防護對橋墩局部沖刷的影響試驗研究[D]. 喬春林.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 2017
[3]基于Flow-3D的有壓管道水錘數(shù)值模擬研究[D]. 劉潔.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[4]圓柱橋墩繞流的數(shù)值模擬研究[D]. 吉鴻敏.西北農(nóng)林科技大學 2015
[5]環(huán)翼式橋墩局部沖刷防護數(shù)值模擬研究[D]. 白佳樂.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 2013
[6]環(huán)翼式橋（閘）墩防沖刷實驗研究[D]. 張萬鋒.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 2011
[7]橋梁墩臺局部沖刷與CFD仿真研究[D]. 劉震卿.湖南大學 2010
[8]圓端形橋墩周圍水流紊動特性及紊流寬度研究[D]. 祖小勇.長沙理工大學 2009
[9]橋墩局部沖刷深度預測方法研究[D]. 孟慶峰.長沙理工大學 2008
本文編號：3287544
【文章來源】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學內(nèi)蒙古自治區(qū)
【文章頁數(shù)】：65 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
寶成鐵路石亭江鐵路大橋Fig.1Baochengrailwaystonetingjiangrailwaybridge
時也提高了研究效率。近年來，數(shù)值模擬技術的日漸取得了巨大的進步已經(jīng)能夠較真實地反映水流的流約了資源和時間，同時也提高了效率。如今在我國數(shù)專家學者的重視，成為一種重要的科學研究手段，為利用數(shù)值模擬來研究圓柱橋墩的繞流問題緊跟時代刷問題的研究開辟一條新的途徑和研究思路。前人圓端形橋墩沖刷水力學特性水工模型試驗的研模擬這一方法對該問題進行求解，在三維數(shù)學模型中壓力等流場特征，對比驗證數(shù)值模型和實際模型的實墩周圍的流場分布以及沖刷特性，初步探索水流與沖，建立模型，設定相應的初始條件和邊界條件，對圓沖板之間進行防沖刷對比的模擬，研究了圓端形橋墩用模型實驗的數(shù)據(jù)（王丹 2017）驗證了本文模擬結(jié)的實用性。 Flow-3D 軟件對模型進行數(shù)值模擬分析的技術路線
墩：矩形橋墩、圓端形橋墩、圓形橋墩、尖端形橋墩；如圖3 所示。（2）拱橋重力式墩：普通墩、單向推力墩。輕型橋墩又包括：空心墩、柔性墩和柱式墩。本文主要探討圓端形橋墩，其形狀為矩形兩側(cè)各接一個半圓，雖然結(jié)構(gòu)比較復雜，但更易于水流流動，能夠降低流動阻力，在跨河橋中應用最普遍。圓端形橋墩半圓加矩形的結(jié)構(gòu)對水流產(chǎn)生的影響比圓柱形橋墩更加復雜[23]。所以對圓端形橋墩的紊流特征進行深入研究具有重要意義。圓端形橋墩 圓形橋墩矩形橋墩 尖端形橋墩圖 3 梁橋重力式墩Fig.3 Beam bridge gravity pier15
【參考文獻】：
期刊論文
[1]環(huán)翼式防沖板對圓端形橋墩局部沖刷試驗及水力特性[J]. 牟獻友,王丹,冀鴻蘭,李春江,喬春林. 南水北調(diào)與水利科技. 2017(05)
[2]橋墩上環(huán)翼型防沖板和開縫組合新型防護試驗研究[J]. 牟獻友,喬春林,冀鴻蘭,李春江,王丹. 水力發(fā)電學報. 2017(04)
[3]串聯(lián)環(huán)翼式橋墩間沖刷防護影響研究[J]. 柏濤,牟獻友,任致賢,洪龍生,吳金峰. 水電能源科學. 2016(09)
[4]Clear-water local scouring around three piers in a tandem arrangement[J]. WANG Hao,TANG Hong Wu,XIAO Jiang Feng,WANG Yao,JIANG Sheng. Science China（Technological Sciences）. 2016(06)
[5]單圓柱橋墩沖刷的三維數(shù)值模擬[J]. 吉鴻敏,張新燕,朱德蘭. 中國農(nóng)村水利水電. 2015(11)
[6]橋墩防沖板結(jié)構(gòu)控制因素及其優(yōu)化研究[J]. 李春江,牟獻友,王祚,田劍浩. 水電能源科學. 2015(06)
[7]不同流量下環(huán)翼型防沖板結(jié)構(gòu)優(yōu)化試驗[J]. 王祚,牟獻友,李春江,田劍浩. 水利水運工程學報. 2015(02)
[8]環(huán)翼式橋墩最優(yōu)擋板形狀試驗[J]. 陳艷梅,牟獻友,成蘭艷,張志澍. 水利水電科技進展. 2014(03)
[9]環(huán)翼式橋墩擋板形狀對垂向水力特性的影響[J]. 陳艷梅,牟獻友,成蘭艷,李春江. 水利水運工程學報. 2014(01)
[10]聲學多普勒測流原理及應用研究[J]. 張春海,董曉冰. 吉林水利. 2013(11)
碩士論文
[1]圓端形橋墩的新型防護措施研究[D]. 王丹.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 2017
[2]環(huán)翼型防沖板和開縫組合防護對橋墩局部沖刷的影響試驗研究[D]. 喬春林.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 2017
[3]基于Flow-3D的有壓管道水錘數(shù)值模擬研究[D]. 劉潔.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[4]圓柱橋墩繞流的數(shù)值模擬研究[D]. 吉鴻敏.西北農(nóng)林科技大學 2015
[5]環(huán)翼式橋墩局部沖刷防護數(shù)值模擬研究[D]. 白佳樂.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 2013
[6]環(huán)翼式橋（閘）墩防沖刷實驗研究[D]. 張萬鋒.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學 2011
[7]橋梁墩臺局部沖刷與CFD仿真研究[D]. 劉震卿.湖南大學 2010
[8]圓端形橋墩周圍水流紊動特性及紊流寬度研究[D]. 祖小勇.長沙理工大學 2009
[9]橋墩局部沖刷深度預測方法研究[D]. 孟慶峰.長沙理工大學 2008
本文編號：3287544
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3287544.html
