丁壩是河道當(dāng)中常用的整治建筑物之一,它具有束窄河床、壅高水位、調(diào)整比降等作用,在航道整治工程中,發(fā)揮著不可替代的作用。目前,在機(jī)械工程、結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域,可靠度設(shè)計(jì)理論已經(jīng)十分成熟,但航道整治建筑物方面的可靠性設(shè)計(jì)理論還十分滯后,依然處于起步階段。因此,為進(jìn)一步豐富航道整治建筑物的研究?jī)?nèi)容以及為今后實(shí)際工程提供技術(shù)參考,對(duì)非恒定流條件下拋石丁壩的可靠性及壽命進(jìn)行研究是十分有必要的。本文基于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“非恒定流作用下山區(qū)通航河流丁壩水毀機(jī)理及計(jì)算仿真研究”(51079165)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“復(fù)雜多分汊河段航道灘槽調(diào)控技術(shù)及示范”(2016YFC0402106),借助實(shí)驗(yàn)室前期試驗(yàn)數(shù)據(jù),以長(zhǎng)江上游最常用的航道整治建筑物拋石丁壩為研究對(duì)象,在對(duì)拋石丁壩水力特性和水毀機(jī)理充分研究的基礎(chǔ)上,分別從非恒定流和疲勞可靠性分析理論的角度開(kāi)展拋石丁壩可靠性及使用壽命的研究,對(duì)其使用壽命進(jìn)行了探討,給出了設(shè)計(jì)使用年限設(shè)定的建議。本文的研究結(jié)論簡(jiǎn)述如下:(1)首次從基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)理論出發(fā),借助概率論中假設(shè)檢驗(yàn)知識(shí),通過(guò)多種假設(shè)檢驗(yàn)的方法對(duì)模型流量過(guò)程、五十五年的原型日均流量、脈動(dòng)壓強(qiáng)、縱向瞬時(shí)流速進(jìn)行檢驗(yàn),并最終認(rèn)為模型流量過(guò)程的流量服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,五十五年原型日均流量服從正態(tài)分布,脈動(dòng)壓強(qiáng)服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,縱向瞬時(shí)流速服從正態(tài)分布;給出了模型流量過(guò)程和脈動(dòng)壓強(qiáng)的概率密度函數(shù),為能夠從結(jié)構(gòu)可靠度理論出發(fā)對(duì)其進(jìn)行仿真模擬提供了研究基礎(chǔ);(2)結(jié)合實(shí)際工程需要,對(duì)拋石丁壩的可靠度和使用壽命做出新的定義,使其更加便于應(yīng)用在工程實(shí)際;考慮航道整治建筑物的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀,結(jié)合結(jié)構(gòu)工程方面設(shè)計(jì)使用年限的確定方法,給出拋石丁壩這一廣泛應(yīng)用的航道整治建筑物的設(shè)計(jì)使用年限;(3)從“最大沖深”的角度給出拋石丁壩需要“人工干預(yù)”維修管理的標(biāo)準(zhǔn),作為丁壩失效的判據(jù);基于流量過(guò)程和最大沖深,用非恒定流的流量過(guò)程出現(xiàn)頻率作為可靠性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);(4)從結(jié)構(gòu)工程和機(jī)械工程等領(lǐng)域中的疲勞可靠性分析理論出發(fā),將丁壩的壽命按照對(duì)數(shù)正態(tài)分布進(jìn)行研究,推導(dǎo)出丁壩可靠度計(jì)算公式和使用壽命計(jì)算公式。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TV863
【部分圖文】：

前無(wú)論是基于恒定流還是非恒定流，針對(duì)丁壩的研究成果都十分豐富，究都是基于物理模型和理論分析結(jié)合的研究方法。近些年隨著計(jì)算機(jī)軟發(fā)展，不論是恒定流還是非恒定流作用下，也產(chǎn)生了通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)近水沙運(yùn)動(dòng)及水毀機(jī)理、壩體結(jié)構(gòu)周?chē)S水流結(jié)構(gòu)的研究等成果。是，針對(duì)丁壩可靠度及使用壽命的預(yù)測(cè)研究卻只是基于恒定流條件下，定流作用下這一最接近天然情況的研究卻是空白。因此，本文在實(shí)驗(yàn)室恒定流作用下丁壩水力特性及水毀機(jī)理的研究基礎(chǔ)上，基于前期試驗(yàn)數(shù)據(jù)定流作用下丁壩的可靠度及使用壽命預(yù)測(cè)開(kāi)展進(jìn)一步的研究，本章對(duì)試實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。水槽概化模型設(shè)計(jì)型試驗(yàn)進(jìn)行正態(tài)概化設(shè)計(jì)，模型試驗(yàn)地點(diǎn)是在重慶交通大學(xué)國(guó)家內(nèi)河航程技術(shù)研究中心航道整治試驗(yàn)大廳的矩形玻璃水槽中進(jìn)行，該矩形玻璃30m，寬 2m，高 1m，如圖 3-1。

山區(qū)河流的丁壩布置一般采用正挑和下挑，故模型試驗(yàn)采用挑角為 90o和 120o。對(duì)不同的壩頭形狀做對(duì)比研究，取三種壩頭形狀：圓弧直頭、圓弧勾頭、扇形勾頭，如圖 3-3。（4）壩體材料粒徑確定實(shí)際工程中壩體材料粒徑的確定是依據(jù)《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》10.6.2.1 公圖 3-3 壩體斷面示意圖圖 3-4 壩頭形狀示意圖

（4）壩體材料粒徑確定實(shí)際工程中壩體材料粒徑的確定是依據(jù)《航道整治工程技術(shù)規(guī)范》10.6.2.1 公式計(jì)算，即d=0.04V2(3.2)式中d——塊石的等容粒徑（m）；V——建筑物處表面流速（m/s）。模型丁壩需保證和原型起動(dòng)相似，故采用天然材料，粒徑將根據(jù)流速比尺公式 = 確定出模型壩體塊石的起動(dòng)流速后，由公式（3.2）確定出模型壩體塊石粒徑。經(jīng)計(jì)算粒徑范圍為 0.6cm—1.2cm。（5）材料及粒徑確定通過(guò)前期的研究成果對(duì)比分析表明，對(duì)于動(dòng)床試驗(yàn)，天然石英砂作為模型沙能夠更好地應(yīng)用到動(dòng)床試驗(yàn)當(dāng)中來(lái)模擬床面變形[71]。因此，為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果和天圖 3-4 壩頭形狀示意圖
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本文編號(hào)：2865356