环翼型防冲板和开缝组合防护对桥墩局部冲刷的影响试验研究

作     者：乔春林 

作者单位：内蒙古农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：牟献友

授予年度：2017年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：环翼型防冲板 开缝 组合防护 冲坑特征 时均流速 紊动强度 紊动动能 

摘      要：由于传统桥墩冲刷防护技术的局限性,本文在前人的研究成果基础上,引入环翼型防冲板和开缝组合的新型防护措施,通过主动减小墩前下降水流和墩侧绕流对河床进行防护。为探究组合防护的防冲刷效果,在三组流量-水位条件下,采用半幅形状、不同安装位置的环翼型防冲板,与不同缝高、不同缝位置的墩缝进行系统的组合,进行室内物理模型试验。首先以冲坑特征、桥墩周围时均流速为研究指标,定量分析开缝防护及开缝和防冲板组合防护的防冲刷效果,进而再以桥墩周围时均流速、紊动强度和紊动动能为研究指标,进一步分析组合防护各方案的防冲刷效果,进而得出最优的组合方案。试验结论主要包括:(1)在相同缝高和缝位置的条件下,组合防护的冲坑深度减小率明显大于开缝防护的,开缝靠近河床的冲坑深度减小效果是优于开缝靠近水面的,冲坑深度减小效果最佳是在组合防护中开缝靠近河床的工况下;两类防护下,随着缝高增加,冲坑深度明显减小。(2)相对于桥墩无防护而言,两类防护都可减小墩前的垂向时均流速,进而减弱下降水流对河床的冲击,并且组合防护对下降水流的减弱效果明显优于开缝防护。(3)组合防护中开缝靠近河床时,防冲板和缝的组合,使得二者对防冲板以下位置的垂向时均流速的减小作用明显增强,其优于开缝靠近水面时和防冲板的组合效果,开缝靠近河床和防冲板距离河床的高度为1/3水深的组合对墩前的垂向时均流速的减小效果在六种组合防护的方案中最优。(4)组合防护中开缝靠近河床时,防冲板和缝的组合,可明显降低近河床的垂向紊动强度值及紊动动能值,使得水流与河床的相互作用减弱,从而减小水流对桥墩底部周围的冲刷作用,由垂向紊动强度和紊动动能的分析可知,开缝靠近河床和防冲板距离河床的高度为1/3水深的组合在六种组合防护的方案中最优。研究表明,对于圆柱形桥墩的局部冲刷,环翼型防冲板和开缝组合防护效果突出,为深入研究桥墩防冲刷的组合防护奠定了 一定的基础。