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作者：章朝长安大学

学位级别：硕士

西汉高速公路考虑到生态保护等因素,山区沿河路段多采用纵向桥方案代替高填方路堤。由于大量桥墩沿河布设,导致出现了水流行洪不畅、基础严重冲刷、桩身磨蚀等问题,这些对桥基的安全构成巨大威胁。本文以西汉高速公路顺直段纵向桥为依托... 详细信息

西汉高速公路考虑到生态保护等因素,山区沿河路段多采用纵向桥方案代替高填方路堤。由于大量桥墩沿河布设,导致出现了水流行洪不畅、基础严重冲刷、桩身磨蚀等问题,这些对桥基的安全构成巨大威胁。本文以西汉高速公路顺直段纵向桥为依托,通过室内模型试验和基于FLUENT软件数值模拟相结合的方式,研究山区顺直河段纵向桥与水流斜交时流场的特征,主要针对桥墩组与水流呈约4°夹角时,在试验段中布设跨径分别为0.52m、0.8m、1.2m、1.6m、2m的双幅桥墩时,对山区顺直河段纵向桥流场展开研究。主要研究成果如下:(1)通过理论分析及实地调查,从自然因素、河流形态、路段形态、桥墩特征、桥墩组布设以及桥墩组与水流夹角等方面分析了各因素对水流形态特征的影响。(2)通过室内定床模型试验,研究了无桥墩时流场的特征,试验结果表明:无桥墩流场水流在试验段呈现为抛物线形。当桥墩组存在时,改变了水流方向,迫使水流向无桥墩区域移动,这时右侧边壁和第一列桥墩之间水流呈现先增大后减小的趋势,左侧边壁和第四列桥墩之间水流流速呈现逐渐增大的趋势。(3)基于各工况角度接近4°,整体而言,桥墩的跨径越小,桥墩的排数越多,则沿程的水深变化越大。(4)根据几何比尺可得,当桥梁标准跨径为13m时,桥墩组之间影响大,桥墩组之间水流流速发生明显的改变;当桥梁标准跨径为20m时,桥墩组之间有一定程度的影响;当桥梁标准跨径大于30m时,桥墩组之间相互影响几乎不存在,可视为单排桥墩。(5)通过试验和数值模拟结果对比,三种工况均吻合良好,模拟和试验得到相似的结论,表明了FLUENT软件对纵向桥流场模拟等问题有很好的适用性和可靠性。

关键词：纵向桥 FLUENT软件室内试验水深变化流速分布

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合理利用纵向桥减少路基高填方

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科技与生活 2010年第6期 77-77页

作者：李艳陕西交通职业技术学院陕西西安710018

通过对高路堤和纵向桥特点和影响因素的分析，论证比选在公路设计中利用纵向桥减少路基高填方。

关键词：纵向桥减少高填方

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山区单弯河流纵向桥段水流特性研究

山区单弯河流纵向桥段水流特性研究

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作者：朱嘉远长安大学

学位级别：硕士

西汉高速公路设计时,考虑到对秦岭生态环境的保护,在较多沿河路段采用了纵向桥梁的方式来代替挖填方路基。纵向桥路段的桥墩沿河道排列密集,尤其是在水流流速大的急弯河段,水流冲击力和携带滚石的撞击力都会威胁到桥梁下部结构。本文针... 详细信息

西汉高速公路设计时,考虑到对秦岭生态环境的保护,在较多沿河路段采用了纵向桥梁的方式来代替挖填方路基。纵向桥路段的桥墩沿河道排列密集,尤其是在水流流速大的急弯河段,水流冲击力和携带滚石的撞击力都会威胁到桥梁下部结构。本文针对单弯河道纵向桥段水流特性问题,运用室内模型试验和数值模拟的手段,研究了70°弯道内纵向桥桥墩的跨径和不同布设形式对弯道水流流速和压力分布特征的影响。在此基础上,对西汉高速K44+800路段进行了数值模拟,提出了防护建议。首先,本文分析归纳了影响纵向桥布设段水流形态的主要因素。在此基础上设计并开展了不同跨径（52cm、64cm、80cm、120cm、160cm）、不同桥墩布设方案（平行布设、交错布设）的室内试验。试验表明:（1）在桥墩布设方式一致时,各工况流场流速较无桥墩流场增大幅度随着跨径的增大逐渐减小,沿程流速的变化幅度随着跨径的增大逐渐减小;（2）跨径相同,布设形式不同时,流场流速变化量基本一致,流速沿程变化规律也基本相似;（3）同一工况,上游流速较无桥墩流场增大幅度小于下游。其次,在大中小跨径桥梁模型中,各选取了两个工况进行数值模拟,得到了压力、流速以及桥墩纵断面流线分布特征。模拟结果与试验结果吻合较好,证明RNG k-ε模型能较好的模拟多圆柱绕流问题。模拟研究表明:（1）桥墩跨径越小,流场整体流速越大;各工况压力变化规律相似,桥墩正前方压力最大,桥墩两侧和背后为负压区,流场的压力沿程逐渐减小,凸岸的压力小于凹岸,凹岸压力沿程逐渐减小,凸岸压力先减小至弯道出口处开始增大。（2）桥墩组平行布设时,中小跨径桥梁各桥墩断面流速变化规律相似,弯道上游的桥墩断面各桥墩两侧流速较大,越靠近凸岸一侧的桥墩两侧流速越大,位于弯道中下游的桥墩断面各桥墩受到桥墩绕流尾流的影响,桥墩两侧上下部流速小中部流速较大;大跨径桥梁各排桥墩之间的影响几乎可以忽略,相当于单排桥墩,各桥墩断面桥墩两侧的流速都有增大,靠近凹岸一侧的桥墩在弯道中下游段桥墩两侧流速增大明显。（3）桥墩组交错布设时,中小跨径桥梁各桥墩断面流速变化规律相似,位于弯道上游靠近凸岸的第一幅桥墩桥墩两侧流速增大明显,弯道中下游的第一幅桥墩两侧流速受到桥墩绕流的影响,桥墩两侧中部流速大于上下部,第二幅桥墩有相似的变化,但桥墩两侧流速增大幅度小于第一幅;由于弯道中下游水流结构的改变,中小跨径桥梁位于弯道下游的第二幅靠近凹岸的桥墩两侧流速大于上游;大跨径桥梁各排桥墩之间几乎没有影响,各幅中下游部位的桥墩两侧流速较上游均有所增大。（4）由于离心力的影响,第一列桥墩与凸岸壁面以及第一二列桥墩之间流线密集,第三列桥墩与第四列桥之间流线稀疏。最后,对西汉高速K44+800路段单弯纵向桥段进行了数值模拟。结果表明:弯道上游凸岸与弯道中下游桥墩右侧流速较大,为了防止冲刷破坏,应考虑对上游凸岸岸坡以及弯顶下游的桥墩两侧加以防护。

关键词：纵向桥弯道流场室内试验 FLUENT RNG k-ε

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山区顺直河道纵向桥墩局部冲刷试验研究

山区顺直河道纵向桥墩局部冲刷试验研究

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作者：张晨光长安大学

学位级别：硕士

近些年来,我国在西部山区修建了许多高速公路,为了减少公路基础设施建设对区域生态环境的影响,常常采用纵向桥梁代替传统路基形式。然而,纵向桥墩数量众多,对河道水流形态影响严重,导致桥墩局部冲刷问题突出,且冲刷机理复杂。开展山区... 详细信息

近些年来,我国在西部山区修建了许多高速公路,为了减少公路基础设施建设对区域生态环境的影响,常常采用纵向桥梁代替传统路基形式。然而,纵向桥墩数量众多,对河道水流形态影响严重,导致桥墩局部冲刷问题突出,且冲刷机理复杂。开展山区顺直河道纵向桥墩局部冲刷试验研究,对揭示纵向桥墩局部冲刷机理和冲刷深度确定方法,具有重要的理论及实际意义。本文在归纳分析山区顺直河道纵向桥墩局部冲刷影响因素的基础上,针对纵向桥位置、纵向桥跨径及纵向桥轴线与水流夹角等因素对纵向桥局部冲刷特征的影响问题,通过多因素、多水平的室内模型试验,研究了不同影响因素对纵向桥局部冲刷深度的影响规律,并提出了相应的纵向桥墩局部冲刷深度确定方法。论文的主要研究内容和研究结论如下:(1)首先,本文从自然因素和纵向桥因素两方面,分析了山区河道纵向桥墩最大局部冲刷深度的影响因素,选择研究的主要因素为:纵向桥跨径、纵向桥位置以及纵向桥轴线与水流方向的夹角。(2)在选定影响因素的基础上,结合试验条件与现场河道特征选择比尺,选取52cm、64cm、80cm、120cm、160cm、200cm等6个跨径进行模型试验。结果表明:各桥墩局部冲刷深度的变化规律与L/D(L为桥墩跨径、D为桥墩直径)密切相关。当L/D≤20时,随着桥墩跨径的增大,桥墩的局部冲刷深度逐渐减小;当L/D>20时,随着桥墩跨径的增大,桥墩的局部冲刷深度逐渐增大;当L/D≥30时,跨径对局部冲刷深度无明显影响,桥墩局部冲刷深度可按单桥墩处理。(3)当纵向桥跨径相同时,对桥墩组位于河道中间和河道一侧时的最大局部冲刷深度进行对比。结果表明:当纵向桥位于河道一侧时,各列桥墩的最大局部冲刷深度在纵向上的变化趋势与纵向桥位于河道中间时一致,在横向变化较为明显,受河道边壁的影响,各桥墩最大局部冲刷深度有所增大。(4)第1排桥墩的最大局部冲刷深度不受后排桥墩的影响,且其最大值与65-2公式的计算结果接近。后排桥墩最大冲刷深度均有所减小,减小幅度与纵向桥跨径有关,总体呈现先减小后增大,最终趋于稳定的趋势,具体冲刷深度大小可依据桥墩布设情况的不同,参照表4.1～表4.3和表5.3～5.4中的系数,通过对65-2公式计算结果进行折减而确定。(5)当纵向桥轴线与水流方向存在夹角时,分别研究了跨径为52cm和64cm,夹角为5°和10°时纵向桥局部冲刷深度的变化规律。结果表明:当L/D≤16,且纵向桥轴线与水流方向夹角在10°以内时,改变桥墩跨径和纵向桥轴线与水流方向的夹角,对桥墩周围局部冲刷深度造成的影响不大。

关键词：顺直河道纵向桥桥墩冲刷模型试验局部冲刷深度

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