南水北调中线干渠桥墩壅水计算公式的选择

南水北调中线工程沿线布置数百座桥梁,桥墩壅水对渠道的过流能力和渠道的水面线具有一定的影响,因此,准确计算桥墩壅水对于水面线的计算和输水渠道的设计具有十分重要的作用。以典型的圆柱型桥墩为研究对象,采用VOF方法对桥墩周围的紊流场进行了数值模拟,并计算了给定水深、流量和桥墩阻水比等条件下桥墩的壅水大小,通过与一维经验公式计算结果的对比,建议选择无坎宽顶堰公式作为桥墩壅水计算公式。最后,在南水北调中线干线一维数值仿真平台上分析了所有桥梁的壅水效应对渠首水位的影响。     

单墩绕流的三维数值模拟

应用流体动力学软件fluent中雷诺应力方程模型和VOF方法,模拟了单墩绕流现象。结果表明:桥墩的阻水作用使墩前的水面在上游不远处开始逐渐升高,至墩前达到最高值,形成墩前的向下水流;墩后靠近桥墩水面处有逆向水流产生;水面线会受到桥墩的影响,桥梁的修建减小了断面过流面积,再加上桥墩本身的阻力,使水流流线在桥梁的上游收缩、下游扩散,形成桥墩前方的壅水现象。     

秦淮河地铁桥物理模型试验研究

秦淮河地铁桥临近秦淮河大桥,主桥墩采用双壁墩形式,由于桥墩壅水与桥墩形状、桥墩尺寸、桥墩布置形式、阻水面积比、河道水流情况等诸多条件有关,而经验公式往往仅考虑其中的几个因素,没有普遍适用性.应用平面比尺为1∶100,垂直比尺为1∶50的变态物理模型试验,研究了地铁秦淮河大桥的桥墩壅水、河道水流流速、水面线、流态等内容.结果表明:河道水面线可分为3段,桥前壅水最大为0.02 m,壅水长度为桥梁上游500 m,墩间流速最大增加0.29 m/s.     

非均质河床双排桥墩局部冲刷数值模拟研究

精确模拟山区河流非均匀沙质河床桥墩的局部冲刷对桥梁设计和安全运行具有重要的意义。以黑石渡大桥河床床沙特征为背景,采用Flow3D软件开展非均匀沙质河床上双排圆柱形桥墩冲刷三维数值模拟研究。为考虑河床非均匀泥沙的悬移质运动、泥沙挟带、推移质输运等过程,在数值模拟过程中,根据非均匀沙质河床的颗粒分布曲线,对所筛取的各个级配范围内的颗粒采用其对应的中值粒径来表征。模拟得到了双柱排桥墩局部流场结构、河床的冲淤变化和上下游桥墩周围冲刷坑形态。研究表明:受桥墩阻水作用影响,墩前壅水、墩后跌水现象明显。墩周冲刷坑基本贯通整个墩周区域,受上游墩保护作用影响,下游墩冲刷坑的发育深度和规模小于上游墩。将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。研究成果可为深入开展非均匀沙质河床桥墩局部冲刷研究提供参考。     

南水北调中线总干渠桥墩壅水影响分析

桥梁建设多在天然河道进行,当桥墩阻水面积占河道过水面积的比例较小时,可以不考虑桥墩壅水影响.南水北调干渠经常高水位运行,流速低,纵坡缓,桥梁壅水可能造成上游交叉建筑物输水能力降低以及渠顶超高不足和安全度的降低等问题.现以某跨渠高速公路桥为例,以数值模拟为手段对桥墩的壅水影响进行分析,认为在缓纵坡渠道上桥墩壅水上游影响长度较大,如跨渠桥梁间距过小,可能引起连锁壅水.桥梁设计时应尽量减小桥墩数量并避免斜交.     

斜交桥墩阻水特性数值模拟研究

在桥梁设计中受地形地质、接线等原因影响,桥轴线有时不得不与河道斜交布置,通常情况下桥墩墩轴线与桥轴线垂直布置,受此影响,桥墩墩轴线则与水流流向形成一定夹角α.二维数值模拟研究成果表明,对同尺寸桥墩,α越大则桥墩阻水比随之增大,由此引起的桥墩墩前壅水高度及范围,桥区流速变化幅度及范围、紊流宽度等均相应增大,严重时将直接威...     

城市行洪河道桥群阻水叠加效应量化研究

针对城市行洪河道桥梁群形成的叠加阻水效应问题,以南京市重要行洪通道秦淮河为例,考虑桥墩不过水边界等因素,建立了秦淮河涉水桥梁群的平面二维水流数学模型,对桥群阻水叠加效应进行量化分析。分析结果表明,河道上游水流受桥梁群阻水影响,水位壅高较为明显,壅水高度随桥墩数量的增加而增大。基于计算结果,推导出了桥梁群壅水高度计算公式,并通过滁河六合城区段桥群壅水叠加影响进行了验证,验证结果良好。同时,给出了桥墩在河道两侧及河道中心的位置影响系数值,阐明了桥群壅水叠加机理;所建立的壅水叠加公式较好地反映了河道桥群的阻水叠加效应,为城市河道桥群壅水叠加影响的量化分析研究提供了科学依据。     

降低桥墩壅水的优化试验研究

桥墩型式对墩前壅水高度影响较大。为优化涉水桥梁工程设计方案,降低桥墩壅水对河道防洪的影响,通过建立宽水槽模型,对不同桥墩型式所引起的墩前壅水高度进行了测试和分析。结果表明,桥墩的最优侧面曲线特征参数b′/L为0.071~0.083;方墩、流线墩和双圆墩3种墩型的优势夹角不同,桥墩轴线与水流夹角小于36°时,流线墩壅水最小,大于36°时双圆墩壅水最小。     

基于HEC-RAS模型的克什米大桥防洪评价中的壅水计算

以克什米大桥的壅水计算为例,利用HEC-RAS模型基于桥梁壅水计算的基本原理与方法模拟了100 a一遇以及10 a一遇设计洪水频率下建桥前后的河道水面线,进而求得桥梁阻水壅高值、过流面积及水流流速。通过对HEC-RAS模拟结果与Yarnell经验公式计算结果进行比较,发现水位壅高值相差不大。因此,HEC-RAS模型对于桥梁阻水壅高的计算可靠,便于分析,可在设计工作中推广应用。更多还原     

桥墩壅水的计算方法比较

桥墩壅水的确定在输水渠道的桥梁设计中至关重要。渠道几何尺寸和糙率、桥墩阻水比、水流Froude数、桥墩形状及布置形式等都会对最大水位壅高和桥墩阻力产乍影响。结合水工模型试验资料，对比检验了不同桥墩壅水高度计算公式。在大流量、缓流情况下，对于阻水比较小的桥墩，Yamell公式比较符合试验资料，可以用于计算壅水高度。     

明渠流动条件下单圆墩的阻水效应数值模拟

该文利用数值模拟手段探究明渠流动条件下单圆墩阻水效应特征。数值模型基于商用软件Fluent的气、水两相流模块,自由液面的捕捉选取VOF模型。通过分析明渠水流中单墩柱放置前后局部水位差,建立了阻水效应特性与流态因子之间的关系式。定量分析了墩柱阻水效应的空间影响范围及阻水强度,同时通过系列数值实验率定了单圆墩阻水系数经验公式hw* (y*)= Ae?(y*/B)2中的A、B参数,该经验公式由作者通过物理模型实验获得。研究成果可为大尺度河流水动力模拟中桥梁墩柱的概化提供一定参考依据。     

河道糙率和桥墩壅水对宽浅河道行洪能力影响的研究

为研究宽浅型河道糙率和桥墩壅水对行洪能力的影响,本研究采用了物理模型试验、数值模拟和经验公式方法分别模拟其水力特性并进行比较分析。通过物理模型试验给出了河道糙率的模拟方法,分别采用4种材料模拟河道护坡:无植被、稀疏植被、稀疏植被中间种植灌木和密集植被。其中,糙率最大的密集植被和糙率最小的无植被护坡条件下各断面水位差均值为0.03 m。结果表明:对于宽浅河道,护坡糙率较大范围的变化对河道行洪能力影响不显著。复杂边界条件和水力条件下桥墩壅水模拟结果表明:二维数学模型比经验公式和一维数学模型能较真实地反映河道边界条件、桥梁长度、桥墩形状对桥墩壅水高度的影响,模拟结果同物理模型试验值较为接近。本研究为宽浅河道安全行洪中糙率评估和桥墩壅水计算提供可靠的参数和依据。     

混合有限分析法在桥墩水流数值模拟中的应用

在河道管理范围内布置桥墩时,较为关注桥墩对壅水和流态的影响,以柳州市局部柳江河道和拟建的维义大桥为例,分别建立大范围的河道和桥墩局部二维水动力数学模型,采用混合有限分析法进行了计算和求解。结果分析表明,维义桥的建设使局部河道产生壅水现象并对河势存在一定的影响。同时也证实了该方法在工程实际应用中的准确性和有效性。     

桥墩阻力概化软件在大型涉水桥梁工程中的应用

在大型涉水桥梁的壅水影响数值模拟计算中,由于桥墩尺寸相对较小且数量较多,若通过人工运用经验公式逐一计算每个墩柱的阻力,不仅计算过程繁琐,且极易出错。开发了一套软件平台,对桥墩数量超过400个的港珠澳大桥进行了概化计算。该软件结合建立计算范围内的网格数学模型,提取每个桥墩的边界坐标点数据,分别存放在相应的文件里以供经验公式计算时调用;通过软件的运行,可准确地将每一个桥墩的影响自动概化到离其最近的网格节点上。计算得到的桥墩阻力概化结果与港珠澳大桥的布设情况基本相符,能够提高桥墩概化计算的准确性和高效性。     

桩墩影响下的水动力数值模拟

建立平面二维数值水槽模型,将桩墩作为不透水边界处理,利用三角形加密网格精确模拟桩墩形状,计算分析缓流河道中单排桩墩影响下水位和流速的变化,并探讨了方墩与圆墩对水流变化的影响差异以及糙率与紊动黏性系数对壅水数值的敏感性。研究结果表明:①桩墩引起的水流变化沿纵、横向呈现出不同的分布形式,沿横向呈波状分布。墩身上游主要表现为水位壅高,流速减小;墩身下游则表现为水位跌落,流速在墩间区域增加,而在墩后区域减小。②方墩对水流变化的影响比圆墩大;上游壅水随糙率变化较小,但对紊动黏性系数的变化较为敏感。     

闸墩绕流影响因素及其作用规律分析

为探究某水利工程渡槽附近不平稳水面的形成原因并为制定消除措施提供参考,使用COMSOL Multiphysics软件对高雷诺数( Re =5×106)条件下,不同宽度的顺直流道、收缩渐变段和弯曲流道下游的圆柱绕流和不同形态的闸墩绕流进行了数值模拟研究,分析了流道布局和闸墩形状尺寸等因素对绕流流场和结构受力特性的影响。圆柱绕流分析结果表明:在计算参数范围内,随着顺直流道宽度的减小,圆柱的升阻力系数均逐渐增大;流道渐变段的截面收缩对圆柱绕流产生的影响不大;流道弯曲导致的来流偏流系数越大,圆柱受力的非对称性越明显,升阻力系数均值越大。闸墩绕流计算结果表明:无墩尾闸墩的绕流流场和受力特性与圆柱绕流类似,随着墩身长度增加,闸墩的平均阻力系数减小;带墩尾的闸墩呈流线型,其升阻力系数与尺寸相当的圆柱和无墩尾闸墩相比均显著减小;给闸墩设置合适的墩尾是解决闸墩绕流脱涡的有效措施。