南水北调中线工程桥墩壅水特性研究

南水北调中线总干渠沿线设有阻水的槽墩、桥墩1 145座,合理分析槽墩、桥墩的壅水大小,对于准确复核总干渠水面线、分析渠道输水能力具有十分重要的意义。本文利用Flow3D软件模拟了南水北调中线工程中常见的圆柱型桥墩的壅水特性,计算体型包括单排、双排和三排桥墩,桥墩的阻水比为5.0%~7.14%。分析表明,单排桥墩壅水的数值模拟结果与Yarnell修正公式计算结果相近;多排桥墩联合壅水值随桥墩排数的增加而增加。     

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。     

平原河道桥墩群阻水壅高试验研究

以南京秦淮新河为参考原型,建立河道桥群概化试验模型,定量研究平原河道桥群阻水叠加效应.试验结果表明:上游水流受桥墩阻水影响,水位壅高明显,壅水高度随桥墩数量的增加而增大,壅高范围随着桥墩数量的增多而延长;对于概化河道(流量1000 m3/s,流速2.5 m/s,阻水率6％),河道中心线最大壅水高度36 cm,壅水范围150 m;在桥梁群上游150 m位置处,6座桥梁组成的桥梁群引起的壅高值为单座桥梁壅高值的1.5倍.研究成果对评估桥梁等涉水建筑物引起的阻水影响具有参考意义.     

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。     

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.     

涉水桥梁阻水比与上游水位壅高相关性研究

采用宽水槽物理模型概化试验方法,以珠江河口地区圆柱型桥墩为例,进行桥墩阻水特性研究,提出了涉水桥梁上游水位壅高与桥墩阻水比、河道流速的关系,并绘制了以阻水比和流速为坐标的上游水位等壅高线图,可为涉水桥梁工程规划建设提供参考。     

桥墩壅水特性试验研究

由能量方程导出出壅水计算公式，通过概化模型试验，重点分析了桥墩形状及阻水比等影响壅水系数的基本因素。对斜交桥墩及桩式排架等不同工程布置的壅水信息，提出并讨论未系数的修正春影响因素。     

Hec－2方法在桥涵壅水水面线计算中的应用

Ｈｅｃ－２方法在桥涵壅水水面线计算中的应用赵渭军（浙江省河口海岸研究所）一、前言以往计算桥涵等壅水水面线大多简单地采用一个包括桥涵阻力和河床阻力的综合阻力系数来估算桥墩阻水引起的壅水水面线，这样不仅未揭示桥涵阻水的内在机理，而且计算的壅水水面线往往与...     

桥梁阻水壅高值计算方法分析

跨河桥梁由于在河道内布置桥墩、桥台,缩窄了天然河流行洪断面,造成桥位局部河段水位壅高,对沿河两岸防洪存在不利影响。该文以广河高速公路惠河段跨山区河流的路溪河一桥、二桥为例,采用桥墩阻水壅高计算经验公式与一维水动力数学模型,对桥墩阻水壅高值进行计算分析,并给出了经验公式适用程度的结论。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

基于粒子图像测速技术的明渠圆柱上游行近流特征研究

现有实验测量和数值模拟方法难以准确捕获近水面流动特征,为全面掌握墩柱上游行近来流的内部结构和水面特征,通过明渠圆柱绕流试验,采用粒子图像测速技术对柱体上游的对称垂面进行了测量,获得了行近来流的瞬时二维流场和水面线。在此基础上,对圆柱上游的时均流动和壅水特征进行了研究,得出上游行近来流从水面至床面依次由上升流、近水平流和下降流构成,形成典型的三层结构,其中,上升流厚度随柱体雷诺数增加而变厚,下降流无量纲厚度基本不随柱体雷诺数改变。在靠近柱体的床面附近,边界层与床面分离,分离区内为向上游流动的逆流以及一个马蹄涡和一个次生涡;在靠近柱体的水面附近存在表层逆流以及两个逆向涡。研究结果揭示出边界层分离、表层逆流及柱体本身依次促使行近来流减速,使得沿程水深雍高,壅水末端至圆柱迎水面的水面线符合一元四次函数分布,无量纲壅水长度随着柱体雷诺数的增加而延长。研究成果可作为基于流体体积法等具有自由水面计算能力的明渠墩柱绕流数学模型的验证依据。     

无坎宽顶堰公式计算桥梁壅水的方法探讨

为快速有效利用无坎宽顶堰公式计算桥梁的壅水值,分别利用常用办公软件 Excel 和常规 CAD 绘图法对淮北平原某河流一跨河桥梁进行桥梁壅水计算。两种方法河道过流面积 A1 的计算数值是一致的,桥孔过流面积 A2 以及桥梁阻水面积 A3 计算结果之间仅存在极小的误差（小于 0.04%）,最后得出的桥梁壅水值基本一致。结果表明利用 Excel 编辑公式计算桥梁壅水的方法是可靠的,同时提高了工作效率,降低了重复工作量,在类似计算中具有一定参考价值。     

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。     

斜交桥的冲刷计算探讨

斜交桥的桥墩附近流态和冲刷情况极为复杂,很难准确确定桥墩附近的冲刷深度。通过对南盘江大桥桥墩附近的冲刷计算分析,从而探讨斜交桥冲刷计算的方法。计算结果表明:桥轴线与水流的斜交角度和桥墩阻水面积对冲刷影响明显,按斜交面积计算的冲刷深度比较合理,按投影面积计算的结果偏大。