明渠流条件下桥墩（群）阻水效应实验与数值研究

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1、申请上海交通大学硕士学位论文明渠流条件下桥墩（群）阻水效应实验与数值研究硕士研究生：韩露学号：1120109081导师：胡天群教授申请学位：工学硕士学科：港口、海岸及近海工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015.01授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterTHEBACKWATEREFFECTOFBRIDGEPIERSINEXPERIMENTALANDNUMERICALMETHODINOPENCHANNELF

2、LOWCandidate:LuHanStudentID:1120109081Supervisor:Prof.TianqunHuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:HarbourCoastalandOffshoreEngineeringAffiliation:SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringDateofDefence:Jan,2015Degree-Conferring-Institution:Shangh

3、aiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文明渠流条件下桥墩（群）阻水效应实验与数值研究摘要随着工业化、城镇化进程不断加快，交通线路设计规划不能只依赖陆地空间，跨水域交通作为目前解决该问题较为有效的手段已成为社会基础建设的重要组成部分。桥梁等涉水基础建设势必会引起桥梁附近水域河床阻力、水流流态、流速分布、过流能力和岸坡稳定等发生变化。因此，如何计算涉河桥梁下部基础引起的水位雍高，如何评估桥梁建造后下部基础对河道上下游河势的影响范围及影响程度，如何对桥梁阻水能力进行量化论证并给出适用的概化指标，是水利工程师致力解决的一个重要

4、问题。在较为全面且系统地回顾和总结了关于桥墩雍水这一主题的理论发展体系及国内外研究现状之后，本论文将桥墩建造后上下游水面曲线变化规律作为研究对象，结合理论推导、水工模型实验和数值仿真计算手段，对桥墩周围水位相对变化幅值进行了一系列深入研究，提出了一个无量纲归一化形式的桥墩阻水效应经验表达式，具体研究内容如下：1.利用水工模型实验手段分析桥墩放置前后水面曲线变化，基于实验数据，从受力平衡及能量守恒两个角度分析推导桥墩全局阻水效应系数理论计算表达式，并通过无量纲、归一化等数学手段提出一个仅与流态Fr有关的，用于计算桥墩阻水效应的双参数经验简化公式

5、；2.利用数值仿真计算手段模拟不同Fr数的流态工况背景下，桥墩周围特定计算域内水位变化特征，分析并确定桥墩阻水效应分布规律及影响范围，依据仿真计算结果率定桥墩阻水效应经验公式中的双参数，给出双参数桥墩阻水效应计算公式的修正形式及双参数与流态Fr数的函数表达式；第I页上海交通大学硕士学位论文3.基于上述研究途径及研究工作实施思路，利用水工模型实验手段探讨不同阻水效应影响因子对桥墩群周围雍水幅值的影响程度及变化规律，总结描述相关影响因子与雍水幅值之间的定性关系。本论文所取得的具有重要理论和实际意义的研究成果，能够为大尺度河流水动力模拟中桥梁墩柱的

6、概化提供一定参考依据。关键词：明渠水流，阻水效应，雍水计算，水工实验，数值模型第II页上海交通大学硕士学位论文THEBACKWATEREFFECTEXPLORATIONOFBRIDGEPIERSINEXPERIMENTALANDNUMERICALMETHODINOPENCHANNELFLOWABSTRACTIthasbeensowide-spreadlyacceleratedintheaspectofindustrializationandurbanizationthatmoreandmorereasonabletransportationp

7、rojectsareneededtobefocusedontorelievetrafficpressureandimprovethetrafficlogisticstransportcapacity.Thebridgesabovethewaterareasregardedasthesocialinfrastructuresplayasignificantandeffectiveroleindealingwiththelowtransportefficiencyproblem.However,someinevitableconsequences

8、causedbythebridgesconstructionaresupposedtopaymuchmoreattention,suchasthebedresist