降低桥墩壅水的优化试验研究_何贞俊

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1、第46卷第23期人民长江Vol．46，No．232015年12月YangtzeＲiverDec．，2015文章编号:1001－4179(2015)23－0055－05降低桥墩壅水的优化试验研究何贞俊，张金明，何用，吕文斌(珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东广州510610)摘要: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

2、、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。关键词:壅水;墩型优化;宽水槽模型;桥墩中图法分类号:U443．22文献标志码:ADOI:10．16232/j．cnki．1001－4179．2015．23．013［4］谦(2006)等结合水工模型试验资料对Yarnell公1研究背景式、D'Aubuisson公式、Henderson公式和无坎宽顶堰公国外从19世纪后期就开始了桥梁壅水的调查分式进行了对比检验，分析了不同公式的适用条件及偏析和实验研究工

3、作，以D'Aubuisson1840年提出的桥差;秦蓓蕾(2010)结合具体工程和数值模拟方法，分［5］墩壅水计算公式为起点，已有170多年的历史，稍后析了上述4个公式的误差及原因。目前采用数值模Weisbach(1848)、Ｒuhlmann(1880)等分别提出了桥墩拟方法研究桥梁壅水的成果较多，吴飞、甘盟(2009)壅水的堰流公式，Naglar(1917)、Lane(1920)利用试验采用数值模拟方法分析了桥墩组中轴线与水流方向夹［6］资料对D'Aubuisson公式和Weisbach公式进行了修角过大时对河流

4、流场的影响;周勤、尹崇清等订，而后Ｒehbock和Yarnell分别进行了大量系统的室(2011)采用数值模拟方法分析了斜交桥墩的阻水特［7］内实验，在区分流态的基础上把前人的研究向前推进性;丁伟、唐洪武等(2011)采用数值模拟方法分析［1］［8］了一大步。从20世纪60年代开始，国外将电子计了涉河桥梁阻水的影响因素;朱毅峰，朱士康算机应用于桥梁和河道水力计算。20世纪60年代末(2014)结合珠江河口地区特性及防洪评价工作特［9－10］到70年代初，美国陆军工程兵团地质工程中心点，分析了珠江河口桥梁的阻水效应;

5、褚晓岑、唐(HEC)等部门编制了桥梁河道水力学和各种涵洞水洪武等(2014)对甬江感潮河口地区桥梁群对防洪纳［11］力计算程序。1974年，美国J．T．Franques和D．W．潮的累积影响进行了分析。Yannitell拟出了桥前壅水二元流分析的第一个有限元随着中国社会经济的快速发展，对防洪安全提出［2］模型。到近期，随着计算方法和模型离散方法的改了更高要求，如何优化涉水桥梁工程设计方案，适应河进，出现了许多精度更高的计算程序，例如PHOE-道水动力特性，降低壅水以控制工程对防洪的影响，既NICS、CFX、STAＲ

6、－CD、MIKE、FLUENT等多个商用是困扰工程建设和设计单位的重要技术问题，更是水［3］CFD软件。行政主管部门开展河道管理和水行政许可的关键技术中国的公路和铁路系统从20世纪70年代末期开问题。桥墩壅水问题的计算，国内外学者开展了大量始研究桥梁壅水问题，“98”长江大洪水之后，水利部研究工作，但是从降低壅水高度的角度如何优化桥墩门对这个问题的研究逐渐增多。王开、傅旭东、王光型式，至今鲜有研究，而这正是当前研究的重点。收稿日期:2015－09－13作者简介:何贞俊，男，高级工程师，主要从事水力学及河流动力学研究

7、工作。E－mail:155190624@qq．com56人民长江2015年参数，阻水比越大，流线收缩扩散越剧烈、回流强度越2桥墩壅水影响因素分析大。③桥梁结构。桥梁结构影响流线收缩扩散和回由于桥墩的阻碍作用，水流经过桥墩时需要克服流范围，主要包括桥梁迎水面形状、侧面形状、立面体阻力，从而在桥墩前形成一定的水位壅高ΔZ，如图1型等。所示。无桥墩时河床糙率引起的沿程水头损失为Δhp3宽水槽物理模型=h1－h2，有桥墩时壅水为ΔZ，总的水头损失为2v当前桥墩的阻水壅高一般只有几公分，这对物理1Δh=Δhp+Δhs=ΔZ+

8、h1－h2+α1－2g模型试验的精度提出了很高要求，水槽模型一方面要222v2v1v2具有足够的宽度，以减小边壁对水流的影响，另一方面α2=ΔZ+Δhp+α1－α2(1)2g2g2g测试设备要具有足够的精度，并保障测试设备有效运则行。22v1v23．1模型设计与制作Δhs=ΔZ+α1－α2(2)2g2g宽水槽物理模型主要需满足水流运动相似，按照式中，Δh、Δ