溇水大桥墩柱冲刷的流-固耦合分析.pdf

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1、第4l卷，第2期2016年4月公路工程HighwayEngineeringV01．41，No．2Apr．，2016瀵水大桥墩柱冲刷的流一固耦合分析伍琼芳1，颜艳芬2，蒋国俊1，杨建明1，肖逸1(1．南华大学城市建设学院，湖南衡阳421001；2．湖南省新溆高速公路建设开发有限公司，湖南新化417600)[摘要】根据常张高速淡水大桥墩柱的水工环境，对漤水大桥受流水冲刷影响较为严重的墩柱进行流一固耦合分析。墩身应力计算分布结果反应了墩身受冲刷影响的大小。研究表明墩柱系中各墩受冲刷作用力因各墩位置而异，墩身受到的动水压强和墩周流场情况共同决定墩身所受的冲刷程度。[关键词】冲刷关系；流场；流一固耦

2、合分析；动水压强；混凝土损伤塑性模型[中国分类号】U443．22【文献标识码】A[文章编号】1674—0610(2016)02-0240-05Fluid．StructureInteractionSimulationonPileScouringofLq；huiBridgLOUSllUlewuQiongfan91，YANYanfen2，JIANGGuojunl，YANGJianmin91，XIAOYil(1．CollegeofUrbanConstruction，theUniversityofSouthChina，Hengyang，Hunan421001，China；2．HunanProvinc

3、ialXinxuExpresswayConstructionandDevelopmentCo．Ltd，Xinhua，Hunan417600，China)[Abstract]AccordingtothehydraulicenvironmentofLoushuibridgefoundation，modelingandFSIsimulationtothepilecolumnwhichscouredmoreseriouslybytheflowingwater．Thestressdistributionresultsreflectsit’Sscouringsituation．Studieshaves

4、hownthatthedegreeofinfluencedependsonthesepiles’position，andbelievedpiles’scouringdegreeisCO—decidedbyboththedynamicwaterpressureandwaterflowsfieldaroundpiles．[Keywords]scouringmechanism；waterflowsfield；dynamicwaterpressure；fluid-structureinter-actionsimulation：concretedamageplasticmodel0前言河水流经桥墩处

5、的过水断面时，会致力于消除使其流动状态发生变化的因素，作用的形式为流水对水中墩柱的冲刷。导致桩基水下部分墩柱出现缩颈、空洞或混凝土保护层剥落造成桥梁墩柱露筋和锈蚀现象。这些现象会大大降低墩柱的耐久性，甚至对桥梁墩台的强度、刚度造成较大的破害，影响桥梁结构的正常使用。虽然圆形墩柱墩身外壁是光滑的，但墩柱迎水面与流水流向垂直。流水流向改变而损失的能量以冲刷的形式作用在墩身外壁，故而墩身迎水面受到的冲刷影响较为明显。冲刷和溶蚀较严重的区域发生在墩周流场流速大或者墩身受动水压强较大的区域。在本文中，我们将对流场的相关分析数据和墩柱的受力进行交互式流一固耦合分析，分析墩身受流水冲刷影响的附加应力分布

6、情况和墩周流场作用间的关系。同时，考虑到墩柱流场中的复杂受力状态，我们将使用混凝土塑性损伤本构关系分析流场影响下的墩柱应力发展情况。如无特殊说明，文中提到的应力值均为流水对墩身的附加应力。1数值计算基本原理1．1流壁受流水的受力计算1．1．1流一固耦合分析使用有限元法对水中墩柱冲刷受力情况进行仿真，考虑到流水对墩柱的冲刷作用力仅是墩柱所需[收稿日期】2015-02-10【作者简介】伍琼芳(1984一)，女，湖南衡阳人，硕士研究生，主要从事道路与桥梁工程研究。第2期伍琼芳，等：漤水大桥墩柱冲刷的流一固耦合分析24l受的结构荷载很小的一部分。且墩柱受冲刷的影响是小尺度、长时间发展的结果。在分析

7、中我们暂时不考虑墩柱所需承受的桥梁上部结构传递下来的荷载。同时，墩柱周边的流水流速并不非同向、均一，墩柱群中各墩周边的流水情况也不尽相同。故在本文中我们使用流一固耦合分析(fluid-structureinter·action)oFSI是勰决多物理场下流体流动对柔性结构所产生的影响，进而影响流体流动的耦合分析方法。它的特点是是先由计算流体力学(CFD)对墩柱周边的流场分布进行计算。得到墩柱周围水流场水流流动情况。CFD的