三杆六脚体对桥墩周围流场影响的试验研究.pdf

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1、第46卷第10期人民长江Vo1．46，No．102015年5月YangtzeRiverMay，2015文章编号：1001—4179(2015)10—0061—06三杆六脚体对桥墩周围流场影响的试验研究房世龙，陈红2，施小飞(1．南通航运职业技术学院交通工程系，江苏南通226010；2．河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098)摘要：为寻求保护桥墩周围河床避受冲刷的有效方式，采用物理模型试验的方法，对三杆六脚透水架体对桥墩周围流场水力特性的影响进行了研究分析。结果表明，三杆六脚透水架体不但能削减穿越其内部的水流流速，在床面附近形成流速减速区域，将墩周

2、马蹄形旋涡和墩后尾流漩涡的作用能量有效地转移到远离床面的水体中，而且还能利用自身扰流消能和实体抗冲的双重特性有效抑制墩前向下水流对床面的冲击。关键词：三杆六脚透水架体；流场特性；局部冲刷；桥墩中图法分类号：U443．22文献标志码：AD0I：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．10．015桥墩周围水流的三维边界层分离所形成的高强度前，还没有利用其进行桥墩等涉水建筑物冲刷防护的水流紊动和复杂的旋涡体系会造成附近河床床面的局相关研究和工程实例。因此，本文将通过模型试验，研部冲刷。冲刷不仅会引起桥址附近河床横断面的调究三杆六脚透水架体

3、对桥墩周围流速和紊动强度分布整，也会对附近河段的河势产生影响，还会危害桥梁自的影响程度，分析三杆六脚透水架体对墩前向下水流、身的稳定和安全。为了防止冲刷，可以采用向桥墩墩周马蹄形旋涡和墩后尾流漩涡的抑制作用，揭示三周围抛投石块等实体材料来增强河床床面抗冲能力的杆六脚透水架体防护桥墩周围床面冲刷的机理及适用实体抗冲防护方式，也可以采用改变桥墩周围水流结性。构来防护床面免受冲刷的减速不冲防护方式。但1试验系统设计无论是实体抗冲防护方式还是减速不冲防护方式，都在以往多年的研究和应用中表现出了自身固有的使用1．1三杆六脚透水架体模拟局限，所以非常有必要探究一种新

4、型的、行之有效三杆六脚透水架体是由预制的3根长度相等的钢的桥墩局部冲刷防护措施。三杆六脚透水架体是由预筋混凝土杆件于各自中点处相互垂直正交连接而成的制的3根长度相等的钢筋混凝土杆件于各自中点处相一种空间结构单元，如图1所示。应用于工程实际的互垂直正交连接而成的一种空间结构单元，近年来作透水架体原型尺寸为L×H=120cm×98cm，构成透为一种新型的防波护堤工程技术，在沿海堤岸的防护水架体的杆件由密度为2．5×10kg／m的混凝土材中得到广泛应用，并取得了良好的效果一。工程实料预制而成，每根杆件采用正方形横截面，截面尺寸为际应用证明，三杆六脚透水架体能够

5、通过改变架体附Ⅱ×口=12CITIX12cm。为了满足几何相似和质量相近流场水力特性的方式来消杀波浪能量，进而实现对似的要求，室内水槽试验采用的三杆六脚透水架体模沿海堤岸的有效防护，具有扰流消能等独特的优越性，型尺寸为Z×h=20mm×16mm，杆件由密度为2．5×应用于桥墩局部冲刷防护的前景十分诱人。但截至目10kg／m的硬塑料预制而成，每根杆件采用正方形截收稿日期：2015—01—18基金项目：交通运输部应用基础研究项目(2013329284210)；江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人培养计划项目资助；江苏省交通科学研究计划项目(2013Y27—

6、04)；南通市社会事业科技创新与示范计划(HS2012014)作者简介：房世龙，男，副教授，工学博士，主要从事港口航道及海岸工程、河流泥沙工程、海洋工程等方向的研究工作。E—mail：fangsl@ntsc．edu．ca62人民长江面，截面尺寸为a×a=2mm×2mm。试验采用有机玻璃圆管模拟桥墩，桥墩直径D为4．0cm，被固定在沙坑的中心位置处，距水槽人口8m。三杆六脚透水架体模型被均匀布设于桥墩周围2．5倍桥墩直径范围内的床沙面上，防护层平均高度3．2cm，抛投密度为0．16个／cm，如图2(a)所示。试验在清水冲刷条件下开展，试验运行过程中的流量Q

7、为36．2L／s，墩前行近流速为30．0cm／s，行近水深日为20．0cm，来流剪切流速M+为2．24cm／s。试验运行过程中利用超声波多普勒流速仪对桥墩上下游竖直对称面内的三维流速进行测量，测量范围为一2．25D≤≤2．25D，如图2(b)所示。图1三杆六脚透水架体示意2实验结果分析1．2试验水槽为了研究三杆六脚透水架体对桥墩周围流场的影试验水槽长14m，宽0．6m，高0．8133，水槽两侧响，本文对防护前后桥墩上下游竖直对称面内X=±和实验段的底部均为玻璃壁面，水槽边壁支撑的一对2．25D、±1．50D、±0．90D、±0．50D等不同位置处的钢轨上

8、装有仪器承台，水槽下游端支撑结构的铅直升8条具有代表性的测流垂线上的各项水力要素