余子牛[1]1996年在《平面二维数值模型与桥墩壅水问题的研究》文中研究指明明渠水流运动在实际工程中广泛存在，其数值模拟研究有现实意义。桥墩壅水是在防洪标准低、防洪费用高的平原河道上修建桥梁时必须重点考虑的问题之一，其研究具有重要价值。本论文采用非规则贴体网格有限体积法和显式MacCormack预测-校正法求解平面二维水深积分方程，对明渠水流运动的数值模拟方法进行了研究，并且应用该数值模型计算了14种不同的桥墩体型、来流、收缩比的组合工况下的桥墩壅水问题。采用模型试验资料验证了壅水高度计算结果。非规则贴体网格有限体积法可以真实模拟复杂形状边界，提高边界附近的计算精度，能够较其他方法更理想地处理明渠水流中常常遇到的复杂边界问题，在这点上比只能构造少的单元数的有限单元法和一般采用矩形网格的有限差分法优越。壅水高度的计算结果与模型试验资料吻合较好，证明了数值模型是可靠的。此外，本论文还初步研究了网格局部加密方法并应用于桥墩局部绕流流场的研究。网格局部加密方法的应用明显的改善了加密区域内的结果，对加密区域外的流场也有一定的改进，具有一定的应用前景。
张念[2]2008年在《桥墩壅水的数值模拟》文中研究说明在桥渡设计中,冲刷计算、孔径计算、导治建筑物布置以及综合方案的比较等都是以桥梁水力计算为工作基础的,而桥梁水力计算,除天然水流与自然河床外,总是以桥墩壅水计算作为主要内容,这是因为由于桥孔约束水流,使桥下流速增大,从而靠近泛滥边界一段河滩路堤上游水面壅高,下游水面降低,横跨路堤形成较大的水面高差,在洪水期间将会威胁路堤的安全,而且桥墩上游水面的壅高也对河岸路堤的修筑高度和桥梁的桥下净空等要求等都有关键的影响,因此桥墩壅水计算有着非常大的实际意义,本文就对桥墩的壅水进行了研究。本文首先对桥墩壅水的发生机理、影响壅水的因素进行了简要的回顾和评述,并对现有的几个计算桥墩壅水的公式进行了简单的分析,总结得出了各个公式的适用范围以及使用条件,进一步分析得到针对目前对于桥墩壅水的计算没有一个广泛接受的公式,因此本文认为用数值模拟的方法对桥墩壅水进行分析计算十分可行和必要的。因此本文采用平面了二维水流模型对桥墩壅水进行了模拟。本文利用求解平面二维水流模型的Fluent软件,建立了适用于桥墩壅水计算的平面二维数学模型,并对实验室水工模型试验结果进行了验证,表明该模型能够模拟桥墩壅水的变化情况。改变影响桥墩壅水的因素,模拟桥墩周围的流场并计算出了桥墩的壅水值,并进一步的分析了各因素对桥墩壅水的潜在影响,结果显示,该模型对于桥墩壅水高度的预测有一定的实用性,对桥梁设计也有一定的指导作用。模型对于河道的水流和桥墩的壅水计算有很重要的意义。
薛旖云[3]2014年在《桥墩密布的城市河道壅水高度及防洪对策研究》文中进行了进一步梳理随着沿河快速路的修建，使得越来越多的城市河道主槽内或一侧均修建了顺水流连续分布的桥墩，严重挤压了河道的行洪断面，造成较大壅水和流速分布的不均匀化，这势必对河道行洪与河岸防护造成严重威胁。国内外众多学者对单个桥墩和双圆柱周围水流结构和圆柱绕流现象有着较为深入和全面的研究；在桥墩壅水方面，前人研究的内容主要围绕正交桥墩和斜交桥墩进行。然而，但对于串列桥墩尾流现象及其产生的壅水，尤其是城市河道带状串列桥墩引起的流速亏损和壅水计算，目前尚无计算公式和科学合理的评判方法，更无相应的技术控制标准，尚属空白。本文在前人研究的基础上，对串列桥墩尾流及壅水问题进行了比较系统的研究，在理论分析、物理模型试验以及数值模拟方面开展了新的探索。在理论研究方面，推导基于尾流尾涡叠加原理的串列桥墩尾流沿程最大亏损流速公式及尾流区横断面流速亏损公式，并建立满足工程计算精度的壅水高度半经验半理论公式；在物理模型试验方面，利用ADV流速仪和水位测针测得不同工况下串列桥墩尾流流速分布及墩前壅水高度；在数值模拟方面，利用CFD软件FLOW-3D建立了串列桥墩的三维水动力数学模型，探讨了串列桥墩绕流流态的变化规律，分析墩后尾流流场分布及墩前壅水高度，并利用模型试验结果进行了验证，结果吻合良好。针对上述研究结果，本文提出桥墩密布城市河道的防洪对策：在保证工程合理性和安全性的基础上，应尽可能缩小桥墩间距，并减少建于河道中的桥墩数量和桥墩直径，对于洪水期来流流速增大而导致的墩前冲高变大，应当充分考虑桥墩受冲高影响的受力情况，增加墩身强度和保护。
张细兵, 余新明, 金琨[4]2003年在《桥渡壅水对河道水位流场影响二维数值模拟》文中认为采用Simple算法建立了一套河道平面二维水流数学模型。针对桥渡壅水问题 ,提出了两项措施来进行桥墩的概化 :①局部地形修正 ,主要通过增加桥墩所在节点的河底高程来反映桥墩对河道过水面积的压缩效果 ;②局部糙率修正 ,主要通过加糙来反映桥墩的阻水作用。通过对工程问题的计算验证其效果 ,选取赣江神岗山—井冈山拟建的阳明大桥长约 7.5km的河段作为计算河段。地形采用 2 0 0 0年实测河道地形图。计算网格采用边界层坐标系下河道拟贴体正交网格。网格节点数为 73× 70个 ,计算结果较好地反映了建桥前后桥墩附近水位流场的变化情况 ,说明桥墩概化较为合理。
范平易[5]2010年在《桥区流场数值模拟及建桥对通航的影响研究》文中提出随着国民经济和交通运输业的快速发展,我国修建了大量跨江、跨海桥梁。建在航道中的桥墩,干扰了天然的水流运动,会对航道的水动力特性、泥沙运动特性等产生一定的影响,进而影响到建桥河段的河床演变和航道稳定。同时,建桥后桥墩周围将产生复杂的三维水流,致使桥墩附近存在不安全的通航影响区域。因此,开展建桥对桥区水流和通航条件的影响研究,对于指导桥梁设计、保障桥区通航安全具有重要的意义。本文通过桥区水流数值模拟分析长江河口地区建桥对通航的影响,并进行了通航影响宽度的研究。首先使用软件TELEMAC-2D建立二维有限元水动力数学模型,并用实测的潮位和流速资料对模型进行了验证。随后,以苏通大桥为对象,建立桥墩模型进行桥区河段水域的数值模拟,总结出桥梁工程水动力条件变化的一般规律,从流速和流向两方面分析了建桥对通航的影响,得出了如下结论:(1)桥墩对水流的影响具有双向性,涨潮时,桥位下游水位壅高,上游水位降低;落潮时变化规律相反,且壅高和减小值沿桥址向上、下游递减。(2)因桥墩对断面单宽流量分配的影响,主桥墩之间的流速都有一定的增加,流速也是沿着桥址向上、下游逐渐递减。(3)建桥后的流向与桥轴线的法线夹角变得很大,对安全通航不利。在通航影响宽度的研究中,为了简化问题,以理想的河道模型和桥墩模型为对象进行研究,总结出通航影响宽度与水流偏角的关系,再以建模计算出的苏通大桥的水文条件为算例,计算出苏通大桥的通航影响宽度,并与前人的研究结果进行了比较,结论比较合理。水动力条件的变化规律及通航影响宽度的计算公式,可以为实际工程提供参考。
赵淳逸[6]2007年在《桥梁工程对感潮河段水动力影响研究》文中进行了进一步梳理桥梁是目前人们克服水体阻隔，扩大人类活动范围最经济、最有效的方法之一，在国民经济发展中发挥着不可替代的作用。但是，桥梁在给人们带来方便的同时，也带来了许多负面效应，其中诸如对桥梁自身安全，通航及河道行洪的影响，这些都是在桥梁设计施工中所要认真对待，妥善解决的问题。水动力条件是涉水工程防洪评价研究中需要考虑的重要因素，因此，以水动力分析作为突破口，进而研究感潮河段桥梁工程建设对河道行洪影响的问题，具有重要的理论和实用价值。桥墩周围水流结构非常复杂，三维特征明显，由此带来的的桥墩附近的河床演变规律也成为研究中的难点。目前来说，感潮河段桥梁工程水动力条件研究方法主要有三种：河床演变分析，数值模拟计算和物理模型试验。利用实测水文资料对工程河段进行河床演变分析，可以在整体上把握该河段历时演变，近期演变和发展趋势的规律，从理论上对桥梁工程的水动力条件进行定性分析，但很难达到量化的目的。而数学模型和物理模型是可以对天然水流运动进行量化的模拟，不同的是数学模型是通过理论计算，而物理模型则是通过实验研究，它们在解决实际工程问题时都具有各自的优势和缺点。本文以宁波惊驾路甬江大桥防洪论证为例，结合使用三种手段，并充分发挥它们各自的优势，针对工程河段水动力特性，利用现场实测水文资料，详细分析了该河段河床演变规律；其次，再利用成熟稳定，高效简便的商业软件Surface-waterModeling System(简称“SMS”)建立二维有限元水动力数学模型，对工程前后的潮流场进行模拟，总结出感潮河段桥梁工程水动力条件的一般规律；最后，结合物理模型研究建桥对河道行洪的影响，为工程建设的合理性提供科学依据。
蒋书伟[7]2013年在《南渡江河道及洪泛区洪水演进的一、二维数值仿真模拟研究》文中研究说明我国不仅是洪灾发生频率很高的国家，而且是洪灾造成危害很严重的国家。由于我国防洪管理措施不够完善，人们防洪意识薄弱，并且人口密度相对较大，致使洪水发生时会造成更多的人员伤亡与财产损失。如何合理的规划水资源，科学准确的计算河道行洪水位、评估河道洪水对水工建筑物的影响、预测洪泛区洪水的演进路线，从而能够防止或者减少洪水对人类带来的灾害，对于防洪研究有重要的意义。海口市境内永发镇公路桥至龙塘枢纽之间约44km长河段左岸为河流洪泛区，该地区地势低洼，几乎无任何防洪排涝设施。汛期常遇一般性洪水，地区的大片农田及大部分村庄就被淹没，造成严重的经济损失。因此在2011年，海口市政府决定在南渡江下游实施南渡江流域土地整治重大工程项目，其中对于南渡江合理的防洪规划是此项目实施成功的根本保障。本文分别利用MIKE11HD与HEC-RAS软件建立了永发镇公路桥至龙塘枢纽之间约44km长河段内的一维水动力模型，并且对两种模型的计算结果进行比较分析；针对相同条件下模型所产生的不同结果，文章进行了解释。最后将两种模型应用于工程实践，互相验证计算结果，为实际工程提供更好的模拟数据。南渡江东线高速公路大桥横跨南渡江，对河道的行洪具有一定的影响，文章总结了桥梁壅水分析的经验计算方法，并将计算结果与一维模型计算结果进行了对比分析；桥墩周围一定范围内存在复杂的流场变化，很有可能在其周围形成强烈的漩涡，对桥墩产生冲刷，本文基于平面二维水流的浅水运动方程建立了桥区附近的二维数学模型，研究了桥墩附近流场的变化情况。永发镇公路桥至龙塘枢纽之间约44km长河段的左岸地区为河流洪泛区，在遭遇暴雨洪水时，农田与村庄会被洪水淹没破坏。本文建立了洪泛区的二维水流模型，运用混合网格对模型区域进行划分，根据模型区域内不同的地物、地貌特征赋予相应的糙率值，建立的模型研究了洪泛区在20年一遇洪水情况下不同时刻淹没范围、淹没水深、淹没流速的变化情况，对于南渡江的防洪规划有一定的指导意义。
魏素娟[8]2012年在《基于桥墩壅水计算方法的盐锅峡库区并行双桥壅水研究》文中指出随着桥梁建设步伐的加快,桥群现象日渐突出。对于桥群壅水的研究逐渐受到重视,目前国内外对于壅水的研究方法有数种,本文分析了其中的水面线法、公式法以及数学模型法,并将上述三种方法应用于计算黄河干流盐锅峡库区孔家寺河段的双桥壅水高度,验证三种方法。黄河干流盐锅峡库区孔家寺段,属侵蚀堆积河谷阶地区,河段河床下切严重,河床横坡变化较大,地势相对狭窄,地形较起伏,属典型山区型河段,区内桥梁情况复杂,适合作为桥梁壅水高度研究河段,本文分别用水面线法、公式法和数学模型法计算该河段双桥壅水高度,得到以下几方面结论：(1)水面线试算法由传统的固定步长试算优化为变步长试算,使得计算步数减少及误差的积累,经计算桥群壅水高度0.80m,计算结果在三种壅水计算方法中最大,主要原因在于桥位所在河段处于库区。(2)能量公式(道不松公式)和试验公式的计算结果为0.36m和0.24m,计算结果相差较小,并分析了各公式之间的不同及应用时应注意的问题。(3)本文应用黄河水利委员会科学研究院经过多年验证的数学模型,计算精度较为准确,计算结果为0.35m。经过对三种方法对比,公式法中的两种公式与数学模型因考虑角度不同但计算结果近似,可以相互验证,对于库区河段,水面线法可以作为设计桥梁壅水时的控制上线.为黄河干流中上游库区河段桥群壅水计算提供了可供参考的依据。
董胜男[9]2010年在《跨河桥梁对河道防洪影响评价问题的研究》文中指出随着我国经济的快速发展,河道管理范围内的建设项目越来越多,这些工程如果设计或建设不符合防洪要求,将会带来汛期水位壅高、束水、挑流、冲刷等一系列问题,对河势稳定、防汛抢险和水利管理等带来很大的影响。本文结合德惠新河大桥工程实例,针对跨河桥梁对河流防洪影响评价基本问题,进行研究探讨。主要内容和研究成果如下：本文首先分析了国内河道防洪评价研究的现状,针对目前存在的问题,从多个层面上说明了进行河道防洪评价研究的必要性；列出了国内进行防洪评价的依据,以及拟建跨河桥梁对河道防洪影响综合评价的内容；针对评价内容中桥位处设计流量及设计水位计算、壅水及冲刷分析与计算这些关键问题,就各种常用计算方法展开讨论并选出本文计算所采用公式；结合德惠新河大桥,研究了如何用数值模拟的方法进行壅水和冲刷分析,借助SMS软件中FESMWS模块建立数学模型,对桥墩产生的壅水和冲刷进行平面二维数值模拟,并与公式法计算结果相比较,选取合理计算结果,并对德惠新河大桥进行防洪综合评价；最后利用模型模拟出桥轴线与水流成不同夹角时河道水流形态,分析并提出了在不同夹角情况下拟建跨河桥梁对河道防洪带来的影响和应采取的措施。
袁晓渊[10]2013年在《淮河入海水道铁路桥附近水流模拟及桥墩局部冲刷计算方法研究》文中提出本文针对淮河入海水道铁路桥工程,建立了水深平均二维数学模型,选取了4种不同形状尺寸的墩形和3种墩距,在近期设计行洪、近期强迫行洪和远期设计行洪3种工况下,定量研究了桥墩形状尺寸、桥墩间距对行洪水位的影响,并对桥墩的形状尺寸和墩距进行了优选。依据桥墩附近流场数值模拟的结果,选用了3个国内外有代表性的公式,计算了桥墩局部冲刷深度,分析了不同公式的计算偏差。论文研究的主要成果如下：(1)本文建立的水深平均二维数学模型,在3种行洪工况下,计算区域进口边界的平均水位率定的相对误差分别为0.022%、0.034%和0.091%,具有较高的计算精度。(2)桥墩形状尺寸和墩距对桥墩附近水流有一定的影响。在壅水最高的远期设计行洪工况下,4种不同形状尺寸的墩形,在计算区域进口边界处的平均壅水高度依次为0.027m、0.024m、0.018m、0.017m,水位相对雍高值依次为0.1889%、0.1679%、0.1259%、0.1189%；3种墩距计算区域进口边界处的平均壅水高度依次为0.017m、0.015m、0.013m,进口边界平均水位相对雍高值依次为0.1189%、0.105%、0.091%。依据计算区域进口边界平均水位相对雍高值不超过1%o的原则,选择头尾部为半圆形、长770cm、宽350cm的桥墩为最终采用的形式,确定桥墩间距为66.4m。(3)选用国内设计规范公式、朱炳祥的规范公式修正式和前苏联的包尔可达夫公式,计算了不同行洪工况下粘性土桥墩的冲刷深度。计算深泓和滩地桥墩局部最大冲刷深度时,相对设计规范公式,朱炳祥公式的计算结果最大偏差达到17.79%和72.74%,包尔可达夫公式的计算结果最大偏差达到14.01%和-33.96%。3种公式的计算结果存在较大的偏差。
参考文献：
[1]. 平面二维数值模型与桥墩壅水问题的研究[D]. 余子牛. 清华大学. 1996
[2]. 桥墩壅水的数值模拟[D]. 张念. 北京交通大学. 2008
[3]. 桥墩密布的城市河道壅水高度及防洪对策研究[D]. 薛旖云. 中国海洋大学. 2014
[4]. 桥渡壅水对河道水位流场影响二维数值模拟[J]. 张细兵, 余新明, 金琨. 人民长江. 2003
[5]. 桥区流场数值模拟及建桥对通航的影响研究[D]. 范平易. 上海交通大学. 2010
[6]. 桥梁工程对感潮河段水动力影响研究[D]. 赵淳逸. 河海大学. 2007
[7]. 南渡江河道及洪泛区洪水演进的一、二维数值仿真模拟研究[D]. 蒋书伟. 天津大学. 2013
[8]. 基于桥墩壅水计算方法的盐锅峡库区并行双桥壅水研究[D]. 魏素娟. 兰州大学. 2012
[9]. 跨河桥梁对河道防洪影响评价问题的研究[D]. 董胜男. 山东大学. 2010
[10]. 淮河入海水道铁路桥附近水流模拟及桥墩局部冲刷计算方法研究[D]. 袁晓渊. 扬州大学. 2013