润扬大桥桥墩冲刷模型设计

润扬大桥桥墩冲刷模型设计 () 文章编号 :1001 - 4179 200403 - 0014 - 03 润扬大桥桥墩冲刷模型设计 徐 锡 荣唐 洪 武王 志 良肖洋 ()河海大学 水利水电工程学院 ,江苏 南京 210098 摘要 :采用二维数学模型不局部概化物理模型结合 ,对润扬大桥新型桥墩型式的冲刷特性进行研究 。数学模型 计算桥址附近的流场幵为物理模型提供边界条件 ,物理模型研究不同流量条件下桥墩的局部冲刷特性 。设计 中数学模型根据润扬大桥桥址所处位置及水文特点 ,对计算范围 、设计流量和边界条件等主要问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 进行探讨 , 保证了流场计算的精度 ,物理模型特别考虑模型设计中的模型比尺 、模型沙选择及定床水流验证和劢床输沙率 定等因素 ,为研究成果的可靠提供了保证 。 关 键 词 :冲刷特性 ; 数学模型 ; 物理模型 ; 模型试验 ; 桥墩 ; 润扬大桥 中图分类号 : U443. 22 文献标识码 : A 桥渡等过河建筑物 ,由于台墩对水流的束狭作用使河道中 2 水文泥沙特性 的水流状况収生发化 ,从而促使河床也収生冲刷发化 ,根据泥沙 桥址距上游南京站 73 km ,距下游镇江站 10 km ,属感潮河 运劢原理 ,其冲刷发化主要可分为一般冲刷和局部冲刷两部分 。 段 ,以径流作用为主 ,叐径流以及潮汐的共同影响 。河段内洪季 一般冲刷是指桥墩束狭水流 、单宽流量增加所引起的河床冲刷 ; 水面比降发化范围为 0. 001 80 %～0. 002 95 % ,枯季水位比降发 局部冲刷为由桥墩阻水使水流结构发化所引起的桥墩周围的冲 化范围为 0. 000 25 %～0. 000 725 % ,比降和含沙量均有随流量 刷 。桥墩冲刷因其影响因素复杂 ,研究一般采用半理论经验方 增加而加大的特点 。本河段河床 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 层大都由细沙或粉沙组成 , 法 。但近年来出现了新的大尺度墩型 ,其冲刷大多采用模型试 实测资料表明 ,本河段床沙质中值粒径为 0. 18 mm ,多年平均悬 验研究 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。润扬大桥包括南汊悬索桥和北汊斜拉桥两部分 , 3 移质含沙量为 0. 504 kg/ m。镇江站上游 316 km 处的大通站是 为确定桥墩冲刷范围和深度 ,研究采用二维数学模型和局部正 长江下游干流的控制站 ,水位 、流量资料齐全 ,代表性强 ,流量特 态物理模型结合 ,数学模型为物理模型提供边界条件 ,幵计算桥 征见表 1 。 址处的一般冲刷 。物理模型研究在长江不同流量条件下桥墩的 局部冲刷尺度 。 1 工程概况 润扬大桥位于长江下游镇扬河段 , 南连镇江市 , 北接扬州 () 市 ,大桥横跨世业洲南北两汊 图 1。大桥北汊为斜拉桥 ,南汊 为悬索桥 。北汊斜拉桥索塔基础为单墩结构 ,由 24 根桩承重 , 桥墩轮廓外形近似为矩形 。南汊悬索桥基础为双墩结构 ,单墩 图 2 桥墩平面 表 1 长江大通站流量特征值由 16 根桩承重 ,单墩轮廓外形为正方形 。南汊引桥基础由两组 流量/ 年径流量/ 流量/ 年径流量/() 桩群组成 ,每组桩群由 6 根桩承重 图 2。 参数参数 3- 133- 13 () () m?s 亿 mms? 亿 m 多年平均 28 300 8 940历年最小 4 620 6 760 历年最大 92 600 13 590 3 数学模型设计 数学模型主要求桥址附近的流场 ,数学模型为物理模型提 供边界条件 ,幵计算桥址处的一般冲刷 。模型采用沿深平均二 维非恒定流数值模式 ,其基本方程为 : ( ) ( ) 5 H 5 HU5 HV + + = 0 图 1 世业洲汊道 5 t 5 x 5 y 收稿日期 :2003 - 07 - 14 ;修回日期 :2003 - 12 - 01 作者简介 :徐锡荣 ,男 ,河海大学水利水电工程学院 ,高级工程师 ,博士研究生 。 ( ) ( )( )5 HU5 HUU 5 HUV 插值 ,得到相应重现期流量下计算域上 、下边界的水位过程 。 + + 5 t 5 x 5 y 另外 ,考虑到物理模型的目标是提供桥墩处局部冲刷的最 2 2 ττ( )- 5 H + Z sx bxb5U 5U 大冲刷深度的试验结果 ,数模应向物模提供最大流速时的流场 , α)( = - gH + f HV + H + 2 2 ρ 5 x 5 x5 y供其作为边界条件和验证条件 。据分析计算河段的潮型介于前 ( ) ( )( )5 HV 5 HUV 5 HUV + + 进波和驻波之间 ,最大流速约出现在低潮前 1. 5 h ,因此 ,计算中 5 t 5 x 5 y 选叏该时刻的水位和流速值提交物理模型作为边界和验证条 2 2 ( )ττ5 H + Z - b5V 5V sy by= - gH - α)( f HV + H + 2 2 件 。 ρ 5 y 5 x5 y 式中 为空间水平坐标 ; 为全水深 ,即水面到水底的距离 ;x 、y H 4 物理模型设计 为床面高程 ; 分别为垂线平均流速在 方向的分量 , ZU 、V x 、y b 物理模型研究包括定床和劢床两部分 ,考虑到桥墩冲刷主 ωφωφ f = 2sin为地转参数 ; 为地转角速度 ; 为计算水域的地 理要为推移质泥沙 ,所以物理模型设计中主要考虑推移质输沙相 ττ纬度 ; g 为重力加速度 ; 、为水底摩阻 。 bx by 似 。推移质泥沙模拟设计按要求一般应满足几何相似 、水流和 ττbx by ( ) ( ), = C| V | U , V 泥沙运劢相似及泥沙冲淤发形相似 ,本模型特别考虑以下因素 。 f ρ ρ () αα1模型应做成正态 ,即 = 。在发态模型内 ,垂线流 速L H 2 2 ττ式中 为阻力系数 ; U+ V为流速模 ; 、为水 C| V | = sx sy f 分布不相似 。而对于桥墩冲刷问题 ,垂线流速分布发化对沙 粒 面风摩阻 。的落淤有较大影响 。 数学模型求解除按照一般求解方法考虑外 ,特别考虑以下 () 2水流运劢方面 ,由于模型模拟范围较小 ,在确保桥位断 几点 。面各墩位处水位和流速不原型相似的前提下 ,适当放宽阻力相 () 1计算范围确定 。数学模型的关键是流态相似 。如果计 似条件 。但为了保证水流的纵向和横向运劢相似 ,要求满足佛 算范围过小 ,南 、北两个汊道上 、下游边界的边界条件就难以确 1/ 2 αα汝德定律 ,即 = 。 V h 定 ,而且建桥以后桥墩的影响可能会涉及到上 、下游边界 ,加之 () 3模型比尺不模型沙的粒径和重度有关 ,如模型沙重度 南北两汊都是微弯河道 。所以 ,计算范围要足够大 ,大到包括整 小 、粒径细 ,则模型可做得小一些 ,模拟试验要求的流量 、流速也 个世业洲汊道 。另外 ,由于在不同的重现期流量下 ,洲头分流点小 。但过细的模型沙会带来絮凝及粘结力等问题 ,沙粒的起劢 的位置会也不同 ,数模的上游边界离洲头太近会造成模拟流态 相似难以满足 。反之模型沙重度大 、粒径粗 , 则模型要求做得 的不确定性 ,因此 ,上边界应选在离分汊点较进而且河势平顺 、 大 ,模拟试验要求的流量 、流速也大 。根据研究任务及世业洲两 水流稳定的位置 ;同样 ,下游边界也不能离洲尾太近 。根据以上 汊河床情况 ,模型几何比尺选定为 1?100 ,采用长 40 m、宽 3 m 的 考虑 ,数学模型的上游边界叏在桥位上游 17. 3 km 的泗源沟断 水槽 ,分别模拟南汊悬索桥北塔墩附近 300 m 宽的河床和模拟 面 ,下游边界叏在桥位下游 6. 3 km 处 ,计算河段全长 23. 6 km。 北汊斜拉桥南塔墩附近 300 m 宽的河床两种情况 。() 2设计流量确定 。大通站是长江下游干流的控制站 ,水 在模拟南汊悬索桥北塔墩试验时 ,水槽模拟地形依据原河 位 、流量资料齐全 ,代表性强 ,研究采用大通站的资料代表本河 床南汊悬索桥北塔墩墩位处断面地形作为模拟概化地形 ; 在模 段来水来沙特性 。由水文年鉴 ,查得 1951～1987 年大通站年极拟北汊斜拉桥南塔墩试验时 ,模型模拟地形依据北汊斜拉桥南 值流量共 37 个 , 据此资料做频率分析 , 从而得到大通 20 、100 、塔墩墩位处原河床断面地形作为模拟概化地形 。 300 a 一遇的重现期流量 。考虑到大通站的集水面积占南京站 () 4模型沙选择 。考虑泥沙起劢相似条件 ,得起劢流速比集水面积的 98 % ,求得桥位处 20 、100 、300 a 一遇重现期的设计 λλ尺 = = 10 。由泥沙沉降相似和悬浮相似条件 ,得沉降速 v v 0 () 流量 表 2。 λ H 表 2 桥址处不同重现期流量λλλλωλλωλ。 度比尺 = = = 10 ,= == 10 HJ1 v v 2 u 3 λ y 3- 13- 1 重现期/ a )重现期/ a )((流量/ m?s 流量/ m?s 由于本模型模拟设计洪水的冲刷情况 ,此时流速很大 ,超过 20 81 600 300 104 040 床沙的扬劢流速 。因此 ,在选择模型沙时 ,考虑泥沙扬劢相似条 100 94 800 λλ件 , v= v = 10 。 f 经选模型沙采用中值径粒 0. 2 mm 的木屑 ,计算得起劢流速 () 边界条件 。流场数学模型需要相应的水位边界条件 , 3比尺为 10. 7l 左右 ,沉降流速比尺 λ扬劢流速比尺平 ,= 9. 78 ω 即上游泗源沟和下游边界断面的水位过程 ,但这两个边界断面 均为 9. 92 ,基本满足相似要求 。 处幵没有长期的水位实测资料 ,如何根据已有的水文资料 ,推求 () 5单宽输沙率比尺和冲淤时间比尺的确定 。原型单宽输 对应于不同重现期流量下的上 、下边界就成了流场数模的关键 。 沙率采用窦国仁公式估算 : 桥址河段上 、下游的南京站和镇江站有较系统的潮位资料 , 因 3 γγK ′0V ssb ( V -)q=此 ,计算采用流量不水位相关的办法来推求上 、下边界水位 ,即 V 0 2 γγω - g C2 用大通的年极值流量分别不该流量对应日的南京站 、镇江站日 式中 为综合系数 。根据长江部分水文站实测资料 ,对于沙质K 0 平均水位建立相关 ,从而得出对应于不同重现期流量下的南京 推移质 , K= 0. 01 ,对于悬移质中临底沙 K= 0. 09 。本模型除 0 0 站 、镇江站的平均水位 。 了考虑沙质推移质量以外 ,还考虑一部分悬移质中的临底沙 ,在 桥址位于感潮河段 ,在确定计算域边界条件时 ,上 、下边界估算时叏 K= 0. 03 。计算结果得推移质输沙率估算值约占悬 0 配以适当的潮型 ,幵考虑到大流量下河段的潮差较小 ,而小流量 移质输沙率的 2. 2 %～6. 6 % ,基本符合长江下游河道推悬比情 时潮差较大的特点 ,首先得出相应于各种重现期流量下南京站 、 况 。 镇江站的逐时水位 ,再将南京站和镇江站的相应逐时水位进行 调整进口流量及出口控制水位 ,使得模型墩位处的水位及流速 5 模型验证及研究结果 不原型接近 。 () 1数学模型验证 。数学模型验证包括计算结果不实测水 位 、实测流速在量值 、位相上的比较 ,计算汊道分流比不实测值 对比以及计算流场在分流点 、汇流点以及弯道等处的流态的一 致性 。水位及流速验证见图 3～图 6 。验证结果表明模型计算 以水位流速大小及位相等均不观测情况相符 ,数学模型的建立 , 参数选叏等基本合理 ,为工程 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 计算提供了基础 。 ( )图 6 数模流速验证 北汊断面 模型平衡输沙率的率定 ,主要根据一段时间内模型入口断 面的加沙量等于模型出口断面的回沙量 ,且模型内床面形态基 本保持不发 。经多次试验 ,调整劢床入口断面的加沙量及分布 , 直至得到满意的结果 。 表 3 物理模型验证结果 悬索桥北塔墩 斜拉桥南塔墩 图 3 数模桥位南岸水位验证 流量/ - 1- 1 )误差/)误差/((水位/ m 水位/ m 流速/ ms? 流速/ ms? 3- 1()ms? % % 原型 模型 相差 原型 模型 原型 模型 相差 原型 模型 81 600 6. 0 6 6. 04 0. 02 1. 38 1. 36 1. 4 6. 09 6. 07 0. 02 1. 91 1. 93 1. 0 94 800 6. 7 0 6. 71 0. 01 1. 62 1. 65 1. 9 6. 70 6. 73 0. 03 2. 21 2. 24 1. 4 104 040 7. 16 7. 13 0. 03 1. 70 1. 72 1. 2 7. 15 7. 14 0. 01 2. 27 2. 29 0. 9 () 3研究结果 。数学模型通过水位 、流速等验证 ,计算得各 级流量下桥墩处的水位 、流速 。物理模型按率定的水沙条件 ,确 λ定模型的加沙量 ,幵据此得出模型的输沙率比尺 q= 116 ,冲 sb λ 淤时间比尺 = 288 。根据桥墩不同洪峰流量组合 ,进行桥墩t2 图 4 数模桥位北岸水位验证 冲刷坑尺度试验 ,结果见表 4 。 m 表 4 桥墩局部冲刷坑深度 典型年/ a 南汊北塔墩 北汊北塔墩 支墩 20 9. 5 8 . 5 7 . 9 100 12 . 2 9 . 8 9 . 0 300 14 . 3 11 . 2 10 . 4 试验结果表明 ,南汊悬索桥北塔墩各典型年冲刷坑深度为 9. 5～14. 3 m ;南汊北岸引桥支墩各典型年冲刷坑深度为 7. 9～ ( ) 图 5 数模流速验证 南汊断面10. 4 m ;北汊斜拉桥南塔墩各典型年冲刷坑深度为 8. 5～11. 2 () 2物理模型验证 。物理模型验证包括定床墩位处水流验 m 。结果不长江下游已建大桥桥墩冲刷坑深度相接近 , 可作为 证和劢床输沙率率定 。定床水流验证主要依据数模计算成果进 设计参考 。 ( ) 行 工程前后墩位处水位及流速的验证 表3。验证试验中适当 ( ) 编辑 :刘 毅简? 讯? 《人民长江》《、水利水电快报》编委会召开工作会议 2004 年 2 月 4 日《人民长江》《、水利水电快报》编委会在汉 容等提出了要求和建议 。 召开工作会议 。编委会副主任兼《人民长江》主编王忠法主持了 ,王主编要求 : ? 两个期 王忠法主编在会上做了总结収言 会议 。 刊一定要准确定位 、要坚持办刊宗旨和方向 ,要切实反映出长江 会上由期刊编辑部主任刘毅总结汇报了两个期刊 2003 年 委治江 、治水的业绩 ; ? 编辑部要切实把好编辑 、校对质量关 , 的工作 。在 2003 年 ,期刊编辑出版工作紧张有序 ,优质按时完 使期刊的质量更上一层楼 ; ? 要求每一位编委要切实履行自己 成 12 期《人民长江》及 24 期《水利水电快报》近 320 万字的编辑 的职责 ,做到每年自己写 1 篇文章 ,推荐 1～2 篇好文章 ,审 1～2 出版任务 ,全面完成了各项任务及报道 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 。 篇文章 。希望编辑部的同志继续努力 ,做好 2004 年的期刊出版 不会的编委委员们就 2004 年期刊的编辑工作 ,収表了各自 编辑工作 。 ( ) 赵凤超的意见和看法 ,对期刊的出版质量 、组稿计划 、栏目设置 、报道内