桥（闸）墩上环翼式防冲板定型要素及防冲机理研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51369022
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
51.0万
负责人：
牟献友
依托单位：
内蒙古农业大学
学科分类：
E0903.水力学与河流动力学
结题年份：
2017
批准年份：
2013
项目状态：
已结题
起止时间：
2014-01-01 至2017-12-31

项目参与者：
冀鸿兰；郑永鹏；黄永江；张志澍；成兰艳；白佳乐；陈艳梅；王祚；李春江；
关键词：
定型要素局部冲刷环翼防护板防冲机理

项目摘要

Local scour is a common phenomenon near river structure (such as bridge pier, pier and groins, etc.) And ,it's the main reason of such a building destroyed. At present, traditional protective measures are widely used in the project,but there rarely have new anti-scour structure research results, the mechanism study of all kinds of anti-scour structure are not complete. The bridge pier local scour problem has always been the important topic for engineering and academic research.Study the erode mechanism and effect factors and design a new ring vane punching plate structure to installed on the bridge pier.The exploratory test showed the scouring depth can be reduced by more than 50% after Scour prvention plate. Existing pier prevention measures are to passively resistance descend water scouring, and can't weaken the dive water flow energy. But, Scour Prevention plate can change the submergence water hydrodynamic characteristics and weaken energy of turbulent area so as to achieve the aim of scour prevention. Model test method combined with numerical simulation method, the bridge pier ring vane Scour prevention plate design parameters are study from hydrodynamic aspect. It will expose the erosion control mechanism and scour prevention plate design parameters and have a great significance for the erosion control of river bridge pier,sluice pier and other river constructs.

局部冲刷是河道建筑物(如桥梁墩台、闸墩及丁坝等)附近普遍存在的一种现象,也是这类建筑物发生水毁的主要原因。目前传统的防护措施应用较多，但新型防冲结构研究成果很少，各种防冲结构的机理研究还不够系统。桥墩的局部冲刷问题一直是工程界和学术界研究的重要课题，对其冲刷机理及影响因素的研究，以及提出合适的防冲措施一直是研究的热点问题。项目以减小桥墩局部冲刷为出发点，设计出一种全新的结构形式-安装在桥墩上的环翼式防冲板，探索性试验表明，使用防冲板后，冲坑深度可减少50%以上。现有的桥墩防冲措施均为被动地抵抗下潜水流的冲刷，而无法削弱下潜水流能量，防冲板可改变下潜水流的动力特征，削弱紊流区的能量从而达到防冲的目的。利用水工模型试验方法与数值手段相结合，从水动力学角度开展桥墩环翼式防冲板设计参数、流场结构和冲刷过程研究，揭示防冲板设计定型要素和防冲机理，对于桥墩、闸墩等河道建筑物防冲减灾具有重要意义。

结项摘要

局部冲刷是河道建筑物附近普遍存在的一种现象,也是这类建筑物发生水毁的主要原因。目前传统的防护措施应用较多，但新型防冲结构研究成果很少，各种防冲结构的机理研究还不够系统。桥墩的局部冲刷问题一直是工程界和学术界研究的重要课题，对其冲刷机理及影响因素的研究，以及提出合适的防冲措施一直是研究的热点问题。. 影响防冲板防冲效果的外界因素主要有水流的水力要素和河床特性，内在因素主要有防冲板安装形状、位置、延伸长度、数量和厚度等。本文主要在前期工作的基础上开展以下内容的研究工作：（1）环翼式防冲板最优形状参数研究（2）环翼式防冲板最优安装位置研究（3）多片环翼式防冲板的防冲效果及最小安装间距的研究（4）环翼式防冲板流场特性及冲刷特征的响应关系研究（5）环翼式防冲板数值模拟研究。得出的重要结果有如下：（1）环翼式防冲板为半幅时的防冲刷效果比整幅好，环翼式防冲板长轴和短轴越大，防冲刷效果越好，其中长轴是主要影响因素。（2）将最大冲坑深度作为实验指标，通过直观分析和方差分析得出的结论较为一致，三个因素对防冲效果的影响程度大小为：防冲板的外半径、桥墩间距、安装位置，而且外半径的影响程度远大于其他两个。. 项目以减小桥墩局部冲刷为出发点，设计出一种全新的结构形式—安装在桥墩上的环翼式防冲板，探索性试验表明，使用防冲板后，冲坑深度可减少50%以上。现有的桥墩防冲措施均为被动地抵抗下潜水流的冲刷，而无法削弱下潜水流能量，防冲板可改变下潜水流的动力特征，削弱紊流区的能量从而达到防冲的目的。利用水工模型试验方法与数值手段相结合，从水动力学角度开展桥墩环翼式防冲板设计参数、流场结构和冲刷过程研究，揭示防冲板设计定型要素和防冲机理，对于桥墩、闸墩等河道建筑物防冲减灾具有重要意义。