Prediction of the Local Scour at the Bridge Square Pier Using a 3D Numerical Model

In this paper, the problem on local scour around a single square pier was studied by using both the numerical and physical models. The numerical model for the study is FSUM based on a finite-difference method to solve the Reynolds averaged Navier-Stokes equations (RANS) and the equations for suspended sediment concentration and bed morphology. The computed result was verified through data measured in the experimental flume with a sand bed. In general, the typical features of local scour around the pier were successfully simulated by FSUM, such as stream flow, bow flow, down flow, horseshoe vortex. The comparison between the computation and experiment data shows a quite good fitness. Both numerical model and experiment results show that the maximum scour depth occurs at two front edges of the pier. Although the computed result shows a little bigger scour depth in comparison with the measurement in the physical model, it still confirms the reliability of numerical model in some measure.

强潮地区桥墩局部冲刷模型验证方法研究——以杭州湾跨海大桥桥墩局部冲刷研究为例

从建立强潮地区桥墩局部冲刷模型的重要性出发,简要介绍了通过水槽试验所建立的杭州湾跨海大桥局部冲刷模型.强潮特性使得杭州湾跨海大桥桥墩局部冲刷的实际数据获取难度较大,据此提出了基于海底声学探测技术的数据获取方案,即利用多波束测深技术进行桥墩局部海床高程测量、利用多普勒声学测量技术进行潮流测量等,同时结合底质钻孔取样进行底质分析.在介绍了实测数据的处理方法后,结合桥墩设计资料进行了模型参数的计算及模型验证,并根据桥墩实际情况对验证结果进行了相关分析,最后肯定了本方案对于强潮地区进行桥墩局部冲刷观测的适用性.

郑焦铁路黄河大桥桥墩局部冲刷试验研究

为了保证郑焦铁路黄河大桥桥梁基础安全,同时尽量避免桥梁基础因设计偏于安全而造成工程投资的增加,按单宽流量、河势以及桥墩防护的多种组合,开展了桥墩基础局部冲刷试验研究,分析了桥墩局部冲刷的水流现象、冲刷坑形态和冲刷深度。结果表明:局部冲刷最深点在承台下的桩群之间,略偏向桥轴线上游部位;墩后形成带状淤积体,淤积体随单宽流量的增大而增大。水流方向与桥轴线正交时,桥墩周围的局部冲刷坑形态基本沿桥墩轴线对称分布;水流方向与桥轴线法线存在夹角时,冲坑范围扩大、冲坑深度明显增深,桥墩两侧马蹄形旋涡不再对称分布。墩前抛石护底后,局部冲刷坑深度明显变浅。

潮流作用下复合桥墩局部冲刷研究

桥墩冲刷是桥梁水毁的重要原因之一,准确地计算桥墩冲刷深度具有重要意义.为了比较准确地计算桥墩局部冲刷深度,结合某跨海大桥,采用非结构网格技术和大、小模型嵌套的方法建立该大桥海区的平面二维潮流数学模型,采用潮位、流速、流向等实测资料进行验证.在此基础上,对该海区的潮流动力进行了模拟研究,分析了大桥工程对周围海域的潮流动力影响,并采用我国行业标准推荐的2种公式以及美国现行规范推荐的公式计算多座跨海大桥桥墩的局部冲刷计算.结果表明:大桥工程对桥区附近水域流速和潮位影响不大,桥墩可能发生最大局部冲刷深度的位置均位于主墩深槽附近。

某跨海大桥复合桥墩潮流作用下局部冲刷深度的数值分析

桥墩冲刷已被公认为桥梁水毁的一个重要原因,为了确保桥梁的安全和减少因大桥关闭引起的交通中断,准确评价桥梁冲刷深度从而采取相应对策措施显得非常必要。对目前大桥工程普遍采用的复合桥墩的冲刷深度进行研究,主要结合某一跨海大桥不同桥型方案(三塔斜拉、三塔悬索和双塔斜拉),采用SMS软件中的FESWMS模块,分析了在大桥运行期内潮流作用下复合桥墩周围最大可能冲刷深度,从而为工程设计提供理论依据。

某跨海大桥复合桥墩潮流作用下局部冲刷深度的数值分析

桥墩冲刷已公认为桥梁水毁的一个重要原因,为了确保桥梁的安全和减少因大桥关闭引起的交通中断,准确评价桥梁冲刷深度从而采取相应对策措施显得非常必要。对目前大桥工程普遍采用的复合桥墩的冲刷深度进行研究,主要结合某一跨海大桥不同桥型方案(三塔斜拉、三塔悬索和双塔斜拉),采用SMS软件中的FESWMS模块,分析了在大桥运行期内潮流作用下复合桥墩周围最大可能冲刷深度,从而为工程设计提供理论依据。

飞云江特大桥桥墩局部冲刷试验研究

飞云江特大桥位于飞云江口门水域,桥墩结构及水动力条件复杂,通过建立大比尺正态物理模型进行桥墩局部冲刷试验,对设计洪水、设计潮水条件下桥墩的最大局部冲刷深度及冲刷坑形态、范围进行预测,并通过公式估算、实测分析、试验类比的方法对试验结果进行合理性分析。为工程设计及运行安全提供技术支撑。

佛山高明大桥桥墩基础冲刷防护水力数值模拟研究

受采砂等人类活动影响,高明大桥附近河床下切幅度达10 m,威胁到大桥安全与稳定。该文在分析桥墩附近河床冲刷现状及床沙特性的基础上,通过建立桥址附近河道平面二维水流数学模型,结合经验公式进行桥墩局部冲刷水力计算,预测桥墩局部冲刷坑范围和趋势,据此提出桥墩抛石防护方案,包括防护范围、块石粒径、抛石厚度等。经汛后检测,冲刷防护措施效果较好,可为珠江三角洲类似大桥冲刷防护工程应用提供参考。

潮汐河段桥墩局部冲刷深度的试验研究

随着公路延伸到潮汐河道和近海海港，在桥梁设计中需要对潮汐河段桥墩的局部冲刷深度进行分析。在动床模型试验中使用了典型的潮汐水流条件和3种代表性的模型沙。使用拍照和测量记录下冲刷坑的形态和深度变化过程，得到了潮汐河段桥墩的冲刷过程，将潮流冲刷的深度与恒定流的深度进行比较，得出不同条件下冲刷深度的折减系数为0．75—0．92，建议以涨落急最大流速代替恒定流流速作为计算的标准，试验结果还表明泥沙粒径小于0．15mm条件下的公式计算结果与试验结果有差别，建议对公式进行修正。

台州湾大桥桥墩处局部冲刷试验研究

台州湾大桥位于椒江河口,桥墩结构及河口水域水动力条件复杂。为科学预测桥墩周围冲刷坑范围、形态和最大局部冲刷深度,开展了设计洪水、设计潮水条件下桥墩处局部冲刷水槽物理模型试验研究。通过冲刷公式估算和类似实测资料分析验证表明,试验中预测的桥墩处的冲刷坑范围和深度合理。此结果可为实际工程的设计及运行提供技术支撑。

模型桥墩局部冲刷瞬时地形数据自动获取装备研制

模型试验中冲刷地形测绘装备相对落后,致使桥墩周围局部冲刷瞬时地形数据无法实时获取,冲刷动态发展过程及机理的模型试验研究工作难以开展。研制了一种模型桥墩局部冲刷瞬时地形数据等值线自动绘制装备,并利用室内水工模型试验优化了各组成的性能指标,量化了绘制装备的设计参数,分析了监测系统在模型应用中的测绘精度及在工程原型中的适用性。模型试验研究表明,该装备结构简单,操作方便,加工制作成本较低,精度及灵敏性较高,能够快速获取动态过程中局部冲刷瞬时地形等值线,适用于局部冲刷发展影响流场特性研究中的水下地形快速测绘,也可按放大比尺制作成型后应用于涉水建筑物周围水下地形监测。

复合墩台局部冲刷试验研究

局部冲刷一直是冲积性河流中墩台失稳和水毁的主要原因,也一直是跨河工程可研与设计中需重点研究的问题。目前研究主要集中在单个墩台方面,对大型跨河工程复合墩台的局部冲刷研究较少。以长江苏通500kV过江电缆工程复合墩台为例,采用正态概化模型研究了复合墩台局部冲刷坑形态、范围及深度,阐明了局部冲刷的影响因素和规律。试验表明:大水深工况有利于复合墩台形成更大的局部冲刷坑,局部冲刷坑的相对长度、相对宽度和相对最大深度均与相对行近流速呈正相关关系。单墩比复合墩台相对冲刷深度要大,复合墩台相对最大冲刷深度与单墩相对最大冲刷深度的比值随相对行近流速增大而增大,范围在0.05~0.20。研究成果可为解决跨江大桥或电缆通道建设中的墩台局部冲刷问题提供参考。

输沙率公式对桥墩局部冲刷数值模拟影响研究

基于Melville桥墩局部冲刷试验模型,采用FLOW-3D软件,利用大涡模拟方法模拟了桥墩绕流局部冲刷过程,通过分析冲刷坑形态、深度的变化过程,评价了Meyer-Peter和Van Rijn推移质输沙率公式在桥墩绕流局部冲刷模拟中的适用性,并结合两输沙率公式结构分析了模拟结果存在差异的原因。结果表明:大涡模拟方法能够有效模拟桥墩绕流的复杂流态,采用Meyer-Peter推移质输沙率公式的局部冲刷模拟结果较好,预测的冲刷坑形态更接近试验观测结果;当时间为30 min时,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为2.3%。采用Van Rijn推移质输沙率公式的预测结果相对较差,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为15.5%。

跨海桥梁圆柱墩局部冲刷动态演变试验

局部冲刷是威胁桥梁安全运营的潜在危险,相比于江河涉水桥梁,跨海桥梁下部结构受海流和潮涌等作用,基础冲刷动态演变复杂,影响变量众多且与冲刷深度之间具有较强的非线性。传统的冲刷深度预测经验模型大多基于物理试验并通过简单的回归方法建立关键参数与局部冲刷深度的映射关系,在实际跨海桥梁应用过程中存在严重的局限性和较大的预测误差。针对上述问题开展了系统分析及研究。首先,考虑跨海桥梁实际尺度,基于单因素控制变量法对比分析了中美规范局部冲刷计算公式中行进流速、水深、墩宽、泥沙粒径等关键参数对计算结果的影响,分析不同参数特征并通过参数降维构建了高径比、水流强度与弗劳德数等3个量纲一的参数;其次,提出了一种非浸入式、动态全过程的试验测试新方法,实现了冲刷过程中墩周地形动态演变实时监测;再次,基于跨海大桥圆柱墩实际物理参数及水文条件开展了15组缩尺物理模型试验,结合提出的测试新方法,揭示了不同冲刷工况下量纲一的参数对圆柱墩局部冲刷深度及范围动态演变的影响;最后,建立了由73组跨海实桥监测数据及多组试验数据组成的冲刷数据样本库,并分别构建了基于提出的量纲一的参数和基于高维参数的随机森林冲刷预测模型,将预测结果与HEC-18经验模型计算结果进行对比,结果表明:基于量纲一的参数的随机森林预测模型具有最优的性能。所提出的试验方法及冲深预测模型可为跨海大桥局部冲刷机理及预测研究提供参考。