串列双圆柱桥墩局部冲刷精细化模拟

为研究不同墩心距下沿流向串列布置的双圆柱桥墩局部冲刷坑形态的变化规律,提出1种平衡湍流边界层模型以获得稳定的湍流来流边界条件;利用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型求解河床上双圆柱桥墩周围的复杂绕流场;基于能考虑河床面任意斜坡和泥沙坍塌效应的泥沙输运模型和动网格技术模拟双圆柱桥墩局部冲刷的动态演化过程,得到平衡冲刷坑形态,揭示冲刷发展过程的流动特征和冲刷机理。模拟结果与中美规范局部冲刷预测结果比较表明:串列双圆柱桥墩之间存在干扰效应;受下游桥墩施扰,最大冲刷都发生在上游桥墩,冲刷深度比单圆柱桥墩大,当墩心距L与桥墩直径D之比L/D=4时,达到最大值;而下游桥墩受上游桥墩遮挡的影响,最大冲刷深度在L/D=2时达到最小值,随着墩心距的增大,下游冲刷深度增大;当墩心距大于5倍桥墩直径后,下游桥墩可不考虑遮挡效应;获得的串列双圆柱桥墩最大冲刷深度值与美国规范预测值较为接近,而中国规范公式预测值偏小,提出的下游桥墩冲刷深度遮挡因子可为桥梁抗冲刷设计提供参考。

水流作用下双圆柱墩混凝土梁桥的动力响应实测与数值模拟

西藏达林大桥为一座7跨桥面连续的混凝土梁桥,下部结构采用双圆柱桥墩。2018年7月,在水流作用下达林大桥桥墩及桥面出现了显著的顺桥向振动。该文报道了水流作用下大桥的动力响应实测与数值模拟研究。实测表明:桥梁顺桥向振动表现为桥梁一阶纵向模态为主的拍振,横桥向为随机微振动;顺桥向最大加速度约为0.08 m/s^2,梁端最大位移约为1.56 mm。基于一阶纵向振动模态参数,将双圆柱墩梁桥简化为单自由振动体系,在2 m/s~10 m/s流速范围内(折减流速Ur=1.69~8.45、雷诺数Re=2.6×10^6~1.3×10^7)进行了二维流固耦合数值模拟,得到了桥墩双圆柱升阻力系数以及不同结构阻尼比时的涡振响应。并对桥墩振型与水流流速剖面等三维效应进行修正,得到了墩顶位移随流速变化的关系。结果表明:上游柱尾流对下游柱的脉动涡激升力有显著增强作用,在3 m/s~6 m/s流速范围内双圆柱桥墩出现了涡激振动。在考虑三维修正后,ζ=0.01工况下墩顶位移数值模拟结果与实测值较为吻合。随着阻尼比ζ的增加,涡振最大振幅变小,锁定区间基本不变。