薄壁空心宽墩的防裂技术

桥梁薄壁空心宽墩在建造过程中容易产生不同程度的开裂,影响桥梁混凝土结构的整体性和耐久性。文章对薄壁空心宽墩的防裂技术进行了系统的研究,分析墩身结构的开裂原因,结合天兴洲大桥现场的施工工艺,通过计算分析,得出墩身底各部位的应力场,提出控制混凝土开裂的具体措施和施工工艺。

宽墩窄塔独塔斜拉桥塔梁墩结合段设计与受力分析

为了解决柱式塔斜拉桥在塔柱横向尺寸受限情况下的塔梁墩结合段设计难题,以沪武高速公路罗埠河大桥为依托,通过理论分析和数值模拟的方法,对一种宽墩窄塔的塔梁墩结合段构造设计与受力性能进行研究。研究了宽墩窄塔的柱式塔与主梁结合段的合理构造及相应设计方法,并对这种新型构造进行了受力分析。结果表明,通过在结合段内设置合理的连接横梁和过渡构造,宽墩窄塔结合段可形成合理的构造形式,满足局部传力的要求;通过纵桥向设置刚度过渡段,增加主梁高度,配合横向弧形过渡结构,提高主梁和宽墩之间的刚度连接,使得主梁的内力可以直接传递至宽墩,降低对窄塔的影响;研究提出的宽墩窄塔塔梁墩结合段的传力可靠,应力传递平顺,应力状态均处于合理范围。形成的宽墩窄塔结合段构造形式及其设计方法可为类似在塔柱横桥向尺寸受限情况下的结合段设计提供参考。

深中通道泄洪区下部结构宽墩对大悬臂盖梁受力的影响分析

独柱墩盖梁由于占地小、净空大、景观效果好,在市政桥梁工程甚至跨海桥梁工程中得到广泛应用。但由于采用独柱墩,墩柱横向尺寸较大,在盖梁受力分析时需考虑墩柱对盖梁受力的影响。以深中通道工程为背景,采用各种计算模型对其泄洪区引桥下部结构宽墩独柱盖梁进行详细的受力计算分析,对比分析各种模型的设计安全性和宽墩对盖梁受力的影响,从而对盖梁的设计计算提出建议。

台阶式沉井等效墩宽计算方法探究

桥梁工程中存在形状各异的桥墩,在研究不同截面桥墩的局部冲刷特性时,桥墩尺寸的定量描述非常重要。以台阶式沉井结构为研究对象,梳理并分析了国内外相关等效桥墩宽度计算方法,发现各类公式本质上为计算不同条件下的桥墩平均阻水宽度。开展了台阶式沉井局部冲刷试验研究,基于试验数据对比分析了各类等效墩宽计算方法的计算结果,发现Melville和Raudkivi的等效墩宽计算公式能够较好地估算考虑动床条件下台阶式沉井的平均阻水宽度;进一步收集了国内外193组台阶式沉井类结构的局部冲刷试验数据,数据集统计分析结果显示Melville和Randkivi的等效墩宽计算公式能够较为准确且保守地量化大多数台阶式沉井类结构的截面非均匀性;最后基于数据集冲深墩宽比统计结果对该公式近似方法的合理性进行了讨论。

高拱坝表孔宽尾墩流道内水流特性的数值模拟研究

宽尾墩应用于高拱坝表孔后,其下泄水流的空中扩散特性与宽尾墩流道内的水流特性密切相关。采用k-ε双方程紊流模型对宽尾墩应用在高拱坝坝身泄洪表孔时的水流特性进行了3维数值模拟,给出了孔流道水面线、压力、流场等水流特性。计算值与模型试验值对比,两者吻合较好。计算结果发现,坝面中线压力分布与侧墙压力分布存在相似规律,所不同的是侧墙压力在宽尾墩转折点位置存在局部增大;墩尾压力分布受墩内水流流线弯曲影响,其分布不再符合净水压力分布规律;墩尾水流流速大小沿水深方向变化不大,但流速方向变化比较明显。

高拱坝表孔宽尾墩对泄洪能力影响的试验研究

为了研究高拱坝采用堰顶宽尾墩收缩射流技术对过流能力的影响 ,本文在溪洛渡 1∶10 0的整体模型上对不同堰前水头和不同宽尾墩收缩比条件下的流态和泄流量进行了试验研究。结果表明 ,随着堰前水头和不同宽尾墩收缩比的变化 ,闸室中会出现自由跌流、急流冲击波、水跃壅水和缓流 4种不同的流态 ,而不同的流态 ,影响泄流量的因素也不同 ,定量给出了设计洪水及校核洪水时收缩比对过流能力的影响。

宽尾墩后接阶梯溢流坝面水工设施的研究

将宽尾墩安置在阶梯溢流坝上游形成一种新的水工设施,它兼有宽尾墩和阶梯溢流坝面的特点,比纯阶梯坝单宽流量可增大数倍。由于在阶梯面与挑射水流之间形成气体空腔,可实现充分掺气。本文对其进行了数值模拟,采用了双孔方案。虽然网格数增加了一倍,但比单孔而言流场更加完整。通过数值模拟得到的墩后水翅、阶梯面挑射水舌和掺气腔体等,与实验观测到的现象吻合。介绍了复杂水工建筑物的网格生成方法。本文的研究成果可以为设计提供参考依据。

低Fr数宽尾墩消力池流场3维数值模拟

宽尾墩消力池在许多工程中得到应用,而低Fr数宽尾墩消力池内部流场较为复杂,实验结合数值模拟旨在达到工程中体型优化的目的。针对实验观察难以获得详细的各项水力参数的问题,采用RNGk-ε紊流模型结合自由面追踪的VOF方法对低Fr数宽尾墩消力池内部流场进行了数值模拟,获得了水流形态、流速分布和紊动能分布特性。两种体型消力池内水位沿程分布、临底流速等水力学参数的计算值与试验值吻合良好,说明该数值模拟是稳定可靠的。对比两种方案的水流形态及流场特性发现,推荐体型消力池流场稳定性较好,水流无横向流动,运行方式灵活,并获得了模型试验难以测量的流场详细信息,结果令人满意。

X宽尾墩应用与发展的试验研究

本文在总结传统宽尾墩与普通X宽尾墩消能工所存在问题的基础上,通过思林水电站泄洪消能建筑物的试验结果分析,提出一种新型X宽尾墩消能工。该消能工体型简单,能满足表孔泄洪流量变化范围大、消力池纵向长度小、尾坎低的要求。与传统宽尾墩对比试验结果表明,消力池水流消能充分、下游河道水面波动小、消力池底板脉动小、满足工程安全运行的需要。

宽尾墩三元水跃特性试验研究

通过传统二元水跃与宽尾墩三元水跃形成及发展机理的类比,借助水工模型试验,对宽尾墩三元水跃特征跃高Ht、特征跃长Lt与来流流能比K之间的关系进行了研究。研究结果表明:微淹没临界状态下的宽尾墩三元水跃特征跃长Lt与跃高Ht均可回归为流能比的一次线性函数,流能比较小时,三元水跃跃高比二元水跃略低一些,随着流能比的增加,两种水跃跃高趋于相同;宽尾墩三元水跃跃长比二元水跃减小约50%,随着流能比的增加,减小幅度还会有所增加。利用经验式对已建或在建工程消力池体型参数进行了计算分析,结果表明,采用宽尾墩消能工可显著缩短消力池长度,戽式消力池可缩短的更多。

宽尾墩戽式消力池联合消能工的水力特性及其水力计算方法

本文系统地研究了宽尾墩戽式消力池联合消能工的水力特性,并和常规平尾墩型戽式消力池进行比较,试验表明,宽尾墩型戽式消力池极其有效地提高了平尾墩戽式消力池的消能效果。文中提出了宽尾墩型戽式消力池的水力计算方法,并阐明其消能机理,宽尾墩戽式消力池在岩滩工程中的研究和应用,说明宽尾墩戽式消力池是一种解决大单宽流量、低佛汝德数消能难题的有效而经济的新型水工建筑物。

新型宽尾墩在索风营水电站的应用与研究

把宽尾墩应用到碾压混凝土台阶溢流坝面,形成"宽尾墩+台阶坝面+消力池"联合消能工,是我国科技工作者的一大创举。索风营水电站单宽流量达207m3 s·m,在应用台阶溢流坝面工程中属最大,经模型试验验证常规宽尾墩联合消能工已不能满足要求,于是提出了一种新型宽尾墩形式———X型宽尾墩,它继承了传统宽尾墩的优势,又拓宽了台阶坝面的消能作用。本文是"X型宽尾墩+台阶坝面+消力池"联合消能工在索风营水电站应用的水力特性研究成果的一部分。

与宽尾墩联合使用的阶梯溢流面水流掺气问题研究

通过模型试验、原体观测资料的分析发现，与宽尾墩联合使用的阶梯式消能工，为了满足溢流面水流掺气减蚀的要求，须使阶梯溢流面在初始段6～8个台阶形成空腔溢流，而阶梯堰面形成空腔溢流与阶梯起始断面的掺气坎型、坎高及宽尾墩型式有关。台阶高度对阶梯溢流面大单宽过流掺气浓度沿程变化影响很小，掺气浓发随阶梯溢流面坡比的变化比较明显，坡度越缓，沿程衰减越明显；掺气浓度随堰上水头的增加而增大；堰面使用Y型宽尾墩掺气量最大，无墩时最小，使用X墩时，处于二者之间。与宽尾墩联合使用的阶梯溢流面大单宽过流掺气量可以满足减蚀需要，而无墩时掺气量不能满足需要。

宽尾墩对跌坎底流消能影响的试验研究

针对跌坎底流消能在下游水位变幅较大的电站中的泄流消能问题,结合赛格电站进行了模型试验研究,从消力池的水流流态、临底流速以及底板时均冲击压力三方面详细地分析了宽尾墩对跌坎底流消能的影响。试验结果表明,宽尾墩改善了跌坎底流消力池内的水流流态,降低了消力池内的临底流速和时均压力,较好地解决了跌坎底流消能不能适应下游水位变幅较大这类工程的泄洪消能的缺陷。

高拱坝宽尾墩三维流场数值模拟

高拱坝表孔宽尾墩收缩射流水舌的扩散特性与其出口流速分布密切相关,为了求得收缩射流的水力特性,应用RNGk ε双方程湍流模型对高拱坝表孔不同体型及过流量条件下可能出现的降水曲线流态、急流冲击波流态、水跃壅水流态、缓流流态4种流态进行了数值模拟计算,水流自由表面的模拟采用VOF法,得到了溢流水面及流速分布。结果表明,无论在何种流态下,计算所得的水面曲线均与物理模型试验值吻合良好,所得的出口流速分布结构也验证了高拱坝宽尾墩收缩射流水舌不同流态下分散的机理。

宽尾墩位置、始扩点佛汝德数与堰上水头关系

研究了宽尾墩位置、始扩点水流佛汝德数与堰上水头之间的关系,导出了与水头损失、闸门宽度有关的计算公式。搜集了国内多个电站的宽尾墩体型参数及相关水力参数进行计算,结果表明,始扩点水流佛汝德数分布在1.7-2.3之间,平均值为2.042。结合实际工程,讨论了移动宽尾墩位置对水力特性的影响,计算结果与数值模拟结果的比较表明,两者符合较好。

高拱坝表孔宽尾墩跌流水舌运动特性研究

为了探索高拱坝坝身表孔溢流采用宽尾墩堰顶收缩射流技术的可能性,在对水舌分散机理进行理论分析的基础上,对300m量级高拱坝条件下不同出流角度和不同泄流量下的宽尾墩射流水舌形态进行了实验观测.结果表明,采用跌流出口时,当跌流水舌在出口断面处于急流流态时,受断面收缩形成的冲击波的影响,跌流在出口断面沿垂向不同深度的水质点出射方向发生明显的改变,水舌在纵向明显拉开,具有良好的分散特性;当跌流的出口为缓流时,跌流水舌形成类似舌形坎的水舌流态,入塘水舌成月牙形,无论在纵向还是横向均充分拉开,使入塘水舌的分散度大大增加.

宽尾墩的泄洪消能效果与雾化影响

宽尾墩是行之有效的收缩式消能工体形,也经许多工程实践所证实。它消能效果和流态很大程度取决于体形设计。本文简要的论述几个体形参数的选择,同时也讨论了宽尾墩泄洪时雾化问题,并提出雾化影响计算公式和雾化防治观点。

高拱坝表孔宽尾墩体型参数对泄流能力的影响

高拱坝坝顶较薄,表孔溢流坝面较短,导致宽尾墩应用于高拱坝表孔对泄流能力会产生一定的影响,为探究满足表孔泄流能力设计要求的宽尾墩体型,基于东庄水利工程,采用数值模拟方法,研究宽尾墩俯角、收缩比、墩尾折角、始折点位置等体型参数对高拱坝表孔泄流能力的影响以及泄流能力与过堰水流弗劳德数Fr的关系。研究结果表明,表孔泄流能力随着宽尾墩俯角的减小而减小,随着收缩比的减小而减小,随着墩尾折角的减小而增大,随着始折点位置与堰顶水平距离的减小而减小;提出了表征宽尾墩各类体型参数与堰上水头影响的综合影响系数k综,当k综≥2时,宽尾墩不影响表孔的泄流能力,当k综<2时,随着k综值的减小,宽尾墩对表孔泄流能力的影响逐渐增大;过堰水流Fr沿程变化曲线在宽尾墩始折点上游存在一个折点,该折点处的Fr越大,宽尾墩对表孔泄流能力的影响越小。

与宽尾墩联合使用的台阶面水流压强特性研究

随着RCC筑坝技术的发展,宽尾墩与台阶面联合消能技术已先后在许多工程中得到应用。通过工程原型与模型试验资料的综合分析,对不同体型及使用条件下,与宽尾墩联合使用的台阶内部压强与总体压强分布规律进行了研究。研究结果表明:台阶内部压强分布规律及台阶总体压强分布规律主要与堰面使用的宽尾墩形式有关,台阶坡比对台阶面总体压强影响幅度较小,台阶高度几乎不产生任何影响。