山区河流桥群河段桥梁跨度与间距对通航影响的研究

论文摘要

随着国家可持续发展战略的继续深入和国民经济的稳步发展,对交通运输特别是水运的需求会大大增加。同时,陆上交通发展使桥梁建设速度还会有持续的增长。由于桥梁数量迅速的增加,在某些河段,尤其是在桥位资源越来越匮乏的城区河段上,因桥梁的间距不断减小很容易形成桥群,加之水上运输需求量的越来越大,从而大大增加了船舶在桥群河段上的行驶难度,海损事故必然增多。因此及时开展对桥群河段通航问题的相关研究非常必要。本文根据重庆石板坡长江大桥～储奇门河段的河势条件以及通航环境,对该河段(桥群河段)半概化为山区河流典型的顺直微弯河道。通过采用二维水流数值模拟和小尺度船舶物理模型试验相结合的方法,详细研究了桥群河段上桥间距与桥跨的不同组合时分别对通航水流条件以及船舶航行条件的影响。得出在山区河流典型的顺直微弯桥群河段上:桥间距不变而只变化拟建桥的桥跨时,桥跨越大,沿河道方向通航水域内的流场受其影响的程度就越小,当桥跨增加至340m时,流速和水流夹角变化均不明显,流速变化值基本维持在0.05m/s左右,水流夹角变化值基本在0.8°左右;桥跨不变时,桥间距越小,影响的最大流速区域也越大,当两桥桥跨均在160m左右,桥间距为300m时,相比其他工况,形成的最大流速区域最广。当通航孔错孔布置时,船舶的操纵性对桥跨与桥间距的不同组合较为敏感,其中:①当两桥桥跨均在160m左右,桥间距在900m以下,不宜相邻建桥,桥间距为1200m较为合理;②当桥间距为600m,基础桥桥跨为160m左右,拟建桥桥跨在280m以下,不宜相邻建桥,桥跨增加至340m时较为合理。本文不仅可为研究山区河流桥群河段上桥间距与桥跨间的影响提供一种有效的方法,也能为桥梁设计部门优化相邻建桥桥墩的布设工作提供重要的参考依据,同时也为内河船舶驾驶人员在桥群河段上航行时提供了一定的操作方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 存在的主要问题
• 1.4 研究的方法及主要内容
• 第二章 桥群河段的介绍
• 2.1 桥群的概念
• 2.2 重庆石板坡长江大桥～储奇门河段概况
• 2.3 桥群河段桥梁布置概况
• 第三章 水流数学模型及其验证
• 3.1 数学模型的控制方程
• 3.2 基本方程的数值离散及其求解方法
• 3.3 计算边界条件
• 3.4 模型的验证
• 3.4.1 验证所采用的资料
• 3.4.2 计算域的选取及正交网格的生成
• 3.4.3 水位验证
• 3.4.4 流速验证
• 3.4.5 浮标流向验证
• 3.4.6 验证小结
• 第四章 研究方案的设计及水流数值模拟
• 4.1 拟建桥梁的布设工况
• 4.2 桥群河段的半概化
• 4.3 计算工况
• 4.4 流量及水位组合
• 4.5 糙率的选取
• 4.6 建桥前水流条件分析
• 4.6.1 计算水位比降分析
• 4.6.2 流场分析
• 4.7 建桥后桥群河段通航水流条件的变化分析
• 4.7.1 桥群河段流场变化分析
• 4.7.2 桥群河段流速等值线变化分析
• 4.7.3 桥位断面流速变化分析
• 4.8 桥群河段通航水流条件影响的小结
• 第五章 船舶物理模型试验研究
• 5.1 试验设备
• 5.1.1 水工模型
• 5.1.2 测控设备
• 5.2 试验方法
• 5.3 船模试验通航条件的衡量标准
• 5.4 船模试验航段
• 5.5 船模试验方案
• 5.6 船模试验流量及工况
• 5.7 船模代表航线上流速比降变化分析
• 5.8 船模试验成果分析
• 5.8.1 相同桥跨不同桥间距船模航行条件试验分析
• 5.8.2 相同桥间距不同桥跨船模航行条件试验分析
• 5.9 船模试验结果小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果