为了揭示纵向桥墩跨径对河床附近过剩切应力特征的影响机理及规律,利用FLOW-3D软件,参考西汉(西安—汉中)高速公路纵向桥墩设计方案,采用定床方式对顺直河道双桥墩纵向桥段河床附近的过剩切应力进行了数值模拟,分析圆形桥墩直径对下游涡街影响范围长度的影响规律.以直径为0.04 m的圆柱桥墩模型为例,分析纵向桥跨径对河床附近水平面过剩切应力、各桥墩横断面过剩切应力及桥墩附近最大过剩切应力的影响,提出了显著影响河床附近过剩切应力的临界跨径及跨径对其影响规律.研究结果表明:当桥墩跨径小于28.5D(D为桥墩模型的直径)时,Kármán涡街的叠加效应对过剩切应力影响显著,且越靠近下游,影响越大;不同桥墩跨径时,各排桥墩横断面位置处,桥墩周围的过剩切应力与第1排桥墩横断面的过剩切应力相比,均有所降低,最大降幅达50％,靠近河岸区域的过剩切应力均有所增大,最大增幅达54％;桥墩跨径越小,各桥墩断面切应力值变化幅度越大,不同桥墩跨径时,第1排桥墩附近的最大过剩切应力值比较接近,最大过剩切应力系数约为0.95,且受跨径影响不大;桥墩跨径越小,纵向桥墩的遮蔽作用越明显,当桥墩跨径小于28.5D时,前3排桥墩附近的最大过剩切应力系数由0.95迅速降低至0.58,最终稳定于0.5左右;当桥墩跨径大于28.5D时,前2排桥墩附近最大过剩切应力系数由0.95迅速降低至0.72,最终稳定于0.7左右.
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