深水桥梁矩形围堰水流荷载的分流板抑制方法

来源：中国血液净化杂志2023年第11期北京时间：

作者：牛艳伟, YOUNIS Bassam A, 侯兵

单位：1. 长安大学 公路学院, 陕西 西安 710064;2. 加州大学 戴维斯分校 土木与环境工程系, 加利福尼亚 戴维斯 CA 95616;3. 中铁二局第四工程有限公司, 四川 成都 610306"],"fundList_en":["National Key Research and Development Program of China (2019YFB1600702); the Fundamental Research Funds for the Central Universities, CHD (300102212909); The Natural Science Basic Research Program of Shaanxi Province (2023-JC-YB-292)

摘要：围堰是深水桥梁建设顺利开展的重要平台和前提，在其节段施工中动水荷载是影响钢围堰精确定位、下沉及着床的关键因素。为减小水流作用下的钢围堰动水荷载，针对矩形围堰提出一种在尾端增加一定长度分流板的抑制方法。首先采用计算流体力学（CFD）方法基于开源分析平台OpenFOAM建立钢围堰的二维简化模型，引入修正的<i>k-ε</i>湍流模型用以闭合求解钢围堰超高雷诺数效应下的<i>N-S</i>方程，通过方形截面和矩形截面柱验证所提方法的准确性；然后针对足尺钢围堰模型分流板的设置对于钢围堰动水阻力和横向摆动力的影响进行分析，明确不同分流板长度以及前/后端分流板对动水荷载的抑制作用，提出优化可行的分流板设置方案。研究结果表明：在高雷诺数条件下标准的<i>k-ε</i>模型不能准确捕捉方形及矩形钝体的涡旋脱落过程，会严重低估动水荷载，采用修正的<i>k-ε</i>模型可准确模拟矩形钝体的绕流特性，与试验值吻合良好，可用于钢围堰的计算分析；矩形钢围堰采用圆角设置可有效减小动水阻力和横向摆动力，横向摆动频率提高；在钢围堰后端增加中央分流板可显著降低动水阻力和横向摆动力，当分流板长度在1/10钢围堰纵边长时，抑制效率最高；分流板长度超过钢围堰纵边长的75%时，尾流出现摆动，导致横向摆动力增大，此时增加前端分流板可抑制摆动作用；仅设置前端分流板对动水作用的影响可忽略；通过现场流迹线试验，验证了采用尾端分流板方案的有效性，其可减小并推后尾流涡旋的形成，有效抑制了钢围堰受到的动水阻力和摆动力。

关键词：桥梁工程,分流板,修正k-ε模型,水流荷载,涡旋,深水钢围堰

基金资助：国家重点研发计划项目（2019YFB1600702）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（300102212909）；陕西省自然科学基础研究计划项目（2023-JC-YB-292）