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原文传递施工栈桥抗洪能力设计研究

论文题名：	施工栈桥抗洪能力设计研究
关键词：	施工栈桥;抗洪能力;防洪设计;数值模拟
摘要：	施工栈桥是在主体桥梁施工过程中充当的临时施工平台，为一些受恶劣环境影响而无法正常施工的桥梁提供了一种全新的施工辅助手段，因此具有重要的现实意义。然而，由于施工栈桥是一种临时性结构，它的结构稳定性及桥面高程通常较低，因此当栈桥受恶劣自然环境特别是洪水的影响时，往往面临着水毁失效的风险。目前现有规范没有针对施工栈桥所受水流力的单独说明，仅仅给出各种截面形式的桥墩在顺流向受到的流水压力标准值，且是依据静力学的方法简化计算得出。然而本文发现，洪水作为一种混乱无序的湍流，在顺流向有作用力的同时，横流向也存在不容忽视的瞬时脉冲力，并且会产生一系列结构振动问题，如果单纯依照规范采用静力学的方法进行防洪设计会使得结构偏于不利。因此采用动力学方法对洪水作用下施工栈桥进行防洪设计显得十分重要。　　本文以计算流体力学思想为指导，主要利用大型CFD仿真软件ANSYSFluent进行一系列数值模拟。首先从理论上介绍了洪水使桥梁失效的两种主要原因，进行在洪水急流作用下方形排列的钢管桩群的绕流仿真，得到一系列物理云图以及阻力、侧向力时程曲线，并和同样工况下更偏流线型的椭圆截面钢管桩进行对比。针对所发现的瞬时侧向力的存在，采用单向流固耦合的方法，对特定的钢管桩群进行动力分析，捕捉了关键点的运动数据，验证了振动效应的存在，并与传统静力学分析进行比较，突显出基于CFD的动力分析的优越性和重要性。最后依托实际工程项目，对完整的钢栈桥采用动力学方法进行仿真模拟，得到了在两个洪水工况下结构受力及变形特征，从而为现实防洪设计提供参考和依据。　　本文主要发现：洪水对钢管桩表面的作用力可分解为顺流向和横流向两个方向，其中横流向的平均作用力虽为0，但存在很大的瞬时脉冲力，量级与顺流向相同，这种横向脉冲力会对钢管桩结构产生横向的振动效应，其产生的变形量也与顺流向变形量在同一个量级；更偏流线型的截面，在同样来流情况下顺流向和横向的水流力均会大大减小，尾涡脱落更靠后，使得结构稳定性和安全性更强；按照规范采用静力学方法无法直接模拟出上、下游钢管桩之间的遮挡效应，只能通过折减系数体现，也不能反应出结构的振动效应，并且在横流向的变形量也微乎其微；施工栈桥在洪水作用下，桩顶分配梁会发生横向弯曲趋势，贝雷梁在各跨跨中的下弦杆区域会产生很大的拉力，若拉力过大可能会使得结构脱空、散架的情况出现。
作者：	李超然
专业：	建筑与土木工程
导师：	邓华;向中富
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022