不同形态桥墩附加阻水比研究

颜敏 王涛 张祎

摘要：由于水流過桥墩时需克服阻力，在桥墩前会形成一定的水位壅高，使得桥墩附近流速变化，并影响附近的床面形态，形成桥墩冲刷坑，本文通过调查中小型桥墩的典型形态，并把调查得到的结果做成实物模型，试验研究发现圆形桥墩对水流阻碍作用最小，前端呈半圆弧桥墩次之，菱形桥墩阻水情况比较严重，方形桥墩阻水最严重。

关键词：桥梁工程，阻水效应，水位壅高

随着经济建设的不断发展，国家迫切需要修建大量的城市桥梁。桥梁工程的兴建大大加快了交通运输的发展，为人类社会经济活动的开展提供了保障。十九世纪末，学术界注意到桥墩会对河道内的水体流动产生一定的影响（图1）：由于水流过桥墩时需克服阻力，在桥墩前会形成一定的水位壅高，使得桥墩附近流速变化，并影响附近的床面形态，形成桥墩冲刷坑。流场的变化和冲刷坑的形成增加了两岸的防洪压力并且威胁桥梁本身。在随后的研究过程中，人们发现流线型或者前端呈半圆弧型的桥墩可以有效的减弱桥墩对水体流动的影响。因此，在桥梁的建设中，此类造型桥墩得到了普遍的应用与发展。与此同时，流线型及前端呈半圆弧型的桥墩（图2a）对水体流动影响的研究也日益完善。

通过用毫米方格纸绘出各个形状桥墩的附加阻水比，可以很清楚的观察到各个形状的桥墩的阻水情况。

经过前往秦淮河、淮河等地实地观察，总结出中小型河流中桥墩的典型形态为圆形和前端呈半圆弧形，少量为方形。为了进行实验比较，用木材制作出了圆形、前端为半圆弧形、菱形和方形的桥墩模型（宽10cm），用旋转流速仪测出桥墩附近流速分布情况，可以测出改形状桥墩的实际阻水情况，并用毫米方格纸绘出，实验表明圆形桥墩对水流阻碍作用最小，前端呈半圆弧桥墩次之，菱形桥墩阻水情况比较严重，方形桥最严重。

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