携砂水流对桥墩冲蚀磨损的试验和数值模拟研究

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含砂水流对水工建筑物和桥梁的冲蚀磨损破坏屡见不鲜,严重威胁其使用寿命,同时,冲蚀磨损破坏的维修难度大,费用高昂,造成了严重的经济损失。目前,人们开始重视水工建筑物的冲蚀磨损问题,但是对桥梁冲蚀磨损的关注度不够。我国正加紧西部建设,基础设施的建设是发展经济的第一步,在西部地区将修筑大量的桥梁。西部地区,地势险峻、降水丰富、河流众多、河道曲折、水流湍急、河流中泥沙含量大,在西部地区修筑桥梁需要考虑冲蚀磨损问题。通过对桥梁墩柱冲蚀磨损的研究,可以为桥梁的设计、施工、检测和防护工作提供相关的参考建议。同时,从混凝土材料的角度出发,其本身也应具有良好的抗冲蚀磨损性能。聚乙烯醇(PVA)纤维具有良好的物理性能,被工程领域所青睐,但是目前对PVA纤维水泥基复合材料抗冲蚀磨损性能方面的试验研究较少。对PVA纤维水泥基复合材料的抗冲蚀磨损性能进行研究可以探明纤维在材料中发挥的作用和影响其抗冲蚀磨损性能的主要因素,为在实际工程中使用提供相关依据。本文主要工作如下:1.总结目前已有的冲蚀磨损试验方法,自主设计一套测试水泥基材料抗冲蚀磨损性能的试验装置,根据本文的试验结果,证明了本文提出的试验装置可以较好的测试材料的抗冲蚀磨损性能。2.使用自主设计的试验装置,利用正交试验对PVA纤维水泥基复合材料和普通砂浆进行不同冲击角度下的冲蚀磨损试验。描述试块冲蚀后的外貌并解释其形成的原因,阐述两种材料冲蚀磨损的过程,分析影响冲蚀磨损的主要因素,发现了PVA纤维水泥基复合材料和普通砂浆试块在不同冲击角度下的冲蚀损伤分布和冲蚀机理存在差异。3.通过改进试验装置,完成不同形状桥墩模型试块(圆形、正方形、菱形和尖端型桥墩)在不同冲击参数下的冲蚀磨损试验,描述桥墩模型试块冲蚀后的外貌并解释其形成的原因,对比不同形状桥墩模型试块的抗冲蚀磨损性能,并分析在不同冲击参数下的破坏规律,得到了不同形状桥墩模型试块的抗冲蚀磨损能力的大小关系为:圆形>尖端型>菱形>正方形;4.使用FLUENT中DPM模型,结合混凝土冲蚀磨损计算公式对混凝土桥墩的冲蚀磨损展开研究,分析不同形状桥墩(圆形、正方形、菱形和尖端型桥墩)冲蚀磨损的分布和机理,对比不同形状桥墩的抗冲蚀磨损性能。证明了FLUENT中DPM模型可以较好的模拟桥墩的冲蚀磨损分布,得到了不同形状桥墩冲蚀磨损的特征和产生的机理。
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