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您当前的位置： 一种旋转正态曲面的桥墩局部冲刷防护装置的制作方法
2021-01-17 17:01:09|
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本发明属于桥墩防护领域，具体涉及一种旋转正态曲面的桥墩局部冲刷防护装置。
背景技术：
桥墩周围局部冲刷对于桥梁基础安全影响极大，是导致桥梁破坏的主要原因。桥墩周围局部冲刷导致的桥梁倒塌占总数的一半以上。所以，对桥墩局部冲刷进行合理和充分的防护十分重要。
水流对桥墩周围的冲刷原因可分为三个部分：(1)前进水流集中，主要是指前进的水流遇到障碍物时，由于断面面积减小，断面流速增大，卷动泥沙形成冲刷坑；(2)下降水流淘底，主要指前进水流撞击桥墩后形成一部分下降水流，对墩底进行淘底；(3)尾流漩涡冲刷，主要指水流绕过障碍物后形成的尾流漩涡，带走了墩后的部分泥沙。具体原理如图1所示。
对桥墩的局部冲刷进行防护是桥梁防护的重要内容之一，桥梁的局部冲刷防护措施主要分为两类：(1)主动防护。减小水流对桥墩的冲刷能量，即减弱水流冲刷过程中的下冲流和马蹄形漩涡流，通常通过扩大桥墩的基础平面或设护脚等措施以减小水流的冲刷能量。(2)被动防护。提高桥墩附近底床的放防冲刷能力，通常是在桥墩附近铺设粗颗粒材料的河床防护层或在墩基处抛石，以提高桥墩的抗冲能力。
主动防护措施包括开缝防护、环翼式桥墩防护、护圈防护以及墩前牺牲桩等防护措施；被动防护措施包括抛石防护、护脚和沉箱防冲、扩大基础防护等。现有的部分防护措施存在成本高、防护效果差等缺点，或不能有效抵御台风暴潮等灾害性海洋环境。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提出一种旋转正态曲面的桥墩局部冲刷防护装置，防护效果好，可以有效保护桥墩。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种旋转正态曲面的桥墩局部冲刷防护装置，其特征在于，该防护装置套设在桥墩上，形状近似钟形，以桥墩的中心与未冲刷的河床平面的交点为圆心，沿水流方向为x轴正方向，桥墩轴线向上为z轴正方向，垂直于xoz面的方向为y轴，所述的防护装置的厚度为0.5～1m，且其内表面满足如下的标准旋转正态曲面的方程
其中，
进一步地，所述的防护装置的厚度优选0.8m。
进一步地，所述的防护装置由钢筋混凝土材料制成。
本发明的有益效果如下：
本发明的防护装置充分利用结构特点，结合往复流特性，可以分散正面冲击水流，形成沿凸形面切线方向挑离桥墩周围，减小水流冲击；另一方面可以起到对下冲水流进行导流，继续下冲沿凹形面挑向桥墩的更远处削弱下冲水流对床面的直接冲刷作用，还可以抵消部分正面冲击水流的作用；同时消减桥墩周围马蹄涡，减弱其对于桥墩河床的冲刷，同时对桥墩受力影响较小。
附图说明
图1为背景技术中的桥墩周围局部冲刷的原理图。
图2位桥墩周围旋转正态曲面防护侧面图，反映了下降水流在该结构下的分流现象。
图3为桥墩旋转正态曲面防护装置立体图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2和3所示，图2为桥墩周围旋转正态曲面侧视图，图3为该旋转正态曲面防护装置立体图，本发明的旋转正态曲面的桥墩局部冲刷防护装置，该防护装置套设在桥墩上，形状近似钟形，以桥墩的中心与未冲刷的河床平面的交点为原点，沿水流方向为x轴正方向，桥墩轴线向上为z轴正方向，垂直于xoz面的方向为y轴，所述的防护装置满足如下的标准旋转正态曲面的方程
其中，
如图2所示，桥墩前部下冲水流在流经该结构时，在a处发生分离，一部分水流沿下切面方向向反方向流走，一部分水流沿正态曲面结构向下流动，直至到达结构底部的水平切线位置，这部分水流沿切面反方向流走。将该曲线绕桥墩表面旋转360°，形成旋转正态曲面。
以一直径为5m圆柱形桥墩为例，水深为10m。以沿水流方向为x轴正方向，向上为z轴正方向。z轴方向上，从河床底以上1m至3m范围上安装该防护装置，直径为15m。
本发明的防护装置形态上为旋转正态双曲面，在接近桥墩表面
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
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