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研究生:鄭人豪
研究生(外文):Jen-hao Cheng
論文名稱:變量流流況下非同心圓柱型橋墩局部沖刷之研究
論文名稱(外文):Local Scour around Eccentric Circular Piers under Unsteady Flow Conditions
指導教授:王傳益
指導教授(外文):Chuan-yi Wang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:水利工程所
學門:工程學門
學類:河海工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:123
中文關鍵詞:局部沖刷深度非同心圓柱型橋墩變量流歷線
外文關鍵詞:local scour deptheccentric pierunsteady flow hydrographs
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本研究主要利用水工模型試驗,模擬近似天然流況之變量流(前、中及後峰型歷線)作用下,非同心圓柱型橋墩墩徑比D/D*=0.4~0.7,於不同的覆土高度(Y)時,橋墩局部沖刷深度及歷程之變化。
研究結果顯示,在不同型式變流量歷線作用下,沖刷深度會隨水流強度(V/Vc=0.5~0.95)增加而增大,同時最大沖刷深度於變量流歷線之上升段至洪峰結束前完成。中峰型歷線及後峰型歷線之沖刷歷程類似,其最大沖刷深度相當且均高於前峰型,兩者僅有時間稽延之差異。
在各種不同流量歷線作用下,當橋基未裸露(0≦Y/D*≦0.6)時,由於不均勻面能夠有效阻擋刷深情況,使得所產生之沖刷深度較小,而橋基裸露(Y/D*<0)時則反之。在非同心圓柱型不同橋墩墩徑比(D/D*)條件下,當D/D*=0.4時,其橋墩迎水面面積最小,以致向下射流強度較小,又不均勻面面積較大,削減向下射流能量較多,故D/D*=0.4之局部沖刷深度皆低於其他型式之橋墩。
沖刷坑體積減緩率隨著覆土高度之增加而增大,其中又以Y/D*=0.6之沖刷坑體積減緩率效果最佳。在不同墩徑比時,以D/D*=0.4時,其沖刷坑體積減緩效果最佳。在考量橋墩水理安全之情況下,D/D*=0.4為較理想之非同心圓柱型橋墩型式。
This study uses hydraulic models to measure the variation of local scour depth with time for eccentric pier diameter ratios D/D*of 0.4 ~ 0.7, and different initial bed level relative to the foundation top elevation under unsteady flows with advanced, central and delayed peaks.
The research results show that the scour depth increases with an increase of flow intensity under different types of unsteady flow hydrographs. The scour depth reaches a maximum value within the rising phase of the unsteady flow. The scour variation for the central peak hydrograph is similar to that for the delayed peak hydrograph, and both of their scour depths are greater than that for the advanced peak hydrograph. The only discrepancy for the first two curves is the time lag.
Because of the scouring retardation by the top of foundation, the scour depth is reduced for the un-exposed bridge foundation (0≦Y/D*≦0.6) under any unsteady flow. Opposite results are found for the exposed bridge foundation (Y/D*<0). As regards to the effect of eccentric pier diameter ratio (D/D*), when D/D* is equal to 0.4, because pier oncoming flow area is the smallest one so that downflow intensity is less; as non-uniform area is bigger and decrease more downflow energy so that bring smaller scour depth and effect area. Therefore, local scour depth for a ratio of 0.4 is less than that pier of other forms.
Scour hole volume retardation increases with an increase of different initial bed level relative to the foundation top elevation, when Y/D*=0.6 has the most effective retardation. As regards to the effect of eccentric pier diameter ratios (D/D*), the most effective scour hole volume retardation occurs when D/D* equals 0.4. Considering the safety of bridge structure, a eccentric pier with D/D* equals to 0.4 is an ideal pier style.
謝誌 I
摘要 II
ABSTRACT III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XI
照片目錄 XII
符號表 XIII
壹、前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 內容架構 3
貳、文獻回顧 4
2.1 均勻橋墩 5
2.2 不均勻橋墩 9
2.3 等效橋墩 14
2.4 橋墩周圍局部沖刷特性 17
2.5 橋墩沖刷因子 18
2.5.1 橋墩沖刷因子之分類 18
2.5.2 橋墩沖刷因子之探討 19
参、理論分析 33
3.1 圓柱型橋墩周圍水流之流況 33
3.2 橋墩周圍局部沖刷之過程 35
3.3 渦流理論 37
3.4 沿壁沖射流理論 41
3.5 圓柱型橋墩無因次沖刷深度理論 47
3.6 因次分析 49
肆、水工試驗 53
4.1 模型與原型之比例關係 53
4.2 試驗設備與佈置 54
4.2.1 試驗渠槽 55
4.2.2 試驗橋墩模型 55
4.2.3 覆土高度 58
4.2.4 試驗佈置 58
4.2.5 試驗儀器 59
4.3試驗規劃 61
4.3.1試驗河床質 61
4.3.2 試驗流量 61
4.3.3 相對水流強度 63
4.3.4 完全發展段 64
4.4 渠槽試驗條件 65
4.5 試驗步驟 66
4.5.1 試驗橋墩安置與底床質鋪設 66
4.5.2 試驗流量控制 66
4.5.3 沖刷深度與河床剖面量測 66
4.5.4 試驗操作程序 66
伍、結果分析與討論 69
5.1 一般沖刷、束縮沖刷與局部沖刷之分離 69
5.2 沖刷坑與淤積堆之縱斷面變化 70
5.3 流量歷線對沖刷深度之影響 78
5.4 橋墩不均勻面對沖刷深度之影響 80
5.4.1橋墩不均勻面大小對沖刷深度之關係 80
5.4.2橋墩不均勻面埋設深度對沖刷深度之關係 82
5.5 橋墩墩徑比對沖刷深度之影響 84
5.6 沖刷坑之長度與寬度之探討 86
5.7 局部沖刷坑體積之變化 88
5.8 本研究與Melville(1996)沖刷深度之比較 90
5.9 本研究與李俊穎(2005)沖刷深度之比較 92
5.10 本研究與蔡坤霖(2006)沖刷深度之比較 93
陸、結論與建議 95
6.1 結論 95
6.2 建議 97
參考文獻 99
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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