钢筋石笼的空隙率及其形状对其稳定特性的影响

摘要

钢筋石笼是截流、堵口和护岸工程中常使用的一种人工材料，探索钢筋石笼的稳定性机理对指导其合理应用具有重要的意义。本文主要考虑空隙率对钢筋石笼稳定性的影响，针对不同形状及不同空隙率的钢筋石笼进行了起动试验，对块体抗冲流速经典公式进行了补充和完善。[53]最终得到了考虑钢筋石笼的体积、形状、空隙率的钢筋石笼起动流速计算公式，经试验验证该公式具有较好的计算精度，具有较好的应用价值。通过建立数值模型计算，研究了钢筋石笼的形状和空隙率对其周围的流速分布、压力场和紊动能的影响，并对钢筋石笼的稳定性机理进行了分析，探讨空隙率对拖曳力系数CD的影响，得出了不同空隙率的钢筋石笼的起动流速与其质量的关系曲线，对工程实际有一定指导意义。总体得出以下结论：
　　1）不同形状和大小的钢筋石笼的综合稳定系数随其空隙率的增大而增大的规律相似；形状相同的钢筋石笼，体积较大的，综合稳定系数也较大。
　　2）钢筋石笼的起动流速与其空隙率系数N成正比，N与钢筋石笼的空隙率n及形状有关，如：
　　N=2n（钢筋石笼为正六面体）
　　nN=1.7（钢筋石笼为正四面体）
　　nN=2.1（钢筋石笼为圆台型）
　　3）数值计算表明，动水中钢筋石笼一般空隙率越大，钢筋石笼紊动能越小；而其迎水面所受动水压强减小，稳定性增加。
　　4）钢筋石笼的形状，对速度场云图、紊动能以及迎水面中心点处动水压强也有影响。正四面体相对于其他形状的石笼，对后部流态影响更大，流态更加复杂，且因正四面体为锐缘角，紊动能最大；迎水面中心处所受动水压力是最小。
　　5）空隙率会对拖曳力系数C D产生影响，随着空隙率的增大，拖曳力系数减小。具体的空隙率n与拖曳力系数CD的关系由MATLAB拟合得出0.3Cd0.9n。
　　6）在同一起动流速，钢筋石笼空隙率越大，所需的质量越小；也即，相同质量的钢筋石笼，空隙率越大，能够抵抗的流速越大，越稳定。

目录

声明

选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 一般研究方法

1.3 本文主要工作

2.1 试验材料准备

2.2 钢筋石笼的制作

2.3试验相关设备仪器

2.4钢筋石笼稳定性模型试验方法与方案设计

3.1钢筋石笼起动流速分析

3.2综合稳定系数计算

3.3起动流速公式拟合与验证

4.1数值研究方法

4.2模型的建立

4.3研究成果分析

5.1结论

5.2展望

参考文献

附录：攻读工程硕士学位期间发表的部分科研成果

致谢