流體力學(xué)課件

1、1 2 3/wiki/Tacoma_Narrows_Bridge_(1940)Tacoma Narrows Bridge At the time of its construction (and its destruction), the bridge was the third longest suspension bridge in the world in terms of main span length(853m), behind the Golden Gate Bridge and the George Washington Bridge

2、. 4Tacoma Narrows Bridge 5懸索橋抗風(fēng)懸索橋抗風(fēng) 懸索橋采用剛性梁或剛桁架橋面有利于抗風(fēng)，但卻會(huì)增加鋼的懸索橋采用剛性梁或剛桁架橋面有利于抗風(fēng)，但卻會(huì)增加鋼的用量和造價(jià)。用量和造價(jià)。 降低造價(jià)的嘗試，釀成了塔科瑪海峽大橋的事故。降低造價(jià)的嘗試，釀成了塔科瑪海峽大橋的事故。8級、級、67.5km/h，先上下波動(dòng)近，先上下波動(dòng)近1m，后又左右擺動(dòng)，幅度達(dá)，后又左右擺動(dòng)，幅度達(dá)8.5m。 事故發(fā)生時(shí)，好萊塢有個(gè)拍攝組剛好在橋邊拍攝電影，故記錄事故發(fā)生時(shí)，好萊塢有個(gè)拍攝組剛好在橋邊拍攝電影，故記錄下了橋垮的整個(gè)過程。下了橋垮的整個(gè)過程。 美國空氣動(dòng)力學(xué)家美國空氣動(dòng)力學(xué)家 馮馮.

3、 .卡門卡門 研究了懸索橋的風(fēng)荷載問題，于研究了懸索橋的風(fēng)荷載問題，于1954年在年在空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展一書中分析說：塔科瑪海峽大橋的一書中分析說：塔科瑪海峽大橋的設(shè)計(jì)者想建造一個(gè)較便宜的結(jié)構(gòu)，采用了平板代替桁架作為邊墻，設(shè)計(jì)者想建造一個(gè)較便宜的結(jié)構(gòu)，采用了平板代替桁架作為邊墻，不幸，這些平板引起了漩渦的發(fā)放，使橋身開始扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，其破壞不幸，這些平板引起了漩渦的發(fā)放，使橋身開始扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，其破壞是振動(dòng)與漩渦發(fā)放發(fā)生共振而引起的。是振動(dòng)與漩渦發(fā)放發(fā)生共振而引起的。Tacoma Narrows Bridge采用板梁加勁梁采用板梁加勁梁高跨比高跨比1:350，細(xì)長，細(xì)長未考慮脈動(dòng)風(fēng)渦動(dòng)力

4、作用未考慮脈動(dòng)風(fēng)渦動(dòng)力作用導(dǎo)致風(fēng)毀導(dǎo)致風(fēng)毀Tacoma Narrows Bridge 風(fēng)毀后風(fēng)毀后Golden gate bridge 進(jìn)行了加固進(jìn)行了加固19501950年重修，橋面采用透風(fēng)格柵年重修，橋面采用透風(fēng)格柵加勁梁有孔，以削弱渦流，減輕作用的扭矩加勁梁有孔，以削弱渦流，減輕作用的扭矩回到了氣動(dòng)性能好的空腹桁架梁回到了氣動(dòng)性能好的空腹桁架梁成為二戰(zhàn)前懸索橋的基本形式成為二戰(zhàn)前懸索橋的基本形式7“豆腐渣豆腐渣”工程引發(fā)技術(shù)革新工程引發(fā)技術(shù)革新8美式懸索橋的桁架梁美式懸索橋的桁架梁9歐式懸索橋采用設(shè)置鋼橫梁的單室箱梁歐式懸索橋采用設(shè)置鋼橫梁的單室箱梁10西堠門大橋西堠門大橋 分離式箱梁分

5、離式箱梁11pminEDxCABUmax邊界層外邊界邊界層外邊界yU (x)F分離點(diǎn)分離點(diǎn)13流線型設(shè)計(jì)流線型設(shè)計(jì)比如飛機(jī)、輪船比如飛機(jī)、輪船滲流滲流滲流流體在流體在孔隙介質(zhì)孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)中的流動(dòng)地下水流動(dòng)地下水流動(dòng)水在土孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)水在土孔隙介質(zhì)中的流動(dòng)滲流理論在土木工程中為地下水資源的開發(fā)、降低滲流理論在土木工程中為地下水資源的開發(fā)、降低地下水位、防止建筑物地基發(fā)生滲流變形、排水固結(jié)等地下水位、防止建筑物地基發(fā)生滲流變形、排水固結(jié)等提供了理論依據(jù)提供了理論依據(jù)壩下滲流土石壩防滲斜墻及鋪蓋浸潤線透水層不透水層 土石壩壩基壩身滲流透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護(hù)下的基坑滲流水井滲流透水層

6、不透水層天然水面漏斗狀潛水面Q滲流作用造成大壩塌方2525基坑支護(hù)基坑支護(hù)洪水掃過下游洪水掃過下游谷底，附近所谷底，附近所有設(shè)施被徹底有設(shè)施被徹底摧毀摧毀滲透破壞水力劈裂滲透破壞水力劈裂Teton Dam (USA)九江大堤決口九江大堤決口 潰口原因：堤基管涌潰口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險(xiǎn)情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進(jìn)水口又過又過2020分鐘，防分鐘，防水墻后的土堤突水墻后的土堤突然塌陷出然塌陷出1 1個(gè)洞，個(gè)洞，5m寬的堤頂隨即寬的堤頂隨即全部塌陷，并很全部塌陷，并很快形成一寬約快形成一寬約62m的潰口。的潰口。 滲透破壞滲透破壞長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展

7、過程示意圖長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖砂砂環(huán)環(huán)管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土滲水滲水雜填土雜填土管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細(xì)小顆粒，管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細(xì)小顆粒， 通過土的孔隙，發(fā)生移動(dòng)或被水流帶出的現(xiàn)象。通過土的孔隙，發(fā)生移動(dòng)或被水流帶出的現(xiàn)象。 堤基管涌堤基管涌滲透破壞滲透破壞管涌管涌砂環(huán)砂環(huán)砂性土堤基管涌破壞示意圖砂性土堤基管涌破壞示意圖管涌破壞管涌破壞當(dāng)管涌發(fā)生時(shí)，當(dāng)管涌發(fā)生時(shí)，滲流將導(dǎo)致向源滲流將導(dǎo)致向源侵蝕，使堤防基侵蝕，使堤防基礎(chǔ)下部出現(xiàn)滲流礎(chǔ)下部出現(xiàn)滲流通道通道當(dāng)水頭差足夠大時(shí)，當(dāng)水頭差足夠大時(shí)，侵蝕將加速侵蝕將加速并掏挖堤防基礎(chǔ)。并掏挖堤

8、防基礎(chǔ)。形成通道后極易形成通道后極易引起潰決引起潰決滲透破壞滲透破壞Landslide dam 33 34 35 38 39 40 41 42 43 0limPAAFpA 0limVAAFA 44 Ffm yxzFFFXYZmmmfXiY jZk45 0000 xyzFFFmgmgXYZgm 46 47( , , )x y z( , , )x y zg3=1000kg/m3=13550kg/m汞4849 50dudy52duddydttan()dudtdddyduddydt53ddt5455ddtGG56 58ddt59600=0duddydt0u 61622121-duuudyyy微分 差分63641-durdy微分 差分212=60nrr11111123122150.952.MArrh rrrh rMPa sr hn656667dV Vdp 0dmdVdVVddV