流体力学课件

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悬索桥抗风悬索桥抗风 悬索桥采用刚性梁或刚桁架桥面有利于抗风，但却会增加钢的悬索桥采用刚性梁或刚桁架桥面有利于抗风，但却会增加钢的用量和造价。用量和造价。 降低造价的尝试，酿成了塔科玛海峡大桥的事故。降低造价的尝试，酿成了塔科玛海峡大桥的事故。8级、级、67.5km/h，先上下波动近，先上下波动近1m，后又左右摆动，幅度达，后又左右摆动，幅度达8.5m。 事故发生时，好莱坞有个拍摄组刚好在桥边拍摄电影，故记录事故发生时，好莱坞有个拍摄组刚好在桥边拍摄电影，故记录下了桥垮的整个过程。下了桥垮的整个过程。 美国空气动力学家美国空气动力学家 冯冯.

3、 .卡门卡门 研究了悬索桥的风荷载问题，于研究了悬索桥的风荷载问题，于1954年在年在空气动力学的发展空气动力学的发展一书中分析说：塔科玛海峡大桥的一书中分析说：塔科玛海峡大桥的设计者想建造一个较便宜的结构，采用了平板代替桁架作为边墙，设计者想建造一个较便宜的结构，采用了平板代替桁架作为边墙，不幸，这些平板引起了漩涡的发放，使桥身开始扭转振动，其破坏不幸，这些平板引起了漩涡的发放，使桥身开始扭转振动，其破坏是振动与漩涡发放发生共振而引起的。是振动与漩涡发放发生共振而引起的。Tacoma Narrows Bridge采用板梁加劲梁采用板梁加劲梁高跨比高跨比1:350，细长，细长未考虑脉动风涡动力

4、作用未考虑脉动风涡动力作用导致风毁导致风毁Tacoma Narrows Bridge 风毁后风毁后Golden gate bridge 进行了加固进行了加固19501950年重修，桥面采用透风格栅年重修，桥面采用透风格栅加劲梁有孔，以削弱涡流，减轻作用的扭矩加劲梁有孔，以削弱涡流，减轻作用的扭矩回到了气动性能好的空腹桁架梁回到了气动性能好的空腹桁架梁成为二战前悬索桥的基本形式成为二战前悬索桥的基本形式7“豆腐渣豆腐渣”工程引发技术革新工程引发技术革新8美式悬索桥的桁架梁美式悬索桥的桁架梁9欧式悬索桥采用设置钢横梁的单室箱梁欧式悬索桥采用设置钢横梁的单室箱梁10西堠门大桥西堠门大桥 分离式箱梁分

5、离式箱梁11pminEDxCABUmax边界层外边界边界层外边界yU (x)F分离点分离点13流线型设计流线型设计比如飞机、轮船比如飞机、轮船渗流渗流渗流流体在流体在孔隙介质孔隙介质中的流动中的流动地下水流动地下水流动水在土孔隙介质中的流动水在土孔隙介质中的流动渗流理论在土木工程中为地下水资源的开发、降低渗流理论在土木工程中为地下水资源的开发、降低地下水位、防止建筑物地基发生渗流变形、排水固结等地下水位、防止建筑物地基发生渗流变形、排水固结等提供了理论依据提供了理论依据坝下渗流土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层 土石坝坝基坝身渗流透水层不透水层基坑板桩墙板桩围护下的基坑渗流水井渗流透水层

6、不透水层天然水面漏斗状潜水面Q渗流作用造成大坝塌方2525基坑支护基坑支护洪水扫过下游洪水扫过下游谷底，附近所谷底，附近所有设施被彻底有设施被彻底摧毁摧毁渗透破坏水力劈裂渗透破坏水力劈裂Teton Dam (USA)九江大堤决口九江大堤决口 溃口原因：堤基管涌溃口原因：堤基管涌1998年8月7日13:10发生管涌险情，20分钟后，在堤外迎水面找到2处进水口又过又过2020分钟，防分钟，防水墙后的土堤突水墙后的土堤突然塌陷出然塌陷出1 1个洞，个洞，5m宽的堤顶随即宽的堤顶随即全部塌陷，并很全部塌陷，并很快形成一宽约快形成一宽约62m的溃口。的溃口。 渗透破坏渗透破坏长江堤防工程堤基管涌发生发展

7、过程示意图长江堤防工程堤基管涌发生发展过程示意图砂砂环环管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土渗水渗水杂填土杂填土管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒，管涌：在渗流作用下，无粘性土体中的细小颗粒， 通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。通过土的孔隙，发生移动或被水流带出的现象。 堤基管涌堤基管涌渗透破坏渗透破坏管涌管涌砂环砂环砂性土堤基管涌破坏示意图砂性土堤基管涌破坏示意图管涌破坏管涌破坏当管涌发生时，当管涌发生时，渗流将导致向源渗流将导致向源侵蚀，使堤防基侵蚀，使堤防基础下部出现渗流础下部出现渗流通道通道当水头差足够大时，当水头差足够大时，侵蚀将加速侵蚀将加速并掏挖堤防基础。并掏挖堤

8、防基础。形成通道后极易形成通道后极易引起溃决引起溃决渗透破坏渗透破坏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