第五章_大中橋橋孔設計課件

1、5.1 橋涵水文勘測設計的基本知識 5.2 設計水位 5.3 橋位河段河道演變和橋孔布置原則5.4 橋梁孔徑計算5.5 橋梁高程設計建橋以后，河流受到建橋以后，河流受到橋頭引道的壓縮橋頭引道的壓縮和和墩臺墩臺阻水阻水的影響，改變了的影響，改變了水流和泥沙運動水流和泥沙運動的天然的天然狀態(tài)，引起狀態(tài)，引起河床的沖淤變形河床的沖淤變形，導致水流對橋，導致水流對橋梁墩臺基礎的梁墩臺基礎的沖刷沖刷，危及橋梁的安全。因此，危及橋梁的安全。因此，孔徑的計算和布置，應以建橋前后橋位河段孔徑的計算和布置，應以建橋前后橋位河段內(nèi)水流和泥沙運動的客觀規(guī)律為依據(jù)。內(nèi)水流和泥沙運動的客觀規(guī)律為依據(jù)。5.1 5.1 橋

2、涵水文勘測設計的基本知識橋涵水文勘測設計的基本知識1、橋涵水文勘測的依據(jù)為、橋涵水文勘測的依據(jù)為鐵路工程水文勘鐵路工程水文勘測設計規(guī)范測設計規(guī)范或或公路工程水文勘測設計規(guī)范公路工程水文勘測設計規(guī)范等等2、橋涵水文勘測的主要任務、橋涵水文勘測的主要任務 編制預可研報告前，應對控制線路的橋編制預可研報告前，應對控制線路的橋渡進行紙上研究或利用航攝像片進行水渡進行紙上研究或利用航攝像片進行水文判釋，并去現(xiàn)場重點調(diào)查和核對。對文判釋，并去現(xiàn)場重點調(diào)查和核對。對線路可能通過地區(qū)的水文、大型水利設線路可能通過地區(qū)的水文、大型水利設施、地形和地質(zhì)特征等進行了解。施、地形和地質(zhì)特征等進行了解。 初測期間應為可

3、行性研究提供必要的資初測期間應為可行性研究提供必要的資料。為不同的工程需要提供相應的資料。料。為不同的工程需要提供相應的資料。若水位因素特別復雜時，除汛期內(nèi)必須若水位因素特別復雜時，除汛期內(nèi)必須進行實地水文觀測外，必要時還應進行進行實地水文觀測外，必要時還應進行水工模型試驗水工模型試驗 定測期間應根據(jù)可行性研究報告批復意定測期間應根據(jù)可行性研究報告批復意見，對初測資料進行核對和補充。如初見，對初測資料進行核對和補充。如初測后發(fā)生較大洪水應進行補測。測后發(fā)生較大洪水應進行補測。橋橋涵涵勘勘測測內(nèi)內(nèi)容容資料資料收集收集地形資料地形資料水文資料水文資料降水資料降水資料流冰、流木資料流冰、流木資料通航

4、資料通航資料地質(zhì)資料地質(zhì)資料其他資料其他資料橋梁測繪工作橋梁測繪工作：橋渡總平面圖、橋址平面圖、縱斷面圖等橋渡總平面圖、橋址平面圖、縱斷面圖等水文調(diào)水文調(diào)查工作查工作洪水調(diào)查洪水調(diào)查河道調(diào)查河道調(diào)查冰凌調(diào)查冰凌調(diào)查匯水區(qū)流域特征調(diào)查匯水區(qū)流域特征調(diào)查其他其他水文測水文測繪工作繪工作水文斷面測繪水文斷面測繪水文平面關系的測繪水文平面關系的測繪水面坡度圖的測繪水面坡度圖的測繪其他工作其他工作橋涵水文設計橋涵水文設計的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容橋位的選擇橋位的選擇設計洪水的計算設計洪水的計算橋梁孔徑的設計橋梁孔徑的設計橋前壅水的計算橋前壅水的計算橋梁標高的確定橋梁標高的確定橋梁墩臺沖刷的計算橋梁墩臺沖刷的計

5、算調(diào)治構造物的設計調(diào)治構造物的設計5.2 5.2 設計水位設計水位1、設計水位是指橋位設計斷面上相應于設計、設計水位是指橋位設計斷面上相應于設計流量的水位。由于設計流量的通過頻率曲線推流量的水位。由于設計流量的通過頻率曲線推求的，因此與其相應的水位也不可能直接測量，求的，因此與其相應的水位也不可能直接測量，而是通過延長而是通過延長Q-H曲線求得曲線求得2、水位與流量的關系、水位與流量的關系 較穩(wěn)定的水位與流量的關系較穩(wěn)定的水位與流量的關系 不穩(wěn)定的水位與流量關系曲線不穩(wěn)定的水位與流量關系曲線設設計計水水位位的的推推求求當有實測的斷面水文資料時：當有實測的斷面水文資料時：可通過直接可通過直接延長

6、延長Q-H曲線來求得設計流量對應的設計水位曲線來求得設計流量對應的設計水位如果橋位斷面沒有實測資料，而橋位斷如果橋位斷面沒有實測資料，而橋位斷面附近有實測資料，若兩斷面的流域面面附近有實測資料，若兩斷面的流域面積不超過積不超過5：可通過水文斷面處的資料來推求可通過水文斷面處的資料來推求橋位斷面處的資料橋位斷面處的資料當水面比將均一，河道順直，河床斷面當水面比將均一，河道順直，河床斷面較規(guī)整的穩(wěn)定均勻流河段，河底縱坡均較規(guī)整的穩(wěn)定均勻流河段，河底縱坡均一時：一時：可利用水力學公式求得設計水位可利用水力學公式求得設計水位當橋址附近河床斷面規(guī)則，并有多年歷當橋址附近河床斷面規(guī)則，并有多年歷史洪水資料

7、時：史洪水資料時：可利用水文統(tǒng)計法推求設計水位可利用水文統(tǒng)計法推求設計水位5.3 5.3 橋位河段河道演變和橋孔布置原則橋位河段河道演變和橋孔布置原則1、橋位河段的縱向變形、橋位河段的縱向變形 由于絕大多數(shù)的橋位是處于緩流河段，因此由于絕大多數(shù)的橋位是處于緩流河段，因此這里僅研究緩流河段的水流圖式。如圖這里僅研究緩流河段的水流圖式。如圖5-7。 橋位河段的水流圖式，反映了建橋后水流和橋位河段的水流圖式，反映了建橋后水流和泥沙運動的變化，并表現(xiàn)了橋孔長度、橋前壅泥沙運動的變化，并表現(xiàn)了橋孔長度、橋前壅水和橋下沖刷三者之間的關系，應作為橋孔計水和橋下沖刷三者之間的關系，應作為橋孔計算時的分析依據(jù)。

8、算時的分析依據(jù)。橋橋位位河河段段的的平平面面變變形形蜿蜒河段：蜿蜒河段：當橋孔大于河主槽寬時，河曲仍能自當橋孔大于河主槽寬時，河曲仍能自然演變；當橋孔壓縮河灘時，河流的水流相對集中，然演變；當橋孔壓縮河灘時，河流的水流相對集中，在地質(zhì)條件允許沖刷時，橋下主槽有可能有可能擴寬，在地質(zhì)條件允許沖刷時，橋下主槽有可能有可能擴寬，使一部分河灘變?yōu)楹硬邸＿M而河流的過水斷面也將發(fā)使一部分河灘變?yōu)楹硬?。進而河流的過水斷面也將發(fā)生變化生變化順直微彎河段：順直微彎河段：在水流與河床的相互作用下，邊在水流與河床的相互作用下，邊灘下移發(fā)展，深槽將交替出現(xiàn)在橋渡斷面的左右兩岸灘下移發(fā)展，深槽將交替出現(xiàn)在橋渡斷面的左右

9、兩岸游蕩型河段：游蕩型河段：分兩種情況：一是設置長大導流堤，分兩種情況：一是設置長大導流堤，約束水流集中進入橋孔，加大單寬流量和流速，汊流約束水流集中進入橋孔，加大單寬流量和流速，汊流消失成為單一河道；二是橋孔不設導流堤約束水流，消失成為單一河道；二是橋孔不設導流堤約束水流，河段極不穩(wěn)定，橋渡斷面任何地方均可能變?yōu)樯畈邸⒑佣螛O不穩(wěn)定，橋渡斷面任何地方均可能變?yōu)樯畈?、心灘或邊灘心灘或邊?.3橋橋孔孔布布設設橋梁孔徑布置的一般原則橋梁孔徑布置的一般原則不同類型不同類型河段上，河段上，橋梁孔徑橋梁孔徑布設的具布設的具體要求體要求橋孔布設應與天然河流斷面流量分配相適應橋孔布設應與天然河流斷面流量分配

10、相適應在內(nèi)河通航的河段上，通航孔布設應符合相在內(nèi)河通航的河段上，通航孔布設應符合相應要求，并應充分考慮河床演變和不同水位應要求，并應充分考慮河床演變和不同水位所引起的通航變化所引起的通航變化主流深泓線上或主航道上不宜布設橋墩；在主流深泓線上或主航道上不宜布設橋墩；在斷層、陷穴地段也不宜布設墩臺斷層、陷穴地段也不宜布設墩臺在有水流、流木河段上，橋孔應適當放大在有水流、流木河段上，橋孔應適當放大山區(qū)河流橋孔布設原則山區(qū)河流橋孔布設原則平原河流橋孔布設原則平原河流橋孔布設原則山前區(qū)河流橋孔布設原則山前區(qū)河流橋孔布設原則5.4 5.4 橋梁孔徑計算橋梁孔徑計算橋梁孔徑橋梁孔徑 橋孔長度橋孔長度：設計水

11、位處兩橋臺前緣之間（埋入：設計水位處兩橋臺前緣之間（埋入式橋臺則為兩橋臺護坡坡面之間）的水面寬度。式橋臺則為兩橋臺護坡坡面之間）的水面寬度。橋梁孔徑橋梁孔徑：橋孔長度扣除全部橋墩寬度（順橋方：橋孔長度扣除全部橋墩寬度（順橋方向）后，稱為橋孔凈長，也稱橋梁孔徑向）后，稱為橋孔凈長，也稱橋梁孔徑一、鐵路橋梁孔徑計算一、鐵路橋梁孔徑計算 1、設計流速、設計流速 在橋渡設計中，總是希望在不引起強烈河床在橋渡設計中，總是希望在不引起強烈河床變形的前提下，橋下過水斷面能夠發(fā)揮其最大過變形的前提下，橋下過水斷面能夠發(fā)揮其最大過水能力。當建橋后，由于橋孔壓縮河道，橋下流水能力。當建橋后，由于橋孔壓縮河道，橋下

12、流速增大，引起河流沖刷，進而流速降低。一般當速增大，引起河流沖刷，進而流速降低。一般當流速降低到天然流速時，河流就停止沖刷。所以流速降低到天然流速時，河流就停止沖刷。所以一般都采用一般都采用天然河槽平均流速作為河槽沖刷停止天然河槽平均流速作為河槽沖刷停止時的平均流速。時的平均流速。2、孔徑計算、孔徑計算（1）沖刷系數(shù)計算）沖刷系數(shù)計算 P=橋下需要的過水斷面面積橋下需要的過水斷面面積/橋下供給的過水斷面面積橋下供給的過水斷面面積 當橋梁允許沖刷時，其沖刷系數(shù)也不應超過當橋梁允許沖刷時，其沖刷系數(shù)也不應超過表表5-2所給數(shù)值。不允許沖刷時，應采取鋪砌防所給數(shù)值。不允許沖刷時，應采取鋪砌防沖的方法

13、，而對于大中橋則不宜采用該方法。沖的方法，而對于大中橋則不宜采用該方法。（2）孔徑計算）孔徑計算 是用過水斷面積來表示的。是用過水斷面積來表示的。cosppgPvQw 水流通過墩臺側(cè)面時，由于墩臺側(cè)面對水流的摩水流通過墩臺側(cè)面時，由于墩臺側(cè)面對水流的摩擦力而形成的渦流同樣占據(jù)水流通過面積，其對擦力而形成的渦流同樣占據(jù)水流通過面積，其對橋下過水面積的折減用橋下過水面積的折減用表示，有效過水面積：表示，有效過水面積：橋下毛過水面積橋墩阻水面積二、公路橋梁孔徑計算二、公路橋梁孔徑計算 1、過水斷面法、過水斷面法 建橋后，橋墩所占面積阻擋了水流的通過，建橋后，橋墩所占面積阻擋了水流的通過，進而引起橋下

14、過水面積的折減，用折減系數(shù)表示進而引起橋下過水面積的折減，用折減系數(shù)表示凈過水面積有效橋下凈過水面積等于橋下毛過水面積減去墩臺阻橋下凈過水面積等于橋下毛過水面積減去墩臺阻水面積：水面積：橋下通過設計流量橋下通過設計流量Qp時，需要的過水凈面積為時，需要的過水凈面積為毛毛凈ppPvQ凈所以，橋下通過設計流量所以，橋下通過設計流量Qp時，需要的毛過水時，需要的毛過水面積為：面積為：ppPv1Q毛 針對不同的河段，其具體計算方法有：針對不同的河段，其具體計算方法有：（1）峽谷河段：不宜壓縮河槽，可不做計算）峽谷河段：不宜壓縮河槽，可不做計算（2）開闊、微彎順直、分汊、彎曲河段及灘、）開闊、微彎順直、

15、分汊、彎曲河段及灘、槽可分的不穩(wěn)定河段槽可分的不穩(wěn)定河段（3）寬灘河段）寬灘河段（4）灘槽難分的不穩(wěn)定河段）灘槽難分的不穩(wěn)定河段2、經(jīng)驗公式法、經(jīng)驗公式法 公路規(guī)范中的橋孔長度是指在一定的水力、公路規(guī)范中的橋孔長度是指在一定的水力、泥沙及河床條件下，通過設計洪水流量時橋下過泥沙及河床條件下，通過設計洪水流量時橋下過水斷面必須具有的橋孔最小凈長度。水斷面必須具有的橋孔最小凈長度。兩種方法的適應范圍：兩種方法的適應范圍： 過水斷面法：適用于細顆粒、均勻的沙質(zhì)河過水斷面法：適用于細顆粒、均勻的沙質(zhì)河床，平原穩(wěn)定性河床床，平原穩(wěn)定性河床 經(jīng)驗公式法：適用于大顆粒、寬淺變遷性河經(jīng)驗公式法：適用于大顆粒、

16、寬淺變遷性河床等不穩(wěn)定性河床床等不穩(wěn)定性河床5.5 5.5 橋梁高程設計橋梁高程設計引起引起橋下橋下水位水位升高升高的因的因素素壅水壅水：建橋后，天然水流受到橋孔壓縮，橋前形建橋后，天然水流受到橋孔壓縮，橋前形成壅水。天然水面以上壅起的高度，稱為壅水高度成壅水。天然水面以上壅起的高度，稱為壅水高度波浪波浪：水面受風的作用而呈現(xiàn)起伏波動，并沿風向：水面受風的作用而呈現(xiàn)起伏波動，并沿風向傳播，形成波浪。橋位處河流洪水的波浪高度一般傳播，形成波浪。橋位處河流洪水的波浪高度一般通過調(diào)查確定。計算橋面高程時，從橋位靜水面算通過調(diào)查確定。計算橋面高程時，從橋位靜水面算起，計入波浪高度的起，計入波浪高度的2/3。河灣超高河灣超高：河灣處水位超高值計算公式，計算橋面：河灣處水位超高值計算公式，計算橋面高程時，可計入河灣水位超高值的高程時，可計入河灣水位超高值的1/2急流河槽中橋墩的水流沖擊高度急流河槽中橋墩的水流沖擊高度：在確定急流河槽：在確定急流河槽橋面高程時，不計壅水高度，而計入水流沖擊高度橋面高程時，不計壅水高度，而計入水流沖擊高度其他因素其他因素：