第五章_大中橋橋孔設(shè)計(jì)課件

1、5.1 橋涵水文勘測(cè)設(shè)計(jì)的基本知識(shí) 5.2 設(shè)計(jì)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(jì)算5.5 橋梁高程設(shè)計(jì)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(tái)墩臺(tái)阻水阻水的影響，改變了的影響，改變了水流和泥沙運(yùn)動(dòng)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)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(dǎo)致水流對(duì)橋，導(dǎo)致水流對(duì)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的梁墩臺(tái)基礎(chǔ)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(jì)算和布置，應(yīng)以建橋前后橋位河段孔徑的計(jì)算和布置，應(yīng)以建橋前后橋位河段內(nèi)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律為依據(jù)。內(nèi)水流和泥沙運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律為依據(jù)。5.1 5.1 橋

2、涵水文勘測(cè)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)橋涵水文勘測(cè)設(shè)計(jì)的基本知識(shí)1、橋涵水文勘測(cè)的依據(jù)為、橋涵水文勘測(cè)的依據(jù)為鐵路工程水文勘鐵路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范或或公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范公路工程水文勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范等等2、橋涵水文勘測(cè)的主要任務(wù)、橋涵水文勘測(cè)的主要任務(wù) 編制預(yù)可研報(bào)告前，應(yīng)對(duì)控制線路的橋編制預(yù)可研報(bào)告前，應(yīng)對(duì)控制線路的橋渡進(jìn)行紙上研究或利用航攝像片進(jìn)行水渡進(jìn)行紙上研究或利用航攝像片進(jìn)行水文判釋?zhuān)⑷ガF(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)調(diào)查和核對(duì)。對(duì)文判釋?zhuān)⑷ガF(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)調(diào)查和核對(duì)。對(duì)線路可能通過(guò)地區(qū)的水文、大型水利設(shè)線路可能通過(guò)地區(qū)的水文、大型水利設(shè)施、地形和地質(zhì)特征等進(jìn)行了解。施、地形和地質(zhì)特征等進(jìn)行了解。 初測(cè)期間應(yīng)為可

3、行性研究提供必要的資初測(cè)期間應(yīng)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(yīng)的資料。料。為不同的工程需要提供相應(yīng)的資料。若水位因素特別復(fù)雜時(shí)，除汛期內(nèi)必須若水位因素特別復(fù)雜時(shí)，除汛期內(nèi)必須進(jìn)行實(shí)地水文觀測(cè)外，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行進(jìn)行實(shí)地水文觀測(cè)外，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行水工模型試驗(yàn)水工模型試驗(yàn) 定測(cè)期間應(yīng)根據(jù)可行性研究報(bào)告批復(fù)意定測(cè)期間應(yīng)根據(jù)可行性研究報(bào)告批復(fù)意見(jiàn)，對(duì)初測(cè)資料進(jìn)行核對(duì)和補(bǔ)充。如初見(jiàn)，對(duì)初測(cè)資料進(jìn)行核對(duì)和補(bǔ)充。如初測(cè)后發(fā)生較大洪水應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。測(cè)后發(fā)生較大洪水應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)。橋橋涵涵勘勘測(cè)測(cè)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(cè)繪工作橋梁測(cè)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(cè)水文測(cè)繪工作繪工作水文斷面測(cè)繪水文斷面測(cè)繪水文平面關(guān)系的測(cè)繪水文平面關(guān)系的測(cè)繪水面坡度圖的測(cè)繪水面坡度圖的測(cè)繪其他工作其他工作橋涵水文設(shè)計(jì)橋涵水文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容橋位的選擇橋位的選擇設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算設(shè)計(jì)洪水的計(jì)算橋梁孔徑的設(shè)計(jì)橋梁孔徑的設(shè)計(jì)橋前壅水的計(jì)算橋前壅水的計(jì)算橋梁標(biāo)高的確定橋梁標(biāo)高的確定橋梁墩臺(tái)沖刷的計(jì)算橋梁墩臺(tái)沖刷的計(jì)

5、算調(diào)治構(gòu)造物的設(shè)計(jì)調(diào)治構(gòu)造物的設(shè)計(jì)5.2 5.2 設(shè)計(jì)水位設(shè)計(jì)水位1、設(shè)計(jì)水位是指橋位設(shè)計(jì)斷面上相應(yīng)于設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)水位是指橋位設(shè)計(jì)斷面上相應(yīng)于設(shè)計(jì)流量的水位。由于設(shè)計(jì)流量的通過(guò)頻率曲線推流量的水位。由于設(shè)計(jì)流量的通過(guò)頻率曲線推求的，因此與其相應(yīng)的水位也不可能直接測(cè)量，求的，因此與其相應(yīng)的水位也不可能直接測(cè)量，而是通過(guò)延長(zhǎng)而是通過(guò)延長(zhǎng)Q-H曲線求得曲線求得2、水位與流量的關(guān)系、水位與流量的關(guān)系 較穩(wěn)定的水位與流量的關(guān)系較穩(wěn)定的水位與流量的關(guān)系 不穩(wěn)定的水位與流量關(guān)系曲線不穩(wěn)定的水位與流量關(guān)系曲線設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)水水位位的的推推求求當(dāng)有實(shí)測(cè)的斷面水文資料時(shí)：當(dāng)有實(shí)測(cè)的斷面水文資料時(shí)：可通過(guò)直接可通過(guò)直接延長(zhǎng)

6、延長(zhǎng)Q-H曲線來(lái)求得設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)水位曲線來(lái)求得設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)水位如果橋位斷面沒(méi)有實(shí)測(cè)資料，而橋位斷如果橋位斷面沒(méi)有實(shí)測(cè)資料，而橋位斷面附近有實(shí)測(cè)資料，若兩斷面的流域面面附近有實(shí)測(cè)資料，若兩斷面的流域面積不超過(guò)積不超過(guò)5：可通過(guò)水文斷面處的資料來(lái)推求可通過(guò)水文斷面處的資料來(lái)推求橋位斷面處的資料橋位斷面處的資料當(dāng)水面比將均一，河道順直，河床斷面當(dāng)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(shí)：一時(shí)：可利用水力學(xué)公式求得設(shè)計(jì)水位可利用水力學(xué)公式求得設(shè)計(jì)水位當(dāng)橋址附近河床斷面規(guī)則，并有多年歷當(dāng)橋址附近河床斷面規(guī)則，并有多年歷史洪水資料

7、時(shí)：史洪水資料時(shí)：可利用水文統(tǒng)計(jì)法推求設(shè)計(jì)水位可利用水文統(tǒng)計(jì)法推求設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)的變化，并表現(xiàn)了橋孔長(zhǎng)度、橋前壅泥沙運(yùn)動(dòng)的變化，并表現(xiàn)了橋孔長(zhǎng)度、橋前壅水和橋下沖刷三者之間的關(guān)系，應(yīng)作為橋孔計(jì)水和橋下沖刷三者之間的關(guān)系，應(yīng)作為橋孔計(jì)算時(shí)的分析依據(jù)。

8、算時(shí)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(dāng)橋孔大于河主槽寬時(shí)，河曲仍能自當(dāng)橋孔大于河主槽寬時(shí)，河曲仍能自然演變；當(dāng)橋孔壓縮河灘時(shí)，河流的水流相對(duì)集中，然演變；當(dāng)橋孔壓縮河灘時(shí)，河流的水流相對(duì)集中，在地質(zhì)條件允許沖刷時(shí)，橋下主槽有可能有可能擴(kuò)寬，在地質(zhì)條件允許沖刷時(shí)，橋下主槽有可能有可能擴(kuò)寬，使一部分河灘變?yōu)楹硬?。進(jìn)而河流的過(guò)水?dāng)嗝嬉矊l(fā)使一部分河灘變?yōu)楹硬?。進(jìn)而河流的過(guò)水?dāng)嗝嬉矊l(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(shè)置長(zhǎng)大導(dǎo)流堤，分兩種情況：一是設(shè)置長(zhǎng)大導(dǎo)流堤，約束水流集中進(jìn)入橋孔，加大單寬流量和流速，汊流約束水流集中進(jìn)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(shè)導(dǎo)流堤約束水流，消失成為單一河道；二是橋孔不設(shè)導(dǎo)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?、河段極不穩(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(shè)設(shè)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(lèi)型不同類(lèi)型河段上，河段上，橋梁孔徑橋梁孔徑布設(shè)的具布設(shè)的具體要求體要求橋孔布設(shè)應(yīng)與天然河流斷面流量分配相適應(yīng)橋孔布設(shè)應(yīng)與天然河流斷面流量分配

10、相適應(yīng)在內(nèi)河通航的河段上，通航孔布設(shè)應(yīng)符合相在內(nèi)河通航的河段上，通航孔布設(shè)應(yīng)符合相應(yīng)要求，并應(yīng)充分考慮河床演變和不同水位應(yīng)要求，并應(yīng)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(shè)橋墩；在主流深泓線上或主航道上不宜布設(shè)橋墩；在斷層、陷穴地段也不宜布設(shè)墩臺(tái)斷層、陷穴地段也不宜布設(shè)墩臺(tái)在有水流、流木河段上，橋孔應(yīng)適當(dāng)放大在有水流、流木河段上，橋孔應(yīng)適當(dāng)放大山區(qū)河流橋孔布設(shè)原則山區(qū)河流橋孔布設(shè)原則平原河流橋孔布設(shè)原則平原河流橋孔布設(shè)原則山前區(qū)河流橋孔布設(shè)原則山前區(qū)河流橋孔布設(shè)原則5.4 5.4 橋梁孔徑計(jì)算橋梁孔徑計(jì)算橋梁孔徑橋梁孔徑 橋孔長(zhǎng)度橋孔長(zhǎng)度：設(shè)計(jì)水

11、位處兩橋臺(tái)前緣之間（埋入：設(shè)計(jì)水位處兩橋臺(tái)前緣之間（埋入式橋臺(tái)則為兩橋臺(tái)護(hù)坡坡面之間）的水面寬度。式橋臺(tái)則為兩橋臺(tái)護(hù)坡坡面之間）的水面寬度。橋梁孔徑橋梁孔徑：橋孔長(zhǎng)度扣除全部橋墩寬度（順橋方：橋孔長(zhǎng)度扣除全部橋墩寬度（順橋方向）后，稱(chēng)為橋孔凈長(zhǎng)，也稱(chēng)橋梁孔徑向）后，稱(chēng)為橋孔凈長(zhǎng)，也稱(chēng)橋梁孔徑一、鐵路橋梁孔徑計(jì)算一、鐵路橋梁孔徑計(jì)算 1、設(shè)計(jì)流速、設(shè)計(jì)流速 在橋渡設(shè)計(jì)中，總是希望在不引起強(qiáng)烈河床在橋渡設(shè)計(jì)中，總是希望在不引起強(qiáng)烈河床變形的前提下，橋下過(guò)水?dāng)嗝婺軌虬l(fā)揮其最大過(guò)變形的前提下，橋下過(guò)水?dāng)嗝婺軌虬l(fā)揮其最大過(guò)水能力。當(dāng)建橋后，由于橋孔壓縮河道，橋下流水能力。當(dāng)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(jìn)而流速降低。一般當(dāng)速增大，引起河流沖刷，進(jìn)而流速降低。一般當(dāng)流速降低到天然流速時(shí)，河流就停止沖刷。所以流速降低到天然流速時(shí)，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(shí)的平均流速。時(shí)的平均流速。2、孔徑計(jì)算、孔徑計(jì)算（1）沖刷系數(shù)計(jì)算）沖刷系數(shù)計(jì)算 P=橋下需要的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e橋下需要的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e/橋下供給的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e橋下供給的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e 當(dāng)橋梁允許沖刷時(shí)，其沖刷系數(shù)也不應(yīng)超過(guò)當(dāng)橋梁允許沖刷時(shí)，其沖刷系數(shù)也不應(yīng)超過(guò)表表5-2所給數(shù)值。不允許沖刷時(shí)，應(yīng)采取鋪砌防所給數(shù)值。不允許沖刷時(shí)，應(yīng)采取鋪砌防沖的方法

13、，而對(duì)于大中橋則不宜采用該方法。沖的方法，而對(duì)于大中橋則不宜采用該方法。（2）孔徑計(jì)算）孔徑計(jì)算 是用過(guò)水?dāng)嗝娣e來(lái)表示的。是用過(guò)水?dāng)嗝娣e來(lái)表示的。cosppgPvQw 水流通過(guò)墩臺(tái)側(cè)面時(shí)，由于墩臺(tái)側(cè)面對(duì)水流的摩水流通過(guò)墩臺(tái)側(cè)面時(shí)，由于墩臺(tái)側(cè)面對(duì)水流的摩擦力而形成的渦流同樣占據(jù)水流通過(guò)面積，其對(duì)擦力而形成的渦流同樣占據(jù)水流通過(guò)面積，其對(duì)橋下過(guò)水面積的折減用橋下過(guò)水面積的折減用表示，有效過(guò)水面積：表示，有效過(guò)水面積：橋下毛過(guò)水面積橋墩阻水面積二、公路橋梁孔徑計(jì)算二、公路橋梁孔徑計(jì)算 1、過(guò)水?dāng)嗝娣?、過(guò)水?dāng)嗝娣?建橋后，橋墩所占面積阻擋了水流的通過(guò)，建橋后，橋墩所占面積阻擋了水流的通過(guò)，進(jìn)而引起橋下

14、過(guò)水面積的折減，用折減系數(shù)表示進(jìn)而引起橋下過(guò)水面積的折減，用折減系數(shù)表示凈過(guò)水面積有效橋下凈過(guò)水面積等于橋下毛過(guò)水面積減去墩臺(tái)阻橋下凈過(guò)水面積等于橋下毛過(guò)水面積減去墩臺(tái)阻水面積：水面積：橋下通過(guò)設(shè)計(jì)流量橋下通過(guò)設(shè)計(jì)流量Qp時(shí)，需要的過(guò)水凈面積為時(shí)，需要的過(guò)水凈面積為毛毛凈ppPvQ凈所以，橋下通過(guò)設(shè)計(jì)流量所以，橋下通過(guò)設(shè)計(jì)流量Qp時(shí)，需要的毛過(guò)水時(shí)，需要的毛過(guò)水面積為：面積為：ppPv1Q毛 針對(duì)不同的河段，其具體計(jì)算方法有：針對(duì)不同的河段，其具體計(jì)算方法有：（1）峽谷河段：不宜壓縮河槽，可不做計(jì)算）峽谷河段：不宜壓縮河槽，可不做計(jì)算（2）開(kāi)闊、微彎順直、分汊、彎曲河段及灘、）開(kāi)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(yàn)公式法、經(jīng)驗(yàn)公式法 公路規(guī)范中的橋孔長(zhǎng)度是指在一定的水力、公路規(guī)范中的橋孔長(zhǎng)度是指在一定的水力、泥沙及河床條件下，通過(guò)設(shè)計(jì)洪水流量時(shí)橋下過(guò)泥沙及河床條件下，通過(guò)設(shè)計(jì)洪水流量時(shí)橋下過(guò)水?dāng)嗝姹仨毦哂械臉蚩鬃钚糸L(zhǎng)度。水?dāng)嗝姹仨毦哂械臉蚩鬃钚糸L(zhǎng)度。兩種方法的適應(yīng)范圍：兩種方法的適應(yīng)范圍： 過(guò)水?dāng)嗝娣ǎ哼m用于細(xì)顆粒、均勻的沙質(zhì)河過(guò)水?dāng)嗝娣ǎ哼m用于細(xì)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(yàn)公式法：適用于大顆粒、寬淺變遷性河經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)橋梁高程設(shè)計(jì)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(chēng)為壅水高度成壅水。天然水面以上壅起的高度，稱(chēng)為壅水高度波浪波浪：水面受風(fēng)的作用而呈現(xiàn)起伏波動(dòng)，并沿風(fēng)向：水面受風(fēng)的作用而呈現(xiàn)起伏波動(dòng)，并沿風(fēng)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(guò)調(diào)查確定。計(jì)算橋面高程時(shí)，從橋位靜水面算通過(guò)調(diào)查確定。計(jì)算橋面高程時(shí)，從橋位靜水面算起，計(jì)入波浪高度的起，計(jì)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(jì)算公式，計(jì)算橋面：河灣處水位超高值計(jì)算公式，計(jì)算橋面高程時(shí)，可計(jì)入河灣水位超高值的高程時(shí)，可計(jì)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(shí)，不計(jì)壅水高度，而計(jì)入水流沖擊高度橋面高程時(shí)，不計(jì)壅水高度，而計(jì)入水流沖擊高度其他因素其他因素：