桥渡设计.ppt

1、水力学与水力学与桥涵水文桥涵水文第第1章章 绪论绪论第第2章章 水静力学水静力学学习目的与任务n运用水力水文的有关知识，进行综合分析，对大中桥进行桥位设计。掌握在不同情况下推求桥涵断面的设计流量的基本理论和方法（资料充分，不充分，没有统计资料等等）了解合理选择桥位的原则掌握确定桥孔长度和桥面最低高程、确定最大冲刷线高程以及墩台基底埋置深度的基本理论和方法水力学三大假定n连续介质假定n液体质点完全充满所占空间而没有任何空隙存在；n不可压缩液体假定n液体的密度和体积不随压力而变化；n理想液体假定n液体具有运动状态下抵抗剪切变形的能力，称之为黏性，假定无黏性的液体称之为理想液体。水静力学n静水压强定

2、义及其特性n方向（作用面的内法向）n大小（与受压面方位无关，只与该点在液面下的 位置有关，即任意一点上各个方向的静水压强大小相等）limwPpWn液体中压强相等的各点所组成的面叫等压面，可以是平面也可以是曲面。n注意使用条件（必须是相连通的同一种液体，也即连通器原理）。n静水压强的表示n绝对压强、相对压强、真空值n注意单位统一（国际有SI,液柱高度）n1工程大气压=760mm汞柱=10m水柱=98kPa静水压强的基本方程n重力作用下静水压强的基本方程（水静力学基本方程）0pph静水压强分布规律n位置水头和位能 (z相对于基准面)n压强水头和压能n测压管水头和势能(p绝对压强时称为测压管水头)p

3、作用在平面上的静水总压力n解析法sindPpdWhdWydWsinsinWWWWWPdPpdWhdWydWydWcWydWy WsinccPy Wp W大小、方向、作用点2sinsinDWWWPyydPyydWy dWsinDxPyI2xccIIy W根据合力矩定理：sinccDccPy WIyyy W代 入 上 式 得 到 ：图解法曲面上的静水总压力coscosxzdPdPhdWhdWsinsinZxdPdPhdWhdWxCzczPh Wp WzPV压力体n以自由水面（或其延长线）为顶，以曲面为底，以相切于曲面四周的铅垂平面为侧面的脱离体。n分为虚实压力体，根据压力体和液体与曲面是否同侧划分

4、n掌握掌握河流的形成和基本特征n掌握掌握桥位设计中河段的分类n掌握流域的概念及流域面积的确定方法n掌握掌握河川径流形成过程及影响因素n了解了解我国径流的补给类型n掌握掌握泥沙运动和河床演变的机理n了解了解河川水文资料的观测方法n掌握掌握水文资料的搜集、整理以及资料的审查与分析方法n了解了解水位与流量关系曲线的作用及绘制方法。河川水文基础知识n河流的形成n降落到地面上的水除掉损失的一部分以外，在重力作用下沿降落到地面上的水除掉损失的一部分以外，在重力作用下沿着一定的方向和路径流动，这种水流称为地面径流地面径流着一定的方向和路径流动，这种水流称为地面径流地面径流长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最

5、后汇集而成河流。长期侵蚀地面，冲成沟壑，形成溪流，最后汇集而成河流。n河流的基本特征u 河流断面 （横、纵断面） u 河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连 线称之为深泓线，河流沿深泓线的断面称之为纵断面。u 河流长度u 河流比降（深泓线上单位长度内的平均落差称为比降）n河底比降相对较稳定n水面比降随不同水位变化n河流横比降洪泛滩区的横断面示意图7类河段峡谷型河段稳定性河段次稳定性河段变迁性河段游荡型河段宽滩性河段冲击漫流河段影响河川径流的三大因素p降雨p流域的植被和土壤情况p流域的面积及其地形泥沙运动n泥、土、沙、石泥沙在河槽内运动的状况，可分为悬移质推移质床沙n河流的冲刷与淤积构成演变粒径

6、级配曲线n平均粒径n中值粒径d50泥沙起动与输沙率n水深hn粒径dn起动流速v0泥沙的输沙率n推移质输沙率输沙率是单位时间内在过水断面单位河槽宽度上通过的推移质的质量。水流的挟沙能力n单位体积的水流能够挟带泥沙的最大数量n单位体积的水流所含悬移质的数量称为含沙量含沙量n若上游来沙量挟沙 （淤积）n否则冲刷河床演变n水流促使泥沙运动，使河床的形态不断发生变化，称为河床演变。p流域的产沙数量及其组成流域的产沙数量及其组成，对河流演变有很大影响，对河流演变有很大影响。例如黄河及华北地区的一些河流，河水的含沙量。例如黄河及华北地区的一些河流，河水的含沙量很大，河道下游淤积十分严重。很大，河道下游淤积十

7、分严重。p流量的大小和变化流量的大小和变化。流量越大，水流能挟沙的量就。流量越大，水流能挟沙的量就多多;流量变化越大，泥沙运动和河床变形就越剧烈。流量变化越大，泥沙运动和河床变形就越剧烈。p河床的土质和比降河床的土质和比降。土质坚实的河床。土质坚实的河床，变形缓慢，而土质松软的河床容易冲刷，变形缓慢，而土质松软的河床容易冲刷，变形急剧。河床比降大，水流急，易冲刷变形急剧。河床比降大，水流急，易冲刷;反之，易淤积。反之，易淤积。河川水文资料的观测方法n观测内容n水位 基面（青岛黄海平面）设备：水尺+水位计n流量/流速n泥沙n冰凌流量测算浮标法观测流量泥沙测算冰凌观测n地域性，一般秦岭淮河以北河流

8、n冰厚、冰温、冰块尺寸、流动速度等n了解内容水文资料的来源n水文站观测资料n洪水调查n文献考证水文计算断面*n定义：计算流量所依据的河流横断面n桥位上下游各一个过水断面水力三要素/教材56页n过水断面面积n湿周(过水断面上液体与固壁接触部分长度n水力半径(过水断面面积与湿周的比值）n上图为一半径为r=2m的半圆与正方形组成的过水断面，求其水力半径。22445.572221.22669.14rrRrrr谢才公式 /教材61页vC RJnv断面平均流速nR水力半径nC谢才系数/若用曼宁公式确定谢才系数，则成谢才曼宁公式nJ水力坡度/具体到洪水流量一般用比降。nn为粗糙系数161CRn水文计算断面的

9、流速和流量计算形态法推求洪水水位与洪水流量之间的关系n过水断面水力三要素n谢才公式n复式断面资料审查n可靠性(特别注意水尺位置、零点高程等变化可能导致的误差，要仔细核对)n代表性分析(统计计算的样本推算总体，一般要求实测大于20年，然后进行洪水调查与考证)n样本选择(特别注意不同成因导致的降水)水位流量关系曲线n为什么要建立此曲线水位容易量测高水位时流量的插补延长/高水位时间短，不容易测量n如何绘制水位流量曲线n如何延长此曲线n低水外延/顺势延长n高水外延/曼宁公式延长(n,J)桩号桩号P+300P+330P+380P+420P+430P+450P+520地面高程地面高程14314113612

10、5125136140某公路路线跨越一条河流，经勘测得到的形态断面见上图，已知洪水位为某公路路线跨越一条河流，经勘测得到的形态断面见上图，已知洪水位为138m，请将下述设计表格中相应部分填写表达式，完成相应流量的推求工作。（，请将下述设计表格中相应部分填写表达式，完成相应流量的推求工作。（E、G两列用表达式，其余结果用数值表示。两列用表达式，其余结果用数值表示。E列请用列请用C、D两列两列C1，C2,C3,C4,C5,C6,D1,D2,D3,D4,D5表示表示,G列列E1,E2,E3,E4,E5,F1,F2,F3,F4,F5表示表示） ltncnrtnJABCDEFG桩号桩号河床高河床高程程(m

11、)水深水深(m)间距间距(m)湿周湿周(m)过过 水水面面 积积(m2)合计合计1380+38013640+42012510+43012520+450136138036048521313222121DCC22232DCC22343DCC22454DCC22565DCC20300130150352/31/21111ltFJFnE2/31/21555rtFJFnE2/31/21234234234cFFFJFFFnEEE2035n330+（380-330）/(136-141)*(138-141)=360 n450+（520-450）/(140-136)*(138-136)=485 n了解了解河川水文

12、现象的特性与分析方法n熟悉熟悉样本、总体、频率、概率的概念，掌握累积频率、重现期、设计洪水频率的概念，了解选样的方法，了解频率的分布及特征n掌握掌握经验频率曲线的概念及绘制方法n掌握掌握理论频率曲线的概念及绘制方法，与统计参数的关系n掌握掌握用观测资料推求设计流量的方法以及用观测资料推求设计流量时抽样误差问题、相关分析问题、特大洪水的问题的处理方法大中桥设计流量推算n河川水文现象的三大特征n周期性n地区性n随机性n河川水文现象的分析方法n成因分析法n地区归纳法n水文统计法(目前大中桥水文分析计算的基本方法)水文统计法对水文资料的要求n可靠性n一致性n代表性水文统计的基本概念n随机事件、随机变量

13、n水文统计法是研究水文现象最大洪峰流量等作为随机变量出现规律的一种方法。 n机率、频率n理论上不同，但在本文中不作区分n累计频率、周期n某河在无限多年中，平均出现大于和等于该级流量的机会称为某及流量的的累计频率。其倒数为周期，也称重现期。 百年一遇？n设计流量n设计桥梁主要尺寸时采用的洪水流量称为设计流量。设计水位n设计洪水频率n规范中规定各种水文特征值的设计频率作为工程设计的标准，称为设计洪水频率。水文统计法就是根据频率曲线推算相应于设计洪水频率的流量，作为桥涵的设计流量。总体与样本n在水文统计中，包括整个资料的系列称之为总体。n水文计算中所依据的资料仅仅是总体的一部分，称为样本。n采用频率

14、计算时，要求实测洪水年数不少于20年。经验频率曲线与海森机率格纸海森机率格纸n1913年海森为了解决普通坐标纸上频率曲线两端曲率大，曲线不便外延的问题，提出使用正态机率,水文频率计算中采用的海森机率格纸是一种特殊的坐标系统，其纵坐标为均匀分格的常规数学坐标，横坐标与频率值（下侧概率）的标准正态分布分位数有关。由于标准正态分布分位数在P=50%处为零，而海森机率格纸在P=0.01%时的横坐标值为零.n海森机率海森机率格纸的问题 为了解决普通坐标纸上频率曲线两端曲率大，曲线不便外延的问题，1913年海森提出使用正态机率格纸，即以x为纵坐标，以 为横坐标，使正态曲线在这种图纸上呈直线形式。尽管水文变

15、量大多不呈正态分布，绘在海海森机率森机率格纸上的频率曲线仍是曲线，但曲率已大为减缓，所以生产上一直使用已印制好的海森机率海森机率格纸进行频率计算。八十年代以后，随着计算机的普及，水文频率计算由手工绘图到电脑绘示意图，由电脑示意图到自动绘制频率曲线，其中一个制约因素就是如何使电脑默认的普通坐标转换为海森海森机率机率坐标这一难题。而Excel软件却能很好地解决绘制海森海森机率机率格纸以及在其上标注频率点据，并绘制频率曲线的问题。 取P0为坐标原点，用下式将频率P的直角坐标即可转换成海海森机率森机率格纸的横坐标D： D=NORMSINV（P0）NORMSINV（P） （18） 式中，函数NORMSI

16、NV为返回累积标准正态分布对应的自变量。 用式（18）对频率P的坐标进行转换，即能方便地绘制海森机率海森机率格纸，也能把水文变量的经验频率点据和理论频率曲线自动绘制在海森机率海森机率格纸上，调整统计参数和选配理论频率曲线“所见即所得”，还可直接输出设计值和规范的频率计算图纸。 普通与海森机率格纸的对比理论频率曲线n常用的皮尔逊-III型曲线n流量与频率曲线n流量与累积频率曲线频率曲线的特征值：均值、中值和众值重要公式2ini=1iKn3没有百年资料不易得到合理结果没有百年资料不易得到合理结果主要针对累计频率曲线顶部如何将上述特性应用于适线法求解统计参数的过程中是本章的重点和难点之一。有观测资料

17、时设计流量的推算适线法的应用n求矩适线法1pvpQQC难难所谓所谓适线法适线法就是不断调整统计参数直至就是不断调整统计参数直至经验经验频率曲线频率曲线与与理论频率曲线理论频率曲线相符合的方法。相符合的方法。三点适线法111vQQC221vQQC331vQQC1133vvQQQCQQQC1133QQQQ3 11 313QQQ7-1212121313vvQQQCQQQC32321313vvQQQCQQQC132132131322QQQQQ7-13113311vvQCQC133 11 3vQQCQQ7-14何来？何来？vn如何判断理论频率曲线与经验点群符合的好与坏？n通过图形判断（本教材中采用） 根

18、据附录比较容易计算，不需要二次插值n通过误差来判断 需要二次插值，比较麻烦，但是容易判断是 否符合的好与坏抽样误差/结论：结论：Cs误差太大，基本不能通过公式误差太大，基本不能通过公式计算得到其值，所以广泛应用适线法。计算得到其值，所以广泛应用适线法。P165 （7-12）应为（7-15）回归分析回归分析n相关系数的绝对值大于相关系数的绝对值大于0.8n绝对值大于其可能发生的最大抽样误绝对值大于其可能发生的最大抽样误差差相关分析注意事项n注意选取两个水文站都有实测资料的年份进行统计n可以自己用驻值原理推导计算n不能忘记验证相关系数是否满足条件假设直线相关假设直线相关21111111nnniii

19、iiiinnniiiiixaxbx yxaby注意计算正确注意计算正确n注意验证相关系数注意验证相关系数课堂上操作一下例题课堂上操作一下例题特大洪水处理n比一般洪水大得多的洪水称为特大洪水, 并且通过洪水调查可以确定其量值大小及其重现期者。历史上的一般洪水是没有文字记载，没有留下洪水痕迹，只有特大洪水才有文献记载和洪水痕迹可供查证，所以调查到的历史洪水一般就是特大洪水。考虑特大洪水的必要性n目前我们所掌握的样本系列不长,系列愈短,抽样误差愈大, 若用于推求千年一遇、若用于推求千年一遇、万年一遇的稀遇洪水万年一遇的稀遇洪水,根据就很不足。如果能调查到N年(Nn)中的特大洪水,就相当于把n年资料展

20、延到了N年,提高了系列的代表性,使计算成果更加合理、准确。等于在频率曲线的上端增加了一个控制点。n1955年规划河北省滹hu沱河黄壁庄水库时，按当时具有的1919-1955年期间20年实测洪水资料推求千年一遇设计洪峰流量Qm=7500m3/s。1956年发生了一次洪峰流量为13100m3/s的特大洪水，显然原设计成果值得怀疑。将1956年特大洪水直接加入实测系列组成21年的样本资料，对此样本直接进行频率计算也是不合适的，而应结合历史洪水调查，对特大洪水进行处理，提高样本的代表性，使得成果稳定、可靠。后在滹沱河调查到1794、1853、1917和1939年4次特大洪水，再将1956年洪水和历史调

21、查洪水作为特大值处理，得千年一遇设计洪峰 Qm=22600m3/s，比原设计值大80%，1963年又发生了一次大洪水，洪峰流量为12000m3/s，若将其作为特大洪水也加入样本，得千年一遇设计洪峰流量Qm=23500m3/s。这次计算的洪峰流量只变化了4%，显然设计值已趋于稳定。由此可看出特大洪水处理的重要性。n设调查及实测(包括空位)的总年数为Nn年，连续实测期为n年.共有a次特大洪n水，其中有L次发生在实测期，a-L次是n历史特大洪水、目前国内有两种考虑特n大洪水的经验频率计算方法。 两种方法n独立样本法/水文站观测资料较好时采用n统一样本法/调查与考证资料较为可靠时采用独立样本法n历史洪

22、水的长系列(N年)和实测的短系列(n年)看作是从总体中随机抽取的两个独立样本，各项洪峰值可在各自所在系列中连续排位。特大洪水特大洪水实测实测统一样本法n实测一般洪水系列与特大值系列共同组成一个不连续系列作为代表总体的一个统一的样本，其中空缺项为一般洪水，其分布情况假设与实测的一般洪水相似，依此将空缺的部分填补起来，从而形成一个N年的连续系列。 末位洪水末位洪水频率频率一般洪水一般洪水总频率总频率其实质即将剩余的频率平均分配到实测期内其实质即将剩余的频率平均分配到实测期内P178 /7-6n 某一级公路拟建一座大桥。桥位上游附近的一个水文站，能搜集到14年断续的流量一观测资料，经插补和延长，获得

23、1963年至1982年连续20年的年最大流量资料;又通过洪水调查和文献考证，.得到1784年、1880年、1948年和1955年连续系列前四次特大洪水;1975年在实测期内也出现过一次特大洪水。N=1982-1784+1=199;a=5,L=1,n=20P1784=1/200, P1975=4/200年份流量频率（统一样本法）178438500.005188037000.01195535500.015197534700.02194833000.025196430250.073752197028050.12253196325000.171254196822700.225197419600.268

24、756197918400.31757196517500.366258197217100.4159197116800.4637510196616000.512511197315800.5612512197815500.6113198115100.6587514196714900.707515198214600.7562516197713100.80517196912800.8537518197611000.90251919808400.9512520计算均值和变差系数计算均值和变差系数2053.65842175101903.65836239131753.65830753161673.658280

25、11301503.65822609871228.65815096001008.6581017390703.6578495134.2473.6578224351.7163.657826783.8643.657761906-46.34222147.603-86.34227454.982-116.34213535.52-196.34238550.27-216.34246803.96-246.34260684.5-286.34281991.88-306.34293845.57-336.342113126.1-486.342236528.8-516.342266609.3-696.342484892.5

26、-956.342914590.5均值1796.342变差系数0.33923考虑特大洪水时统计参数的确定统计参数求取6教材P171n=17N=200N11719882004193419511986n某站自19351972年的38年中，有5年因战争缺测，故实有洪水资料33年。其中1949年为最大，经考证应作为特大值处理。另外，查明自1903年以来的70年间，为首的三次大洪水，其大小排位依次为1921、1949、1903年，并能判断不会遗漏掉比1903年更大的洪水。同时，还调查到在1903年以前，还有三次大于1921年的特大洪水，其序位为1867、1852、1832年，但因年代久远，小于1921年的

27、洪水则无法查清。现按上述两种方法估算各项经验频率。n实测洪水n=33，调查期分作两个时期：其一是18321972年，记为N=141年，在此期间能够进行排位的有1832、1852、1867和1921年洪水，顺序为1867、1852、1832、1921，而1949、1903年则不能在这一调查期中排位。其二是19031972年，记为N1=70年，其中仅有1903、1921、1949年的洪水能在N1中排位，它们的大小顺序为1921、1949、1903年 1867185218321921独立样本法统一样本法调查期1N=1972-1832+1=141P1867=1/142P1852=2/142P1832=

28、3/141P1921=4/141同左调查期2N1=70P1949=2/71P1903=3/71P1949=P1921+（1-P1921）*1/70P1903=P1921+（1-P1921）*2/70n=33省略省略类比教材类比教材上上P1986缺乏观测资料情况下的流量推算缺乏观测资料情况下的流量推算形态法，谢形态法，谢才公式等才公式等历史洪水位处于水面比降均一、河道顺历史洪水位处于水面比降均一、河道顺直、河床断面规整的稳定均匀流河段直、河床断面规整的稳定均匀流河段z历史洪水位处于河床断面形状和面积相差较大的稳定非均匀流河段z历史洪水位处于洪水水面线有明显转折的稳定非均匀流河段z历史洪水位处于卡

29、口，且河底无冲刷其它三种情况其它三种情况桥位断面设计流量、设计水位n水文站的测流断面得到的设计流量桥位断面设计流量桥位断面设计流量如果两个断面距离如果两个断面距离很近很近或者流域面积相差或者流域面积相差0.67 或Qt/Qp0.4n滩、槽难分的不稳定河段桥孔长度确定例题桥孔布设n左岸桥台桩号布置在K000+000.00；取15孔40m预应力混凝土简支T梁；双柱式桥墩，墩径1.6m，右桥台桩号K000+60015孔，共有孔，共有14个桥墩，个桥墩，2个桥台，所个桥台，所以以Lj=600-1.6*14=577.615孔孔40m预应力混凝土简支梁桥，墩预应力混凝土简支梁桥，墩径径1.6mu=1-0.

30、375*2.0/(40-1.6)=0.98Lad=1.6/40=0.04Aq=Qp/u/0.96/1.2/2=2723.7440*(3+0)*0.5+200*(3+6)*0.5+100*(6+7)*0.5+60*(7+4)*0.5+100*(4+3)*0.5+100*(3+2.8)*0.5=2290+290=2580方案调整：方案调整：1.调整墩径调整墩径1.6-0.2=1.4u=1-0.375*2.0/(40-1.4)=0.98Lad=1.4/40=0.035Aq=Qp/0.98/0.965/1.2/2=2709 仍不满足仍不满足2.调整右桥台至调整右桥台至650处，增加的面积为：处，增加的

31、面积为：2290+150*（3+2.7）*0.5=2717.52290+200*（3+2.6）*0.5=2850桥面中心最低设计最低设计(水文)高程n桥面中心线上最低点的设计高程n设计洪水、流冰、流木和通航的要求，并且应该考虑雍水、波浪、水拱以及河床淤积等各种因素引起的桥下水位升高。n桥面设计高程桥面设计高程，则应综合考虑桥面纵向坡度、路线接线高程等因素后确定，但都必须高于或等于本节确立的桥面中心(水文)高程。引起桥下水位升高的因素壅水桥前最大壅水高度桥前最大壅水高度引起桥下水位升高因素波浪n波浪高度n波浪侵袭高度n斜向的波浪爬高波浪高度hbn调查确定，计算桥面高程时取桥位静水面以上波浪高度的

32、2/3计入；n调查有困难时，可按规范或者设计手册推荐方法确定；n参数确定比较繁琐（平均水深，计算浪程等）波浪侵袭高度hen波浪冲向路堤或者导流堤边坡而爬升的高度，称之为波浪爬高或者波浪侵袭高度。引起桥下水位升高的因素其他n水拱现象水拱现象 （主槽流速快，导致主槽水位比河滩水位上升快）n河流横比降河流横比降引起的凹岸水位升高n局部股流雍高以及河床淤积桥面中心最低设计(水文)高程计算n桥面中心线上最低点的设计高程，是按河流不通航不通航和通航通航两类的不同分别确定的。不通航河段n按设计水位计算桥面高程桥面最低高程桥面最低高程(m)设计水位设计水位各种水面升高值总和各种水面升高值总和桥下净空安全值桥下

33、净空安全值桥梁上部桥梁上部构造建筑构造建筑高度高度,包括包括桥面铺装桥面铺装按流冰水位计算桥面高程n设计最高流冰水位(m)，通过冰凌调查获得通航河段n通航河流的桥面高程除应满足不通航河流的要求外，同时还应满足下式的要求:MH通航净空高度通航净空高度桥梁墩台冲刷计算n了解墩台冲刷类型；n掌握掌握桥下一般冲刷计算方法；n掌握掌握桥墩局部冲刷计算方法；n了解桥台冲刷计算；n掌握掌握桥下河槽最低冲刷线确定方法墩台冲刷类型n桥梁设计时必须考虑使用期内可能出现的河床演变称为河床自然演变冲刷河床自然演变冲刷。n属河流发育成长过程中河床纵断面的变形，如河源段的逐年下切，河口段的逐年淤积;n(2)属河槽横向移动

34、所引起的变形，如边滩下移、河湾发展，移动和裁弯取直等;n(3)属河段深线摆动引起的冲刷变形;n(4)在一个水文周期内，河槽随水位、流量变化而发生周期性变形。十分复杂，无可靠定量办法，公路工程水文十分复杂，无可靠定量办法，公路工程水文勘测设计规范规定勘测设计规范规定n一般冲刷深度一般冲刷深度系指桥下河床在一般冲刷完成后从设计水位算起的某一垂线水深，以符号hp。表示。n桥墩局部冲刷n水流对河床泥沙的冲刷作用与河床泥沙抗冲作用达到平衡时，冲刷则停止，冲冲刷坑外缘与坑底的最大高差刷坑外缘与坑底的最大高差，就是最大局部冲刷深度，以符号hb表示。一般冲刷计算n非粘性土河床一般冲刷计算河槽河槽P183河滩部

35、分粘性土粘性土河床一般冲刷计算WpWlAd单宽流量集中系数取单宽流量集中系数取1. 01. 2IL冲刷坑范围内戮性土液性指数适用范围为冲刷坑范围内戮性土液性指数适用范围为0. 161. 19桥墩局部冲刷n桥墩阻挡水流，水流在桥墩两侧绕流，形成十分复杂的、以绕流旋涡体系绕流旋涡体系为主的绕流结构，引起桥墩周围急剧的泥沙运动，形成桥墩周围局部冲刷坑。n假定桥墩局部冲刷是在一般冲刷完成后一般冲刷完成后的基础上进行的。起冲流速起冲流速墩前垂线平均墩前垂线平均流速称为墩旁流速称为墩旁床沙的起冲流床沙的起冲流速速非粘性土河床的桥墩局部冲刷计算公式佛汝德数佛汝德数n为纪念英国学者佛汝德(Froude)而命名

36、的无量纲量。佛汝德数反映了作用于水流上的惯性力与重力的对比关系。桥台冲刷n在确定桥梁墩台基础埋置深度时，应根据桥位河段具体情况，取河床自然演变冲刷、一般冲刷和局部冲刷的不利组合，作为确定墩台基础埋深的依据。n河床自然演变冲刷应选择最不利的枯水断面作为桥下一般冲刷的计算断面n一般冲刷和局部冲刷的不利组合应为一般冲刷计算的两种公式分别和局部冲刷计算的两种公式的四种组合，根据河流的河段特性及实践经验酌情取值，取其一种组合再与河床自然演变冲刷叠加，作为确定墩台基础埋深的依据。365-2365-1HCM小桥涵设计流量的推算n熟悉小桥涵设计流量推算的推理公式和经验公式;n了解小桥涵水力计算的目的、孔径设计

37、的一般要求和孔径的计算步骤;n掌握掌握水流通过小桥、涵洞的图式;n掌握掌握小桥、涵洞孔径水力计算;n了解小桥涵的进出口形式;n了解涵洞进出口河床的处理。大中桥与小桥的区别n本课程（能否冲刷,水流图式寛顶堰）n桥梁工程(5m=标准跨径20m)特点n降雨强度与坡面汇流的影响n流域土壤与植被推理公式交通部公路科学研究所n 根据流域汇流理论及流量形成规律，暴雨洪峰流量主要决定于净雨过程和汇流面积、形状。是一种综合反映流域产流过程小损失的方是一种综合反映流域产流过程小损失的方法。法。经验公式n经验公式是直接建立在洪水要素和有关因素间经验相关关系上的，计算的精度决定于洪水资料的可靠性。因此，必须对采用的资

38、料进行认真的核实。n分为多因素和少因素经验公式其他方法n小桥涵设计流量确定方法常用推理公式、经验推理公式、经验公式公式，但如果有实测流量系列资料，当然应首选适线法适线法，除此之外，还有形态调查法、直接类比法。建立形态断面，进行洪水位调查然后推算桥涵址处的设计流量这就是形态调查。此法关键在于洪水位调查并确定其频以及准确地确定河沟粗糙系数。n设计时要注重计算资料的真实性、代表性，并尽量采用多种方法比较，相互验证，以弥补计算方法的不足。小桥和涵洞孔径计算n桥孔比河水水面窄，且河底比较坚固或经过加固不能冲刷的小桥小桥；桥孔与水面同宽的小桥对水流无扰动，不须计算;桥下可冲刷的小桥与大中桥同样计算；n小桥

39、和涵洞水力计算特点水力计算特点是一般不允许桥下和涵内的河底发生冲刷，但允许有较大的雍水高度，通常都采用人工加固的方法，以提高河床的容许流速，以达到适当缩减孔径适当缩减孔径的目的。n小桥涵水力计算的目的水力计算的目的在于：合理确定桥涵孔径的大小、河床加固的类型和尺寸、雍水高度、桥涵处路基和桥涵顶面的最低高程。小桥 单孔跨径位于5到20之间n涵洞 小于5n小桥孔径的计算步骤计算步骤：首先首先确定未建桥前的天然水深ht和断面平均流速vt，然后然后根据初拟的桥型、桥孔情况，确定桥下临界水深hk，并进行水力计算图式判定;n通过水力计算，确定小桥孔径，进而进而决定桥长L;最后确定桥前雍水高度、推求路线的路

40、堤和小桥桥面的最低高程。从底部约束水流，堰流从底部约束水流，堰流水流通过小桥的图式n 小桥的水流图式与无槛宽顶堰无槛宽顶堰相同，可采用宽顶堰理论作为小桥水力计算的理论依据；P112n小桥的水流长度较短，坡度的影响较小，收缩断面淹没的可能性较大。通常将桥下水流分为自由出流自由出流与淹没出流淹没出流两类，其判别标准称为淹没标准淹没标准。自由出流自由出流淹没出流淹没出流寛顶堰的淹没标准寛顶堰的淹没标准小桥孔径计算n桥孔临界水深2P225谢才公式谢才公式桥前水深通过试算确定桥前水深通过试算确定沿着沿着设计水位的水面线设计水位的水面线，两桥台前缘之间，两桥台前缘之间(埋入埋入式桥台则为两桥台护坡坡面之间

41、式桥台则为两桥台护坡坡面之间)的水面宽度，的水面宽度，称为桥孔长度称为桥孔长度L。小桥桥孔长度计算小桥桥孔长度计算桥孔长度取决于桥孔长度取决于桥下水面宽度桥下水面宽度、桥墩宽度桥墩宽度、上上部结构底面对水面的超高及桥孔断面形状部结构底面对水面的超高及桥孔断面形状。小。小桥桥水力计算任务水力计算任务是：是：统一解决孔径、桥下流速统一解决孔径、桥下流速和桥前水深之间的矛盾。和桥前水深之间的矛盾。n当桥轴线与主流方向斜交，偏角为，桥孔净长需要折算：小桥轴线与流向斜交的桥孔净长小桥轴线与流向斜交的桥孔净长Lj涵洞孔径计算n涵洞与小桥相比，其特点是孔径小、孔道长，河沟底往往具有较大的纵坡，涵前水深可以高于涵洞高度。n涵洞孔径计算的基本要求：基本要求：控制涵前水深，满足泄流要求和具有合适断面高、宽比例。升高升高不升高不升高根据涵洞进水口的形式与涵前水头高低，可将涵洞的水流图式分为无压式、半压式和全压力式三种。无压式无压式n下游水深小于涵洞高度n涵前水深1.2涵洞高度（洞口不升高）n涵前水深1.4涵洞高度（洞口升高）半压式半压式全压式全压式小桥和涵洞出口处理n不允许冲刷n 铺砌 +截水墙n进口形式多样，一字式，八字翼墙式、跌水井式等n注意进出口对路基、河床的破坏等问题