ch4-1设计洪水-桥孔布设ppt课件.ppt

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1、2023/1/11 桥桥 渡渡 设设 计计Bridge Hydraulics2023/1/124.1 设计洪水设计洪水4.2 桥孔布设桥孔布设4.3 桥梁孔径与水力计算桥梁孔径与水力计算孔径设计孔径设计Ch.4 桥渡设计桥渡设计9.3.39.3.3（3 3）9.49.49.59.52023/1/13 4.1.1 设计洪水概念设计洪水概念4.1 设计洪水设计洪水 4.1.2 桥渡桥渡设计洪水标准设计洪水标准 4.1.3 推求设计洪水基本途径推求设计洪水基本途径 4.1.4 设计洪水重现时间设计洪水重现时间2023/1/14 4.1.1 设计洪水概念设计洪水概念 由于流域内降雨或溶雪，大量径流汇入

2、河道，导由于流域内降雨或溶雪，大量径流汇入河道，导致致流量激增，水位上涨流量激增，水位上涨，这种水文现象，称为洪水。，这种水文现象，称为洪水。（1）洪水洪水 洪水是我国的主要灾害之一，约有洪水是我国的主要灾害之一，约有2/32/3的国土面的国土面积受到洪水灾害的威胁。积受到洪水灾害的威胁。2023/1/15（2）设计洪水）设计洪水设计洪水：设计洪水：作为建筑物设计依据的某级洪水。作为建筑物设计依据的某级洪水。防洪设计有两种防洪设计有两种:1）自防自防-建筑物建筑物自身自身的的抗洪能力抗洪能力；2）他防他防-为保护某些重要地区，所采取为保护某些重要地区，所采取的一定防洪标准的工程措施。的一定防洪

3、标准的工程措施。在进行工程设计时，为了建筑物本身的安全和防护区在进行工程设计时，为了建筑物本身的安全和防护区的安全，必须按照的安全，必须按照某种标准的洪水某种标准的洪水进行设计。进行设计。4.1.1 设计洪水概念设计洪水概念2023/1/16（3）设计洪水的）设计洪水的表示表示 含含以下两部分：以下两部分：1）洪水标准：洪水标准：作为设计计算依据的标准；作为设计计算依据的标准；2）洪水数值：洪水数值：相应于设计洪水标准的洪水要素的相应于设计洪水标准的洪水要素的 大小（如洪峰流量大小（如洪峰流量 Q、洪水位、洪水位 Z）。）。4.1.1 设计洪水概念设计洪水概念2023/1/17设计标准由国家制

4、定设计标准由国家制定,以设计以设计规范规范给出。规划中按工给出。规划中按工程的种类、大小和重要性程的种类、大小和重要性,将建筑物划分为若干等将建筑物划分为若干等级级,按不同等级给出相应的设计标准。按不同等级给出相应的设计标准。工程设计有工程设计有设计标准设计标准和和校核标准校核标准。相应地，有设计洪水和校核洪水。相应地，有设计洪水和校核洪水。（1）设计洪水标准）设计洪水标准 4.1.2 桥渡设计洪水标准桥渡设计洪水标准2023/1/18当洪水达到设计标准的洪当洪水达到设计标准的洪水时，水时，整体整体建筑物建筑物要确保要确保安全安全，称为设计标准，又，称为设计标准，又称为正常运用标准；称为正常运

5、用标准；当洪水达到校核标准的洪当洪水达到校核标准的洪水时，其水时，其主要主要建筑物建筑物要确要确保保安全安全，称为校核标准，称为校核标准，又称非常运用标准。又称非常运用标准。按正常运用标准推算出的洪水称为设计洪水；按正常运用标准推算出的洪水称为设计洪水；按非常运用标准推算出的洪水称为校核洪水。按非常运用标准推算出的洪水称为校核洪水。设计标准设计标准校核标准校核标准 4.1.2 桥渡设计洪水标准桥渡设计洪水标准2023/1/19用用洪水的洪水的重现期重现期T T（年）或频率（年）或频率P(=1/T)P(=1/T)表示表示。表表4-14-1公路桥涵路基设计公路桥涵路基设计洪水频率洪水频率 P P

6、JTG C30-2002、2015构造物名构造物名称称公路等级公路等级高速公路高速公路一一二二三三四四特大桥特大桥1/3001/3001/3001/3001/1001/1001/1001/1001/1001/100大、中桥大、中桥1/1001/1001/1001/1001/1001/1001/501/501/501/50小桥小桥1/1001/1001/1001/1001/501/501/251/251/251/25涵洞及小涵洞及小型排水构型排水构造物造物1/1001/1001/1001/1001/501/501/251/25按具体情况按具体情况确定确定路基路基1/1001/1001/1001/

7、1001/501/501/251/25按具体情况按具体情况确定确定（2）设计洪水标准的表示）设计洪水标准的表示 4.1.2 桥渡设计洪水标准桥渡设计洪水标准2023/1/110表表4-2 4-2 铁路桥涵路基铁路桥涵路基洪水频率洪水频率(P)(P)标准标准铁路等铁路等级级设计洪水频率设计洪水频率检算洪水频率检算洪水频率桥梁桥梁涵洞涵洞路基路基技术复杂、修复困难或重要的大桥和技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥特大桥I I、IIII1/1001/1001/1001/1001/1001/1001/3001/300IIIIII1/501/501/501/501/501/501/1001/100铁路

8、工程水文勘测设计规范铁路工程水文勘测设计规范TB 10017-99铁路桥涵设计基本规范铁路桥涵设计基本规范 TB10002.1-2005TB10002.1-200511 4.1.2 桥渡设计洪水标准桥渡设计洪水标准铁路等铁路等级级设计洪水频率设计洪水频率检算洪水频率检算洪水频率桥梁桥梁涵洞涵洞路基路基技术复杂、修复困难或重要的大桥和技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥特大桥I I、IIII1/1001/1001/1001/1001/1001/1001/3001/300IIIIII1/501/501/501/501/501/501/1001/1002023/1/111表表4-3 4-3 铁路桥

9、涵、路基铁路桥涵、路基洪水频率洪水频率(P)(P)标准标准铁路工程水文勘测规范铁路工程水文勘测规范TB 10017-2018 4.1.2 桥渡设计洪水标准桥渡设计洪水标准铁路等级铁路等级设计洪水频率设计洪水频率检算洪水频率检算洪水频率桥梁桥梁涵洞涵洞路基路基技术复杂、修复困难或重要的技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥大桥和特大桥客运专线客运专线、1/1001/1001/1001/3001/1001/501/501/3001/501/501/501/1002023/1/112洪峰流量洪峰流量 Qm（m3/s）:年洪水过程的年洪水过程的最大流量最大流量。桥涵、路堤设计洪水，主要用桥涵、路堤设计

10、洪水，主要用设计设计(洪峰洪峰)流量，流量，和和相应的相应的设计设计(洪峰洪峰)水位水位。（3）表示设计洪水的物理量）表示设计洪水的物理量洪峰水位洪峰水位 Zm（m）:相应于相应于Qm的水位。的水位。设计流量设计流量表示为：表示为：QP 如Q1%设计标准为设计标准为1%的流量的流量 设计水位设计水位表示为：表示为：ZP 如Z1%设计标准为设计标准为1%的水位的水位 4.1.2 桥渡设计洪水标准桥渡设计洪水标准2023/1/113 4.1.2 桥渡设计洪水标准桥渡设计洪水标准河流洪水流量河流洪水流量水位具有正相关性。水位具有正相关性。2023/1/114 4.1.2 桥渡设计洪水标准桥渡设计洪水

11、标准设计洪水位是桥孔的高度（梁底高程）和桥长设计所设计洪水位是桥孔的高度（梁底高程）和桥长设计所依据的重要条件，同时须考虑其他因素。依据的重要条件，同时须考虑其他因素。2023/1/115根据流域的资料条件，常用以下途径推求洪水频率及设根据流域的资料条件，常用以下途径推求洪水频率及设计洪水：计洪水：（1 1）由流量资料推求设计洪水）由流量资料推求设计洪水 4.1.3 推求设计洪水基本途径推求设计洪水基本途径概率统计法概率统计法1）适用条件：需有长期（单位：年）流量资料）适用条件：需有长期（单位：年）流量资料2）样本选取：取每年流量最大值作样本）样本选取：取每年流量最大值作样本3）推求方法：经验

12、频率配合理论频率计算）推求方法：经验频率配合理论频率计算4）适用环境：大流域、河流）适用环境：大流域、河流2023/1/116（2 2）由暴雨资料推求设计洪水）由暴雨资料推求设计洪水14 4.1.3 推求设计洪水基本途径推求设计洪水基本途径1）条件：缺乏长期（单位：年）流量资料）条件：缺乏长期（单位：年）流量资料2）方法：）方法：推理公式：产、汇流关系推理公式：产、汇流关系设计暴雨转换设计暴雨转换推求设计暴雨推求设计暴雨转换设计洪水转换设计洪水3）适用环境：小流域、无流量观测）适用环境：小流域、无流量观测2023/1/1172）洪水出现的大小也是随机的）洪水出现的大小也是随机的（1）洪水是随机

13、事件）洪水是随机事件 4.1.4 设计洪水重现时间设计洪水重现时间1）洪水出现的时间是随机的）洪水出现的时间是随机的（2）洪水重现期或频率具有大样本统计意义）洪水重现期或频率具有大样本统计意义如频率为如频率为1%的洪水，并非每隔一百年出现一次。的洪水，并非每隔一百年出现一次。100年年因此，桥梁寿命期内，时时都有遭遇设计洪水的可能。因此，桥梁寿命期内，时时都有遭遇设计洪水的可能。桥梁防洪非常重要。桥梁防洪非常重要。2023/1/1184.2 桥孔布设桥孔布设桥位选择桥位选择桥桥孔孔布布设设 图图 4.14.1 桥的二向布置桥的二向布置2023/1/1194.2 桥孔布设桥孔布设4.2.1 一般

14、规定一般规定1)1)应考虑应考虑桥前壅水桥前壅水和和桥下冲刷桥下冲刷；2)2)对通航河流，应综合考虑河流特对通航河流，应综合考虑河流特性及通航要求合理性及通航要求合理确定孔跨布置确定孔跨布置；3)3)流冰河流桥孔布置：适当增大孔径、考虑防冰或破流冰河流桥孔布置：适当增大孔径、考虑防冰或破冰措施；冰措施；4)4)大桥下河床一般不用铺砌加固；大桥下河床一般不用铺砌加固；5)5)地形复杂时应根据桥址地形图及纵横断面图布设孔地形复杂时应根据桥址地形图及纵横断面图布设孔跨；跨；2023/1/1204.2 桥孔布设桥孔布设桥桥位位流向流向 图图 4.34.3 桥前壅水桥前壅水-模型观测成果模型观测成果20

15、23/1/1214.2 桥孔布设桥孔布设原原河河床床面面压压缩缩冲冲刷刷床床面面 图图 4.44.4 冲刷冲刷既有桥实测既有桥实测2023/1/1224.2 桥孔布设桥孔布设图图 4.54.5 现有河床通航现有河床通航2023/1/1234.2 桥孔布设桥孔布设通航宽度通航宽度 图图 4.64.6 设计洪水发生后枯水通航宽度设计洪水发生后枯水通航宽度2023/1/1244.2 桥孔布设桥孔布设6)6)孔跨布置要便于施工孔跨布置要便于施工7)7)存在不确定因素时，桥孔留有余地存在不确定因素时，桥孔留有余地8)8)二线桥考虑两桥间影响二线桥考虑两桥间影响 图图 4.24.2 双线桥的影响双线桥的影

16、响桥轴线桥轴线桥轴线桥轴线下游桥墩在下游桥墩在上游桥墩的上游桥墩的冲刷坑处冲刷坑处上游桥墩间水流上游桥墩间水流压缩引起下游桥压缩引起下游桥墩的冲刷墩的冲刷2023/1/1254.2 桥孔布设桥孔布设4.2.2 各类河段桥孔布设各类河段桥孔布设（1 1）山区河流）山区河流峡谷段桥台不得伸入河槽；峡谷段桥台不得伸入河槽；开阔段桥台可入河滩，考虑摆动开阔段桥台可入河滩，考虑摆动 图图 4.74.7 山区桥孔布设示意山区桥孔布设示意2023/1/1264.2 桥孔布设桥孔布设（2 2）山前区河流）山前区河流冲积扇上游狭窄段和下游收缩段冲积扇上游狭窄段和下游收缩段:参山区河流参山区河流变迁河流：调查研究

17、历史变迁规律，变迁河流：调查研究历史变迁规律，推断未推断未来趋势来趋势，设桥孔留有余地。，设桥孔留有余地。2023/1/1274.2 桥孔布设桥孔布设顺直微弯和蜿蜒河段：顺直微弯和蜿蜒河段：深泓深泓摆动范围内设桥孔摆动范围内设桥孔分汊河段：分汊河段：不宜封堵河汊不宜封堵河汊游荡河段：游荡河段：游荡范围内设桥游荡范围内设桥两岸筑有堤坝河段：两岸筑有堤坝河段：一般不宜压缩河道一般不宜压缩河道根据河流稳定状态布设桥孔根据河流稳定状态布设桥孔（3 3）平原河流）平原河流2023/1/1284.3 桥梁孔径与水力计算桥梁孔径与水力计算4.3.1 壅水原理壅水原理桥址河段水流图：桥址河段水流图：平面：上游

18、收缩段平面：上游收缩段 桥址被压缩桥址被压缩 下游扩散段下游扩散段纵面：上游壅高，纵面：上游壅高，桥址收缩，桥址收缩，下游复原下游复原平面收缩段、扩散段长度平面收缩段、扩散段长度与压缩程度及过流量有关。与压缩程度及过流量有关。2023/1/1294.3 桥梁孔径与水力计算桥梁孔径与水力计算足足够够大大11倍桥孔长倍桥孔长上游影响区外上游影响区外LuLdLc下游影响区外下游影响区外4Lc收缩、扩散段长度？收缩、扩散段长度？收缩段收缩段2023/1/1304.3 桥梁孔径与水力计算桥梁孔径与水力计算上游：上游：因水流受到桥结构物阻碍，动能减小，而势能（压因水流受到桥结构物阻碍，动能减小，而势能（压

19、能）增大，表现为水位升高，称为能）增大，表现为水位升高，称为壅水壅水。桥下：桥下：因桥孔压缩了过流断面面积，流速增大，动能增大，因桥孔压缩了过流断面面积，流速增大，动能增大，而势能减小，表现为水位降低。而势能减小，表现为水位降低。下游：下游：因水流出桥孔后，过流宽度（面积）增大，而流速因水流出桥孔后，过流宽度（面积）增大，而流速减小，动能减小，而势能增大，表现为水位升高，恢复减小，动能减小，而势能增大，表现为水位升高，恢复至天然水位。至天然水位。2023/1/1314.3 桥梁孔径与水力计算桥梁孔径与水力计算壅水计算原理：壅水计算原理：符合流体力学的连续原理、运动方程。符合流体力学的连续原理、

20、运动方程。2023/1/11 1）壅水断面水深、流速）壅水断面水深、流速取断面取断面 （上游）、（上游）、（桥孔下游，图中）（桥孔下游，图中）能量方程：能量方程：连续方程：连续方程：(4-3)4.2.2 桥下水力计算桥下水力计算 Ch.42023/1/132桥梁处横断面桥梁处横断面 纵断面纵断面恢复恢复收缩下降收缩下降壅水壅水2023/1/133重重 点点1 设计洪水及其标准设计洪水及其标准 设计洪水意义及表示；标准的含义设计洪水意义及表示；标准的含义2 由流量资料推求设计洪水由流量资料推求设计洪水 资料获得及审查；资料获得及审查；样本的选取；样本的选取；特大洪水意义、重现期、经验频率计算特大

21、洪水意义、重现期、经验频率计算 用用P-III曲线推求设计洪水的方法曲线推求设计洪水的方法3 小流域设计洪水小流域设计洪水 特点？特点？原理、方法原理、方法？设计洪水（流量与水位）设计洪水（流量与水位）Ch.4 桥渡设计桥渡设计2023/1/133本章几个问题本章几个问题1 桥渡设计洪水标准的表示方法桥渡设计洪水标准的表示方法?2 设计洪水由哪两因素表示设计洪水由哪两因素表示?3 设计洪水与校核洪水的区别设计洪水与校核洪水的区别?4 用于洪水频率计算的样本要求是什么用于洪水频率计算的样本要求是什么?如何取得样本如何取得样本?5 我国洪水频率分析常用哪种理论分布曲线我国洪水频率分析常用哪种理论分布曲线?7 小流域设计洪水为何不用流量资料推求小流域设计洪水为何不用流量资料推求?6 洪水频率分析与计算得到的是什么结果洪水频率分析与计算得到的是什么结果?设计洪水（流量与水位）设计洪水（流量与水位）Ch.4 桥渡设计桥渡设计2023/1/134