第五章_大中桥桥孔设计
大中桥孔径计算

v2 B h gR
计算桥面高程时,可计入河湾水位超高值的1/2计入。
5.河床淤积高度
12.6 调治构造物
一 调治构造物的类型 二 调治构造物布设 三 顺坝坝
调治构造物的作用
调治构造物的作用:调节水流,使水流均匀、顺畅地流
过桥孔,防止桥下断面和上下游附近的河床、河岸发生不 利变形,确保桥梁安全。
冲刷前桥下的毛过水面积Aq
Aq Ad Ax Ay
墩台阻水引起的桥下过水面积的折减系数λ
Ad Aq
墩台侧面涡流阻水而引起的桥下过水面积的折减系数,又 称水流侧向压缩系数 Ay vs ξ A 1 0.375 L
j
0
Aj Aq Ad Aq Aq (1 ) Aq
Qs Aq (1 ) Pvs cos
说明: 这种方法对细颗粒、均匀的沙质河床,平原稳定性河床基 本能反映实际情况。但是,对我国广大地区存在的大颗粒、 宽浅变迁性河床等不稳定性河床,却与实际情况相差较大。 这种确定桥孔长度的方法,我国铁路系统使用至今; 1976年我国公路系统根据我国实桥调查资料,制定了估定 桥孔长度的公式,自1982年起不再推荐使用,但仍是一种 合理的参考办法。
设计流量Qs:与设计洪水频率P相应的流量。 通航流量Qtn:与通航洪水重现期相应的流量。
根据前学知识,可以得到设计流量Qs和通航流量Qtn,利 用形态断面可推算出相应的设计水位Hs和设计最高通航 水位Htn。
12.5 桥面设计高程
2 水位及引起桥下水位升高的因素计算③ ③' b) ① ②
a)
第5章 大中桥孔径计算
桥梁孔径

j
Qp
PVs
引入过水断面折减系数λ,得
g
Qp
(1 )PVs
当桥位与水流斜交时,得
g
Qp
(1 )PVs
cos
根据桥址断面过水面积与桥长关系曲线,确
定桥孔长度
WUHEE
2. 经验公式法
(1)单宽流量公式
主要考虑桥下河床单宽流量的重新分布建立的 公式。适用于稳定、次稳定和宽滩河段。
Q wk 2gH0 hk
H0
H
V02 2g
hk
Vk2
2g 2
Vk
3
Qg Bk
H j 0.87H
洞身净高hT与Hj之差称净空高度△,0.1~0.25m
WUHEE
WUHEE
b. 半压式涵洞
Vc 2gH hT Q 2gH hT
Lj
Qp
qc
β:水流压缩系数。
WUHEE
(2)输沙平衡公式
主要考虑断面总输沙平衡建立的公式。适用于滩、 槽可分的变迁、游荡性河段。
Lj
h
0.2 c
Bc0.8
(3)基本河宽公式
适用于不能划分出滩、槽的变迁、游荡性河段。
Lj
kB0
kA
Q
0.5 p
J 0.25
2m
1 2
ht
h
WUHEE
(4)桥前水深 根据能量方程,有:
H
h
V2
2g 2
VH2 2g
(5)路堤和桥面标高 桥头路堤最低标高=河床标高+H+△ 桥面最低标高=河床标高+H+△hj+D
大中桥梁设计技术总结

大中桥梁设计技术总结第一篇:大中桥梁设计技术总结大中桥梁总体设计原则(1)大中桥梁位均应符合路线总体走向,路桥综合考虑。
(2)桥们尽量选择在河段顺直、河道较窄的位置,以减短桥梁的长度。
(3)桥孔布设除满足设计流量,水位要求外,一般要不压缩河订,对有防洪、抢险和通行要求的河堤,要留有人、车通道。
对于游荡性的河首,桥孔布设留有余地,并结合河道情况设置必要的导游工程,以保证桥梁的安全和洪水安全渲泄。
大中桥梁设置原则(1)在跨越深沟时,根据沟底纵坡,填土高度及工程地质等因素进行分析,填土高速大于25cm时,考虑采用桥梁跨越。
(2)为避免水毁桥梁,桥孔布设原则上不压缩河槽。
对于山前扩散及变迁笴段,桥梁长度应考虑河槽摆动的因素,为确保水流及漂浮物顺利通过桥孔,大桥跨径不宜小于20cm。
(3)在地形复杂,山坡陡峻处的山谷桥梁,布孔时应根据桥址纵、横断面布设。
为避免锥坡落空或墩台基础悬空,桥台高度不宜过高。
(4)平原区桥梁孔径布设以水文计算成果为依据,并结合河道的地形、地貌及桥下被交路等情况予以确定。
(5)当桥当有高路堤,占有农田较多,且需大量借方或远运填料时,可适当处长桥孔,并采用建筑高度较低的结构类型。
大中桥梁结构类型的选择 3.1 桥梁选型原则桥梁结构型式的选择应遵循“安全、适用、经济、美观”的原则,结合桥位处的地形、地质、施工条件等因素,以技术先进、节约投资、施工方便可行、方案合理、行车舒适为原则,具体如下:(1)为保证桥面平整,行车舒适,上部结构宜采用连续结构或桥面连续结构。
(2)受填土高度控制时,为降低路基填土高度,上部结构宜采用建筑高度较小的结构类型。
(3)为缩短工期、降低造价、便于技术质量管理,一般大、中桥尽量采用统一的结构型式。
山区桥梁主要采用中等跨径的T型桥梁,平微区推荐采用连续箱梁。
(4)当跨越深谷,墩高大于20m时,上部结构宜采用较大跨径的连续梁和连续则构桥梁型式,以降低工程造价。
(5)山岭重丘区的桥梁,由于地面坡度较大,为减少基础工程量,避免深挖基坑带来的地质病害,基础型式宣采用桩基础。
桥涵水文第五章大中桥孔径计算

桥涵水文第五章大中桥孔径计算在大中桥的设计与施工中,桥涵的水文计算是一个非常重要的环节。
通过对桥涵孔径进行合理的计算,可以确保桥涵在不同水流条件下的安全和稳定。
本章将详细介绍大中桥孔径计算的方法和要点。
一、桥涵孔径计算的基本原理桥涵孔径的计算是根据水流力学的基本原理配合实际情况进行的。
水流经过桥涵时,其流速和流量都会受到桥墩的阻碍和约束。
因此,我们需要确定桥涵孔径的大小,使得桥涵能够容纳一定范围内的水流,且不对水流产生较大的约束。
对于大中桥涵孔径计算,一般采用下面的基本原理:1.根据设计要求确定桥涵的设计洪水位和设计洪水流量。
2.通过计算水流的流速和流量,确定桥涵孔径的大小。
3.根据桥涵的结构形式和其他设计条件,确定最终的桥涵孔径。
二、桥涵孔径计算的主要参数进行桥涵孔径计算时,需要考虑的主要参数包括:设计洪水位、设计洪水流量、桥涵的形状和几何参数、桥涵的材料和强度等。
1.设计洪水位:设计洪水位是针对特定的设计标准和设计年限确定的。
它反映了水位的高度,是桥涵孔径计算的基础。
2.设计洪水流量:设计洪水流量是指在设计洪水位下单位时间内通过桥涵的水流量。
它是桥涵孔径计算的另一个重要参数。
3.桥涵的形状和几何参数:桥涵的形状和几何参数包括桥涵的宽度、高度、长度等。
这些参数对桥涵孔径的计算有着直接的影响。
4.桥涵的材料和强度:桥涵的材料和强度决定了桥涵能够承受的水流力。
这些参数在桥涵孔径计算中是必须考虑的。
三、桥涵孔径计算的方法根据桥涵的实际情况和设计要求,我们可以采用不同的方法进行桥涵孔径的计算。
常用的计算方法包括经验公式法、水动力计算法和数值模拟法等。
1.经验公式法:经验公式法是根据经验总结得出的计算方法,适用于一些较为简单的桥涵。
通过已知的经验公式,可以估算出桥涵所需的孔径大小。
2.水动力计算法:水动力计算法是根据水流的运动规律,利用物理学原理进行计算的方法。
通过对水流的流速、流量等参数进行计算,可以确定桥涵所需的孔径大小。
5大中桥孔径计算

小桥、涵洞:桥位服从路线,即为满足水文、线路等要求,小桥、涵洞等必须符
合线路要求,必要时可设计斜桥、弯桥等; 特大桥、大、中桥:原则上桥位服从路线走向,桥路应综合考虑,桥位尽量选择 在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上。 另外,桥梁的平面曲线半径、超高、加宽、缓和曲线、变速车道设置等均应满 足相应等级线路的规定。
为了获得经济、适用和美观的桥梁设计方案,设计者必须根据各种自然、技术 上的条件,因地制宜,在综合应用专业知识、了解掌握国内外新技术、新材料、新 工艺的基础上,进行深入细致的研究分析对比工作,才能科学地得出完美的桥梁设 计方案。具体步骤如下: (1)明确各种高程要求
在桥位纵断面图上,先行按比例绘制出设计水位、通航水位、堤顶高程、桥面
vs 设计流速,一般采用天然河槽的平均流速。
第一节
桥位河段水流图式和桥孔布置原则
二、桥孔布臵的原则
《公路工程水文勘测设计规范》 (JTG C30-2002)
第二节 桥孔长度计算
建桥以后,河流受到桥头引道的压缩和墩台 阻水的影响,改变了水流和泥沙运动的天然状态, 引起河床的冲淤变形,导致水流对桥梁墩台基础
的冲刷,危及桥梁的安全。因此,孔径的计算和
示例:广东江顺大桥桥位图
序言3:桥梁总体布置(即平、纵、横断面设计)
序言3.2:桥梁纵断面设计(解决建什么样的桥的问题,即桥型方案)
桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥面高程、桥梁 及引桥纵坡以及基础埋置深度等(即桥型方案设计)。 桥梁总跨径 一般由水文计算来确定,其基本原则是: 1)应使桥梁在整个使用年限内,保证设计洪水能顺利宣泄; 2)河流中可能出现的流水和船只、排筏等能顺利通过; 3)避免因过分压缩河床引起河道和河岸的不利变迁; 4)避免因桥前壅水而淹没农田、房屋、村镇和其他公共设施等; 5)不能因总跨径压缩而引起河床过度冲刷对浅埋基础带来不利影响。
大中桥的桥孔布设原则及孔径计算

Lj
Qs
qc
1.19
Qc Qt
0.10
Qs - 设计流量, m3 s
- 水流压缩系数
q c - 河槽平均单宽流量, m3 s m
Qc - 河槽流量, m3 s Qt - 河滩流量, m3 s
二、用桥孔净长度经验公计算
这些经验公式只有一定的理论依据,应用数理统计法根据我国公路桥 梁的实际资料制定的,形式简单,便于应用。
μ 桥下—过—因水 A墩面y 积台A j折侧减面系涡数流,阻压水缩而系引数起。的
1 0.375 vs l j
一、冲刷系数法(用桥下过水面积计算) 桥下过水面积的组成:
λ——因桥墩阻水而引起的桥下过水 面积折减系数。
p——冲刷系数,冲刷前后桥下过水面积之比。 冲刷后桥下有效过水面积、净过水面积和毛过水面积分别为P*Ay、
二、用桥孔净长度经验公式计算
1974年至1976年,交通部“大中桥孔设计”研究课题,组织全国交通 部门全面进行桥孔水文调查,编制了《大中桥孔设计研究报告》,提出了 桥孔净长度计算公式,这些公式经多次验证、修订,先后写入三次修订的 (公路桥位勘测设计规范)(1982年、1991年)和(公路工程水文勘测设计规 范)(2002年),推荐在全国公路桥位勘测设计中应用。对于狭谷性河段, 一般按地形布孔,不作桥长计算。其它类形河段,该规范推荐下述经验 公式计算桥孔净长Lj。
这些公式算出的桥孔长度是指在一定的水力、泥沙及河床条件下,通 过设计洪水流量时,桥下过水断面(与流向垂直的横断面)必须具有的桥孔 最小净长度。应当注意以下两点,这里算出的是桥孔最小净长度,实际桥 孔长度(桥台前墙之间设计水位上的水面宽度)为将算出的最小桥孔净长度 再加所有桥墩的宽度;另外,算出的最小桥孔净长度是指水流与桥轴正交 时的长度,如果是斜桥,则应换算为斜桥轴线方向的长度。
大中桥孔径计算

l :单跨径(bridge span),lj:单跨净跨径 lj=l-d 桥涵水文 Hydrology and Hydraulics for Bridge Engineering
假定:设计水位和设计流量不变,刚建桥,桥下 未发生冲刷时,按水力学的连续方程:
QP yVP
建桥后,桥孔压缩水流,桥下流速增大,达到一 定数值时,桥下河槽就要开始冲刷(称为一般冲刷 general scour )。随着冲刷的发展,断面不断扩大, 水深逐渐加大。在水位和流量不变的情况下,断面 的扩大必然会导致流速的降低,河槽的冲刷相应减 缓,最终趋于停止。 桥涵水文 Hydrology and Hydraulics for Bridge Engineering
QP n3 L j K q ( ) Bc Qc
式中,Lj 为桥孔最小净长,m; Qc为河槽流量;m3/s; Bc为河槽宽度,m; Kq、n3为系数和指数。 桥涵水文 Hydrology and Hydraulics for Bridge Engineering
河段类型 开阔、顺直微弯河段 分汊、弯曲河段 滩、槽可分的不稳定河段
2、经验公式法(empirical formula) 桥孔最小净长度宜符合下列规定:
(1)峡谷河段 可不做桥孔最小净长计算,直接按河床地形布孔, 不宜压缩河槽。
桥涵水文 Hydrology and Hydraulics for Bridge Engineering
(2)开阔、顺直微弯、分叉、弯曲河段及滩、槽可 分的不稳定河段 宜按下式计算:
1、冲刷系数法 符号: ωg:冲刷前桥下
桥台
(bridge abutment)
L
ZS
桥台
毛过水面积; ωd:冲刷前桥墩所 占过水面积;
第五章 大中桥桥孔设计

H min = H th + hM + ∆h0
结
束
5.4 桥梁孔径计算
桥梁孔径 桥孔长度:设计水位处两桥台前缘之间( 桥孔长度:设计水位处两桥台前缘之间(埋入 式桥台则为两桥台护坡坡面之间)的水面宽度。 式桥台则为两桥台护坡坡面之间)的水面宽度。 桥梁孔径:桥孔长度扣除全部桥墩宽度(顺桥方 桥梁孔径:桥孔长度扣除全部桥墩宽度( 称为桥孔净长, 向)后,称为桥孔净长,也称桥梁孔径
第5章 大中桥桥孔设计
§5.1 桥涵水文勘测设计的基本知识 §5.2 设计水位 §5.3 桥位河段河道演变和桥孔布置原则 §5.4 桥梁孔径计算 §5.5 桥梁高程设计
建桥以后,河流受到桥头引道的压缩和 建桥以后,河流受到桥头引道的压缩和墩台 桥头引道的压缩 阻水的影响 改变了水流和泥沙运动 的影响, 水流和泥沙运动的天然 阻水的影响,改变了水流和泥沙运动的天然 状态,引起河床的冲淤变形 河床的冲淤变形, 状态,引起河床的冲淤变形,导致水流对桥 梁墩台基础的冲刷,危及桥梁的安全。因此, 梁墩台基础的冲刷,危及桥梁的安全。因此, 冲刷 孔径的计算和布置, 孔径的计算和布置,应以建桥前后桥位河段 内水流和泥沙运动的客观规律为依据。 内水流和泥沙运动的客观规律为依据。
两种方法的适应范围: 两种方法的适应范围: 过水断面法:适用于细颗粒、 过水断面法:适用于细颗粒、均匀的沙质河 床,平原稳定性河床 经验公式法:适用于大颗粒、宽浅变迁性河 经验公式法:适用于大颗粒、 床等不稳定性河床
5.5 桥梁高程设计
壅水:建桥后,天然水流受到桥孔压缩, 壅水:建桥后,天然水流受到桥孔压缩,桥前形 引起 桥下 水位 升高 的因 素
ω有效=µω净过水面积
桥下通过设计流量Qp时 桥下通过设计流量 时,需要的过水净面积为
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5.1 桥涵水文勘测设计的基本知识
1、桥涵水文勘测的依据为《铁路工程水文勘 测设计规范》或《公路工程水文勘测设计规范》 等
2、桥涵水文勘测的主要任务 • 编制预可研报告前,应对控制线路的桥 渡进行纸上研究或利用航摄像片进行水 文判释,并去现场重点调查和核对。对 线路可能通过地区的水文、大型水利设 施、地形和地质特征等进行了解。
地形资料 水文资料 降水资料 流冰、流木资料 通航资料 地质资料 其他资料 洪水调查 河道调查 冰凌调查 汇水区流域特征调查 其他 水文断面测绘 水文平面关系的测绘 水面坡度图的测绘
桥梁测绘工作:桥渡总平面图、桥址平面图、纵断面图等 水文调 查工作
水文测 绘工作 其他工作
桥涵水文设计 的主要内容
桥位的选择 设计洪水的计算 桥梁孔径的设计 桥前壅水的计算 桥梁标高的确定 桥梁墩台冲刷的计算 调治构造物的设计
5.4 桥梁孔径计算
桥梁孔径 桥孔长度:设计水位处两桥台前缘之间(埋入 式桥台则为两桥台护坡坡面之间)的水面宽度。 桥梁孔径:桥孔长度扣除全部桥墩宽度(顺桥方 向)后,称为桥孔净长,也称桥梁孔径
一、铁路桥梁孔径计算 1、设计流速 在桥渡设计中,总是希望在不引起强烈河床 变形的前提下,桥下过水断面能够发挥其最大过 水能力。当建桥后,由于桥孔压缩河道,桥下流 速增大,引起河流冲刷,进而流速降低。一般当 流速降低到天然流速时,河流就停止冲刷。所以 一般都采用天然河槽平均流速作为河槽冲刷停止 时的平均流速。
桥 位 河 段 的 平 面 变 形
然演变;当桥孔压缩河滩时,河流的水流相对集中, 在地质条件允许冲刷时,桥下主槽有可能有可能扩宽, 使一部分河滩变为河槽。进而河流的过水断面也将发 生变化
顺直微弯河段:在水流与河床的相互作用下,边
滩下移发展,深槽将交替出现在桥渡断面的左右两岸
游荡型河段:分两种情况:一是设置长大导流堤,
二、桥面高程 1、不通航河流的桥面设计高程 (1)按设计水位计算桥面最低高程
Hmin H s h hj h0
(2)按设计最高流冰水位计算桥面最低高程
Hmin H SB h j h0
2、通航河流的桥下净空 通航河流的桥面设计高程除应满足不通航河流的 要求外,同时还应满足下式要求:
第5章 大中桥桥孔设计
§5.1 桥涵水文勘测设计的基本知识
§5.2 设计水位
§5.3 桥位河段河道演变和桥孔布置原则
§5.4 桥梁孔径计算 §5.5 桥梁高程设计
建桥以后,河流受到桥头引道的压缩和墩台 阻水的影响,改变了水流和泥沙运动的天然 状态,引起河床的冲淤变形,导致水流对桥 梁墩台基础的冲刷,危及桥梁的安全。因此, 孔径的计算和布置,应以建桥前后桥位河段 内水流和泥沙运动的客观规律为依据。
• 初测期间应为可行性研究提供必要的资 料。为不同的工程需要提供相应的资料。 若水位因素特别复杂时,除汛期内必须 进行实地水文观测外,必要时还应进行 水工模型试验 • 定测期间应根据可行性研究报告批复意 见,对初测资料进行核对和补充。如初 测后发生较大洪水应进行补测。
资料 收集
桥 涵 勘 测:适用于细颗粒、均匀的沙质河 床,平原稳定性河床 经验公式法:适用于大颗粒、宽浅变迁性河 床等不稳定性河床
5.5 桥梁高程设计
壅水:建桥后,天然水流受到桥孔压缩,桥前形 引起 桥下 水位 升高 的因 素
成壅水。天然水面以上壅起的高度,称为壅水高度 波浪:水面受风的作用而呈现起伏波动,并沿风向 传播,形成波浪。桥位处河流洪水的波浪高度一般 通过调查确定。计算桥面高程时,从桥位静水面算 起,计入波浪高度的2/3。 河湾超高:河湾处水位超高值计算公式,计算桥面 高程时,可计入河湾水位超高值的1/2 急流河槽中桥墩的水流冲击高度:在确定急流河槽 桥面高程时,不计壅水高度,而计入水流冲击高度 其他因素:如主槽水位高、水拱现象等
约束水流集中进入桥孔,加大单宽流量和流速,汊流 消失成为单一河道;二是桥孔不设导流堤约束水流, 河段极不稳定,桥渡断面任何地方均可能变为深槽、 心滩或边滩
桥梁孔径布置的一般原则
5.3 桥 孔 布 设
不同类型 河段上, 桥梁孔径 布设的具 体要求
桥孔布设应与天然河流断面流量分配相适应 在内河通航的河段上,通航孔布设应符合相 应要求,并应充分考虑河床演变和不同水位 所引起的通航变化 主流深泓线上或主航道上不宜布设桥墩;在 断层、陷穴地段也不宜布设墩台 在有水流、流木河段上,桥孔应适当放大 山区河流桥孔布设原则 平原河流桥孔布设原则 山前区河流桥孔布设原则
Hmin Hth hM h0
结
束
设 计 水 位 的 推 求
如果桥位断面没有实测资料,而桥位断 面附近有实测资料,若两断面的流域面 积不超过5%:可通过水文断面处的资料来推求
桥位断面处的资料
当桥址附近河床断面规则,并有多年历 史洪水资料时:可利用水文统计法推求设计水位 当水面比将均一,河道顺直,河床断面 较规整的稳定均匀流河段,河底纵坡均 一时:可利用水力学公式求得设计水位
2、孔径计算 (1)冲刷系数计算
P=桥下需要的过水断面面积/桥下供给的过水断面面积
当桥梁允许冲刷时,其冲刷系数也不应超过 表5-2所给数值。不允许冲刷时,应采取铺砌防 冲的方法,而对于大中桥则不宜采用该方法。 (2)孔径计算 是用过水断面积来表示的。
wg
Qp Pvp cos
二、公路桥梁孔径计算 1、过水断面法 建桥后,桥墩所占面积阻挡了水流的通过, 进而引起桥下过水面积的折减,用折减系数表示
桥墩阻水面积 = 桥下毛过水面积
水流通过墩台侧面时,由于墩台侧面对水流的摩 擦力而形成的涡流同样占据水流通过面积,其对 桥下过水面积的折减用μ表示,有效过水面积:
有效=净过水面积
桥下通过设计流量Qp时,需要的过水净面积为
净=
Qp
Pvp
桥下净过水面积等于桥下毛过水面积减去墩台阻 水面积:
5.3 桥位河段河道演变和桥孔布置原则
1、桥位河段的纵向变形 由于绝大多数的桥位是处于缓流河段,因此 这里仅研究缓流河段的水流图式。如图5-7。 桥位河段的水流图式,反映了建桥后水流和 泥沙运动的变化,并表现了桥孔长度、桥前壅 水和桥下冲刷三者之间的关系,应作为桥孔计 算时的分析依据。
蜿蜒河段:当桥孔大于河主槽宽时,河曲仍能自
净=毛 毛
所以,桥下通过设计流量Qp时,需要的毛过水 面积为:
毛= 1 Pvp
Qp
2、经验公式法 公路规范中的桥孔长度是指在一定的水力、 泥沙及河床条件下,通过设计洪水流量时桥下过 水断面必须具有的桥孔最小净长度。
针对不同的河段,其具体计算方法有: (1)峡谷河段:不宜压缩河槽,可不做计算 (2)开阔、微弯顺直、分汊、弯曲河段及滩、 槽可分的不稳定河段 (3)宽滩河段 (4)滩槽难分的不稳定河段
5.2 设计水位
1、设计水位是指桥位设计断面上相应于设计 流量的水位。由于设计流量的通过频率曲线推 求的,因此与其相应的水位也不可能直接测量, 而是通过延长Q-H曲线求得
2、水位与流量的关系 • 较稳定的水位与流量的关系 • 不稳定的水位与流量关系曲线
当有实测的断面水文资料时:可通过直接
延长Q-H曲线来求得设计流量对应的设计水位