小桥和涵洞孔径计算
小桥与涵洞勘测设计
根轨迹法的任务在于，由已知的开环零、极点的分
布环及极根点增确益定，后通，过再图补解上法闭满点足。找环绘下出零制式闭点根的环，轨点迹，极 系就都点统是是。性寻根一能找轨所迹旦便有上闭可满的
以确定。
足该式的解，它表达了开环传递
2. 根轨迹1方 G程(s)H (s) 0
特征方程为
m
Kr (s zi )
③当两K个r 相=等0.的25负时实，根闭；环极s点1,2 s11=.5
sj21
2
=4K-r1.15为
④当0.25 < Kr < +∞时，闭环极点
当Kr 从0→+∞变化时，系统特征根（闭环极点） 变化轨迹如图所示，此即为系统的根轨迹，
图中箭头表示沿Kr值增大的方jω向。
Kr=4.25
2
Kr=0.25 Kr=0
2. 石盖板涵
优点： ①就地取材； ②结构坚固； ③建筑高度较小，对地基条件要求不高； ④施工简便、易于修复。
缺点： 力学性能较差，一般仅适用于跨径小于2m，设计流量
通常在10 m3 / s 以下的小型涵洞。
3. 钢筋混凝土板桥（涵）
优点： ①建筑高度较小，受填土高度限制较小； ②能采用工厂预制，现场装配，施工简便迅速； ③为简支结构，对地基条件要求不高； ④遭受破坏后易于修复。
KG (s zi ) (s p j )
i 1
j 1
n
m
(s p j ) Kr (s zi )
结论：
j 1
i 1
① 闭环传递函数的零点是由前向通路传递函数
G(s)的零点和反馈通路传递函数H(s)的极点 组成。对于单位反馈系统H(s)=1，闭环零点 就是开环零点。因为闭环零点不会随Kr的变
第十四章_小桥涵勘测设计
（4）流线型洞口 当涵洞进水口端节升高，立面上形成流线型。当用于压力式涵洞时 ，可使涵内充满水；当用于无压力式涵洞时，可有效地提高涵洞的泄水 能力。
第四节
小桥涵类型选择与布置
（5）斜交涵洞洞口 当涵洞与路线斜交时，洞口布置常见的有两种方法：斜交正做 洞口和斜交斜做洞口。
1）斜交正做洞口
洞口断面N-N与涵洞中心线 垂直，与路线的中心线斜交 。
第四节
小桥涵类型选择与布置
5、按涵洞洞身型式分类：
①平置式坡涵：②平置式阶梯涵：③斜置式坡涵：
第四节
小桥涵类型选择与布置
二、小桥和涵洞类型的选择
公路小桥和涵洞的类型的选择应根据路线等级，结合当地的地 形、水 文、材料、施工等条件，按照安全、适用、经济、就地 取材、便于施工与养护的原则来选用。 1. 小桥和涵洞的选择
第五节 小桥孔径计算
2、确定小桥孔径长度L ①自由式出流：
在计算需要的桥下水面宽度B时，应该引进水流挤压系数ε：
QS g B Nd 3 . vk
当桥孔断面为矩形，则桥孔长度L=B；
当桥孔断面为梯形，则桥孔长度L=B+2mΔh；
第五节 小桥孔径计算
②淹没式出流：
桥下河槽被下游水流淹没，桥下过水断面的水深为ht，则桥下过水断面的平均 宽度（即1/2ht处）为：
第五节 小桥孔径计算 一、水流通过小桥的图式
当桥孔压缩河槽时，水流受到桥台路堤和墩台的挤压，桥前水位 抬高，产生壅水，桥下水面降低，出现收缩断面。 小桥桥下河槽一般都进行铺砌加固，不会冲刷。通过小桥桥下的 水流图式与宽顶堰相似，按下游天然水深的大小可分为自由式出 流与淹没式出流两种。 水流图式 自由出流 判别标准 ht≤1.3hk
涵洞孔径计算
涵洞计算1、涵洞的布设本路段小桥涵设置时主要考虑了：上游洞口应考虑流向，下游洞口以不危及农田村镇为原则，同时考虑到圆管涵利于施工，又经济简便，所以大部分形式均采用无压力式圆管涵形式。
本设计所取标准跨径为1.0m 。
本设计中涵洞的位置以及孔径见表1所示：管涵的标准跨径通常取50、75、100、125、150（cm ）。
下面以排水总体规划图中K16+708处的涵洞计算为例。
采用的方法为径流形成法，此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，是公路部门目前普遍使用的一种计算方法，该公式只适用于汇水面积F ≤30 km 2的小流域。
汇水面积：0.0312km ，主河沟平均比降：12.4%，流域土壤吸水类属：Ⅲ，年平均降雨量：793mm ，设计洪水频率1/50，汇流时间：30min ，径流系数：0.95，粗糙度系数n=0.014。
我国公路系统最常采用的是公路科学研究所提出的简化公式，其中未考虑洪峰削减的公式为：由涵洞设计手册得洪峰流量计算：。
()βγδϕ54230m z -h F Q =式中 Q P ——规定频率为P 时的雨洪设计流量（m 3/s ）F ——汇水面积（km 2） h ——暴雨径流厚度（mm ） Z ——被植物或坑挖滞流的径流厚度φ——地貌系数，根据地型、汇水面积F 、主河沟平均坡 度I z 决定β——洪峰传播的流量折减系数，由汇水面积重心至桥涵的距离（L 0＝0.3Km<1Km ）及汇水区的类型（丘陵汇 水区）综合查表3.2－10得 γ——汇水区降雨不均匀的折减系数δ——考虑湖泊或小水库调节作用对洪峰流量影响的折减系数根据已知条件查《公路桥涵设计手册·涵洞》表4-8、表4-11、表4-12、表4-13、表4-14、表4-15，分别得地貌系数0ϕ取0.09，常用迳流厚度h 取53mm ，植物坑洼滞留的迳流厚度z 取10mm ，洪峰传播的流量折减系数β取1、降水不均匀折减系数γ取1.0、小水库（湖泊）调节折减系数δ取1。
专题一：桥涵孔径设计祥解
( 5 3)
y j
QP = PωyVS，得：
QP j PVS
(5 1)
引入由于桥墩阻水引起桥下过水面积折减的系数λ：
d g
对宽浅形断面：
d l
而j
g d (1 ) g ，代入（5-1）式，得：
QP g (1 ) PVS ( 5 2)
计算桥孔长度时，取天然河槽平均流速作为设计 流速（一般冲刷完成时的桥下平均流速）。 过水面积：
引入冲刷系数P：
冲后 P 冲前
P≥1，因此有 ω冲后 = Pω冲前，ωy后 = Pωy前。
各类河段的冲刷系数P值 河 山 区 流 类 型 峡谷段 开阔段 山前区 半山区稳定段 （包括丘陵区） 变迁性河段 冲刷系数 1.0～1.2 1.1 ～ 1.4 1.2 ～ 1.4 1.2 ～ 1.8
（4）滩、槽难分的不稳定河段
宜按下式计算：
L j C P B0 B0 16.07( Q d
0.24 0.3
)
CP (
Q P 0.33 ) Q2%
式中，B0为基本河槽宽度，m；
Q为年最大洪峰流量均值； m3/s；
d 为河床泥沙平均粒径，m；
CP为洪水频率系数； Q2%为五十年一遇洪水流量， m3/s。
第 5 章
桥涵孔径设计
（Bridge Opening Design ）
内容安排
5.1 5.2
桥孔长度 桥面标高
5.3
小桥涵断面设计
学习目标
1、掌握桥孔最小净长Lj计算 ； 2、掌握桥面中心最低标高计算； 3、掌握引道路堤最低设计标高的计算； 4、熟悉桥前最大壅水高度和桥下壅水高度计算； 5、了解各种水面升高值（波浪高度、波浪侵袭高 度、水流局部冲击高度、河弯超高、水拱和河床的淤 高）计算。
小桥涵水力计算及确定孔径经验方法
6
大中桥与小桥孔径计算有什么不同？
临界流就是水深等于临界水深时的一种特殊的水流状态。 主要参数有：
（1）临界水深 （2）临界流速 （3）临界坡度
20
（1）临界水深
临界水深时的能率最小，有 d E 0 0 dH
d dE H 0dd HH2Q g 221gQ 23d dH
对任何形状的断面，有 dBdH，B为水面宽度。
因此
1
Q2
g 3
水位
天然水深 h t
x
R
x
i
1
C mR6
21
v mR 3i2
Q v
如求得流量与已知的设计流量相差不超过10%，则所假定的 ht及vt可作为以后孔径计算的依据，否则应另行假定ht ，重 新计算。
30
确定天然水深
b. 公式法 如将河床断面规则化，用三角形代替，
3
1
ht
1.1892
Qs8
(a2 1)8
（3）公路沿线的小桥、涵洞布置的数量少，排水系统不完 善，或河沟上游有堆积物、漂浮物，导致小桥涵堵塞，引 起洪水漫流路面，冲蚀路肩乃至毁坏路基或桥涵。
13
公路桥涵水毁的成因分析
（4）小桥涵进水口紧接较陡的山坡，进水口处的路基及防 护构造物由于洪水急流的顶冲而被摧毁，或因为淘刷基 础造成了水毁。 （5）受资金、材料的限制，公路标准低、质量差，缺少 排水和防护构造物；平原地区的路基标高太低，填土高 度较小；多年来农、林、水和公路建设欠协调，破坏了 生态平衡，同时公路桥涵的抗灾能力降低，严重的则发 生了水毁。
涵洞孔径计算
涵洞孔径计算1、涵洞设计流量计算原则流域面积小于30 k m 2的河流，利用《公路涵洞设计细则》（JTG/T D65-04-2007）中径流形成法公式计算流量，用经验公式复核。
2、计算公式计算公式1 -径流形成法公式 公式： 其中：Q p ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； ψ：地貌系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-5；h ：径流厚度（mm ），由暴雨分区、规定频率P%、土的吸水类属一级汇流时间确定，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-9；z ：被植物或坑洼滞留的径流厚度（mm ），查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-10；F ：汇水区面积（km 2）；β：洪峰传播的流量折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-11；γ：汇水区降雨量不均匀的折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-12；δ：小水库（湖泊）调节作用影响洪峰流量的折减系数，查《公路涵洞设计细册》附录B 表B-13，本项目路线无小水库，则δ＝1。
计算公式2-经验公式法 经验公式Ⅲ：Q p =CS F其中：Q p ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； C ：系数，C ＝0.4；S ：频率为P 的雨力（mm/h ），查四川省雨力（mm/h ）等值线图，S=90 F ：汇水面积（km 2）。
经验公式Ⅳ：Q p =KF n其中：Q P ：规定频率为p 时的洪峰流量（m 3/s ）； K ：迳流模量，K=0.74；()5423Fz h Q p -ψ=F：汇水区面积（km2）。
（1）、汇水面积流域面积从1：5000或1：10000的地形图上勾绘出汇水区范围，然后再以图形法求算面积。
（2）、设计流量本次所选的涵洞汇水面积均小于30 k m2，故采用径流形成法公式计算流量。
依以上参数，对路线上部分涵洞1%洪峰流量进行计算，结果见下表1-1。
表1-1 涵洞设计流量注：本次根据流域面积范围选择设计流量值。
3、涵洞孔径计算考虑本合同段区域的地形、地貌，涵洞选择无压力式较为适宜。
小桥涵计算
小桥涵分布及孔径计算
梁东 土木工程系 771211liangdong@
意义
桥涵工程费在铁路全部工程费中占相当大的比重。 而小桥、涵洞因数量众多，又约占桥涵工程费的一 半。 桥涵设置的优劣对线路的安全也有很大影响，所以 ，恰当地分布桥涵和正确地决定其孔径与类型是十 分重要的。
植物截留、填洼和入渗的整个过程称为蓄渗过程，这部分雨水不 产生地面径流而作为损失，扣除损失后剩余的雨量称为净雨。 如果降雨强度大于下渗强度，则超渗雨量就沿坡面开始漫流。坡 面漫流的雨水汇入河槽后，又从上游流向下游，从支流进入主流 ，最后到达流域出口断面，这个过程称为河槽集流。 在河槽集流过程中，随着坡面漫流的迅速汇集，使出口断面的流 量急增，水位猛涨，经过一段时间后出现最大流量（洪峰流量） ，后逐渐减退。
2、钢筋混凝土盖板箱涵
——适用于低填土，对地基承载力的要求没有拱涵高，因此，常用在要 求通过较大的流量，地质条件较差，路堤高度有限，且不适宜设置拱涵 的情况。
3、石盖板箱涵
——当流量较小，且附近有合适的石料时，采用这类涵洞能节省部分钢 筋和水泥，应优先选用。
4、石砌拱涵
——这类涵洞具有节约钢筋和水泥，通过较大的流量和在陡坡上较易设 置等优点，因此，拱涵虽然施工比较困难，但一般仍经常采用。当路堤 有足够高度，地质条件良好，具有较高的地基承载力，附近又有合适的 石料时，采用这类涵洞是合适的。
（二）涵洞孔径计算
涵洞与小桥相比，其特 点是孔径小，洞身长， 涵前水深可以高于涵洞 高度，所以，水流通过 涵洞的图式比小桥复杂 。 根据实验，按涵洞前壅 水是否淹没涵洞的进口 及洞顶，涵洞的水流图 分为无压式、半有压式 和有压式三类。
公路小桥涵设计
公路小桥涵设计净跨径: 桥梁相邻两个桥墩或桥台之间的净距离。
计算跨径: 梁式桥、板式桥涵指一跨之间支座中心线之间的水平距离;拱式桥涵指一跨之间两个拱脚截面形心之间的水平距离。
标准跨径: 梁式桥、板式桥涵以两桥（涵）墩中线间距离或桥（涵）墩中线与台背前缘间距为准；拱式桥涵、箱涵、圆管涵以净跨径为准。
1、什么小桥与涵洞？2、小桥涵的作用？①保证“路基”连续②保证水流畅通③保证行车无阻。
3、小桥涵设计原则？设计原则（“十字方针”）安全：行车安全；适用：使用要求；经济：建设和运营费用最低；美观：与周围景观环境相协调；环保：取弃土的问题，防止水土流失。
4、小桥涵设计要求？行车要求：①满足平、纵、横面线形标准要求。
②满足强度、刚度、稳定性要求。
③满足桥涵净空的要求。
排水要求：①保证设计流量顺利宣泄②保证桥下一定的净空高度通航要求，跨线要求：①跨越铁路、公路、人行通道②管线并行、交叉（电力、电信、油气等）荷载要求：满足设计荷载的要求：①高速和一级公路满足公路-Ⅰ级②二级及以下等级满足公路-Ⅱ级桥上线形及桥头引道要求：①纵坡要求②引道路基的高度要求5、小桥涵测设包括小桥涵外业勘测和内业设计。
外业勘测＋内业设计：完成两套图两套表小桥设计图，小桥工程数量表，涵洞设计图，涵洞工程数量表。
6、小桥涵测设内容与步骤？①资料收集及勘测准备②小桥涵结构类型选择③小桥涵位置选择④拟建小桥涵址处测量⑤小桥涵址调查内业设计⑥流量计算及孔径计算⑦小桥涵主要尺寸拟定⑧小桥涵立面布置⑨工程数量计算及施工图预算编制。
7、常见小型排水构造物有哪？纵向：边沟、截水沟、排水沟。
横向：路拱、小桥、涵洞、漫水桥、过水路面、透水路堤、倒虹吸涵洞、渡槽。
8、小桥与涵洞主要区别在于单孔跨径和多孔跨径总长。
其它微小区别：①桥与路基断开，涵可看为路基的一部分；②桥为窄长，涵为宽短；③桥有桥面系，涵洞没有。
9、漫水桥用于容许短时中断交通的三、四级公路。
10、过水路面用于容许短时中断交通的三、四级公路。
桥涵孔径计算课件
操作流程
桥涵孔径计算软件的操作流程一 般包括数据输入、计算过程和结 果输出三个步骤。
功能特点
软件应具备界面友好、操作简单 、计算准确等特点，同时应具备 数据存储和查询功能。
软件应用实例及效果展示
应用实例
以某高速公路桥涵为例，采用计算机 程序进行孔径计算，相比传统手工计 算方法，大大缩短了计算时间，提高 了效率。
桥涵孔径计算课件
目 录
• 桥涵孔径计算概述 • 桥涵孔径计算的前期准备 • 桥涵孔径计算的数学模型 • 桥涵孔径计算的实例分析 • 桥涵孔径计算的软件应用 • 桥涵孔径计算的发展趋势与展望
01
桥涵孔径计算概述
桥涵孔径的概念与重要性
桥涵孔径是指桥涵流水断面上垂直于 流线的直线长度，是桥涵设计中的重 要参数之一。
桥涵孔径的大小直接影响着桥涵的过 水能力、水流状态、河床冲刷和河床 演变等，对于桥梁和涵洞的安全和使 用性能具有重要意义。
桥涵孔径计算的原理与依据
桥涵孔径计算的原理主要是基于水力学和流体力学的原理，通过分析桥涵处的地 形、地质、水流条件等因素，确定合适的孔径大小。
桥涵孔径计算的主要依据包括桥涵设计规范、水文资料、地质勘察报告、洪水计 算成果等。
02
根据桥涵设计的规范和标准，确 定计算方法和标准，如采用水力 学公式或计算机程序进行计算。
建立计算模型与数据库
根据桥涵设计的具体情况，建立合适的计算模型，如堰流模 型、孔口模型等。
建立桥涵孔径计算的数据模型和数据库，包括数据采集、处 理、存储和查询等功能，以便进行计算和管理。
03
桥涵孔径计算的数学模型
桥涵孔径计算的基本步骤
01
02
03
04
收集和分析桥涵设计规范、水 文资料、地质勘察报告、洪水
第十四章 小桥与涵洞勘测设计
第十四章 小桥与涵洞勘测设计
查表法计算小桥孔径
利用查表法进行小桥孔径计算的步骤如下： 利用查表法进行小桥孔径计算的步骤如下： 根据河床土质或者加固类型，查附录1， 根据河床土质或者加固类型，查附录 ，确定容许不冲 刷流速 vmax。 先按自由出流， 与桥台形状查表14-2，即可得 先按自由出流，由 vmax与桥台形状查表 ， 及桥前水深H。 出孔径系数 β ，桥下临界水深 hk及桥前水深 。 并判别出流状况。 用试算法算出下游水深 ht ，并判别出流状况。如为自 由出流，则以上计算有效；如为淹没出流， 由出流，则以上计算有效；如为淹没出流，则应查表 14-3，得到对应的 β及H。 ， 。 计算桥跨长度
ht > 1.3hk
12
2011-1-7
水力学与桥涵水文课件
第十四章 小桥与涵洞勘测设计
小桥孔径计算方法
小桥孔径计算一般采用试算法和查表法进行。 小桥孔径计算一般采用试算法和查表法进行。 试算法： 试算法： 先根据河床实际情况，拟定河床加固类型， 先根据河床实际情况，拟定河床加固类型，确定桥 下河床的容许流速。 下河床的容许流速。 再根据容许流速与设计流量， 再根据容许流速与设计流量，通过计算确定孔径大 小与壅水高度。 小与壅水高度。 与允许的壅水高度及路线最低标高进行比较， 与允许的壅水高度及路线最低标高进行比较，从而 判断是否需要调整孔径值。 判断是否需要调整孔径值。 查表法： 查表法： 设计单位将常用的小桥孔径计算编制成表格速算 孔径，以供设计使用。 孔径，以供设计使用。
2 2 2 由临界水深公式推得， 由临界水深公式推得， h = 3 αQ = 3 αhk vk k 2
gBk
g
hk = hk =
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