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冲刷计算_图文_

归档日期:10-19       文本归类:冲刷      文章编辑:爱尚语录

  冲刷计算_数学_自然科学_专业资料。第 6 章 桥下河床冲刷计算 (Bridge Pier Scour Calculation) 为了保证桥梁的安全和顺利宣泄洪水,桥梁不但 要有足够的桥孔长度和桥梁高度,而且,墩台基础还 要有足够的

  第 6 章 桥下河床冲刷计算 (Bridge Pier Scour Calculation) 为了保证桥梁的安全和顺利宣泄洪水,桥梁不但 要有足够的桥孔长度和桥梁高度,而且,墩台基础还 要有足够的埋置深度,以免遭受洪水冲刷破坏。因此, 设计桥梁时,还必须合理的预计桥梁使用期内河床的 演变和墩台的冲刷,为确定墩台基础的埋置深度提供 依据。 天然河床由泥、土、沙、石等组成,统称为河流 泥沙(river sediment)。 河道中的水流和泥沙总是在不停的运动着,床面 上的泥沙被水流冲起带走,使床面下切,形成河床的 冲刷;水流所挟带的泥沙沉积下来,使床面淤高,形 成河床淤积。在水流和泥沙的相互作用下,河床总是 在不停地冲淤变化,构成了河床的自然演变。 建桥后,除了河床的自然演变外,还有桥梁墩台 对水流和泥沙运动的干扰而引起河床的冲刷,它们交 织在一起,同时进行,所以桥下冲刷过程十分复杂。 桥梁墩台周围河床的最大冲刷深度,是设计桥 梁墩台基础埋置深度的依据。 最大冲刷深度是各种因素综合作用的结果,十分 复杂。为了便于研究和计算,桥涵水文中把这一复杂 的冲刷过程简化为独立的三部分——自然冲刷、一般 冲刷、局部冲刷,并假定它们相继发生,可以分别计 算,然后叠加,作为墩台的最大冲刷深度,并据以确 定墩台基础的埋置深度。 hs ? ?h ? hP ? hb 自然冲刷、一般冲刷、局部冲刷形成的原因各 不相同。 自然冲刷地确定方法: 由于影响河床演变的因素非常多,而且错综复杂, 难以得到可靠的计算结果。目前在实际工作中,主要 通过实地调查或参考类似河流的观测资料,结合河段 的特点和整治规划,估计建桥以后可能发生的河床演 变,作为设计桥梁墩台的自然冲刷深度。 在实际工作中,一般可根据桥位河段的类型, 通过选择“计算断面”的方法来确定自然冲刷深度。 计算断面选择: 平原顺直型河段:桥位上游附近最大水深断面 最大水 深断面 :.· :.· :.·:.· :.·:.· ::..·· :.·:.· hmax ?h 平原弯曲型河段:桥位上游附近河湾半径最小的河 湾顶点断面 hmax ?h 游荡型和变迁型河段:在桥位断面上、下游桥位河 段内取若干河床断面重叠后的外包线。 ?????? ?? ? ? ??? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? ????????????? ???? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? 桥位 hmax ?h 山区河段: 桥位断面 在河床演变不甚激烈的桥位河段,一般可用桥 位断面作为计算断面,同时,考虑桥位上游最大水 深可能下移,实际工作中常采用桥位上游附近实测 或调查的最大水深作为计算断面的最大水深。 桥梁墩台冲刷计算中 如何简化复杂的冲刷 过程? §6.1 桥下一般冲刷计算 (general scour of bridge pier) 建桥以后,桥孔压缩水流,桥下流速增大,引起 整个桥下断面河床的冲刷,称为一般冲刷。 建桥以后,桥孔压缩水流,桥下流速增大,水流 挟沙能力随之增大,引起整个桥下断面河床的冲刷, 称为一般冲刷。 随着一般冲刷的发 ZS 展,河床不断刷深,桥 下断面逐渐扩大,过水 断面面积不断增大。 随着桥下断面的扩大,流速相应降低,水流挟沙 能力也随之降低。当流速降低到不能继续冲刷河床时, 冲刷即趋于停止了。此时,桥下过水断面最大,一般 冲刷的深度也达到最大。 表示方法: 通常用一般冲刷 停止时桥下的垂线水 垂线 ZS 深表示该垂线处的一 般冲刷深度,以hP表 示。桥下一般冲刷停 hP Vs 止时的垂线平均流速, 称为冲止流速,以Vs表示,m/s。 6.1.1 非粘性土河床一般冲刷计算 (non-cohesive soil river bed general scour calculation) 1、64-1修正式(按冲止流速建立的公式) 建立的概念: 垂线 任一垂线,在一般冲 刷的过程中,当断面扩大 使垂线的平均流速降到该 垂线的冲止流速时,冲刷 就停止了,一般冲刷深度 hP Vs 达到最大,并且桥下所有垂线的冲刷都停止时,整个 桥下断面的一般冲刷就停止了。 取桥下断面为计算断面: 按水力学的连续方程,单宽流量: Q ? ?V q ? h?V h? q V 对任一条垂线: h? q V 取最大水深垂线:当V=Vs时,h=hP, q=qs。 hP ? qs Vs (6 ? 1) qs为一般冲刷停止时桥下最大单宽流量。 求刚建桥,冲刷前的最大单宽流量 qmax。先求平均 单宽流量: q ? QP ?Lj 式中,Lj为桥孔净长;μ 为侧收缩系数(压缩系数)。 由谢才-曼宁公式: QP ? ? 21 R J3 2 n ? Bh 2 h3 J 1 2 n ? 5 B h J3 1 2 n q ? 5 1 h J3 1 2 n qmax ? 15 1 3 2 n h J max qmax ? ( hmax )5 3 q h qmax ? q( hmax )53 h 将q ? QP ?Lj 代入qmax,得: qmax ? QP ( hmax )5 3 ?Lj h (1)河槽部分 (6 ? 2) 冲刷停止后最大单宽流量与冲刷前最大单宽流量 的关系: qs ? Aqmax (6 ? 3) A称为单宽流量集中系数。 A ? ? 0.15 ? ( B )0.15 H (6 ? 4) 稳定河段:A=1.0~1.2;次稳定河段:A=1.3~1.4;不稳 定河段:A=1.5~1.7,最大不超过1.8。 冲止流速: Vs ? Ed h 1 6 2 3 P (6 ? 5) 式中,d 为河槽泥沙平均粒径,mm; E为经验系数

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