ch4-1设计洪水-桥孔布设

2020/3/301桥渡设计BridgeHydraulics2020/3/302§4.1设计洪水§4.2桥孔布设§4.3桥梁孔径与水力计算孔径设计Ch.4桥渡设计9.3.3（3）9.49.52020/3/3034.1.1设计洪水概念§4.1设计洪水4.1.2桥渡设计洪水标准4.1.3推求设计洪水基本途径4.1.4设计洪水重现时间2020/3/3044.1.1设计洪水概念由于流域内降雨或溶雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨，这种水文现象，称为洪水。（1）洪水洪水是我国的主要灾害之一，约有2/3的国土面积受到洪水灾害的威胁。2020/3/305（2）设计洪水设计洪水：作为建筑物设计依据的某级洪水。防洪设计有两种:1）自防--建筑物自身的抗洪能力；2）他防--为保护某些重要地区，所采取的一定防洪标准的工程措施。在进行工程设计时，为了建筑物本身的安全和防护区的安全，必须按照某种标准的洪水进行设计。4.1.1设计洪水概念2020/3/306（3）设计洪水的表示含以下两部分：1）洪水标准：作为设计计算依据的标准；2）洪水数值：相应于设计洪水标准的洪水要素的大小（如洪峰流量Q、洪水位Z）。4.1.1设计洪水概念2020/3/307设计标准由国家制定,以设计规范给出。规划中按工程的种类、大小和重要性,将建筑物划分为若干等级,按不同等级给出相应的设计标准。工程设计有设计标准和校核标准。相应地，有设计洪水和校核洪水。（1）设计洪水标准4.1.2桥渡设计洪水标准2020/3/308当洪水达到设计标准的洪水时，整体建筑物要确保安全，称为设计标准，又称为正常运用标准；当洪水达到校核标准的洪水时，其主要建筑物要确保安全，称为校核标准，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；按非常运用标准推算出的洪水称为校核洪水。设计标准校核标准4.1.2桥渡设计洪水标准2020/3/309用洪水的重现期T（年）或频率P(=1/T)表示。表4-1公路桥涵路基设计洪水频率PJTGC30-2002、2015构造物名称公路等级高速公路一二三四特大桥1/3001/3001/1001/1001/100大、中桥1/1001/1001/1001/501/50小桥1/1001/1001/501/251/25涵洞及小型排水构造物1/1001/1001/501/25按具体情况确定路基1/1001/1001/501/25按具体情况确定（2）设计洪水标准的表示4.1.2桥渡设计洪水标准2020/3/3010表4-2铁路桥涵路基洪水频率(P)标准铁路等级设计洪水频率检算洪水频率桥梁涵洞路基技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥I、II1/1001/1001/1001/300III1/501/501/501/100铁路工程水文勘测设计规范—TB10017-99铁路桥涵设计基本规范TB10002.1-2005114.1.2桥渡设计洪水标准铁路等级设计洪水频率检算洪水频率桥梁涵洞路基技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥I、II1/1001/1001/1001/300III1/501/501/501/1002020/3/3011表4-3铁路桥涵、路基洪水频率(P)标准铁路工程水文勘测规范—TB10017-20184.1.2桥渡设计洪水标准铁路等级设计洪水频率检算洪水频率桥梁涵洞路基技术复杂、修复困难或重要的大桥和特大桥客运专线、Ⅰ、Ⅱ1/1001/1001/1001/300Ⅲ1/1001/501/501/300Ⅳ1/501/501/501/1002020/3/3012洪峰流量Qm（m3/s）:年洪水过程的最大流量。桥涵、路堤设计洪水，主要用设计(洪峰)流量，和相应的设计(洪峰)水位。（3）表示设计洪水的物理量洪峰水位Zm（m）:相应于Qm的水位。设计流量表示为：QP如Q1%—设计标准为1%的流量设计水位表示为：ZP如Z1%—设计标准为1%的水位4.1.2桥渡设计洪水标准0100002000030000400005000060000700000306090120150180210240270300330360390200620072000200520042020/3/30134.1.2桥渡设计洪水标准图5-8佳木斯站水位~流量关系707274767880828402000400060008000100001200014000160001800020000流量(m3/s)水位(m)196019981957河流洪水流量~水位具有正相关性。2020/3/30144.1.2桥渡设计洪水标准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。2020/3/3015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：（1）由流量资料推求设计洪水4.1.3推求设计洪水基本途径概率统计法1）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3）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2020/3/3016（2）由暴雨资料推求设计洪水144.1.3推求设计洪水基本途径1）条件：缺乏长期（单位：年）流量资料2）方法：推理公式：产、汇流关系设计暴雨转换推求设计暴雨转换设计洪水3）适用环境：小流域、无流量观测2020/3/30172）洪水出现的大小也是随机的（1）洪水是随机事件4.1.4设计洪水重现时间1）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如频率为1%的洪水，并非每隔一百年出现一次。100年因此，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。2020/3/3018§4.2桥孔布设桥位选择桥孔布设图4.1桥的二向布置2020/3/3019§4.2桥孔布设4.2.1一般规定1)应考虑桥前壅水和桥下冲刷；2)对通航河流，应综合考虑河流特性及通航要求合理确定孔跨布置；3)流冰河流桥孔布置：适当增大孔径、考虑防冰或破冰措施；4)大桥下河床一般不用铺砌加固；5)地形复杂时应根据桥址地形图及纵横断面图布设孔跨；2020/3/3020§4.2桥孔布设图20单桥方案主桥前纵向水面线（Q=17100米3/秒）140.2140.4140.6140.8141141.2141.4141.60246810上游距离（公里）水位（米）方案3方案8方案6天然桥位流向图4.3桥前壅水--模型观测成果2020/3/3021§4.2桥孔布设图4桥址附近河床横断面6668707274767880050100150200250300350400450横断面距离(m)高程(m)原河床面压缩冲刷床面图4.4冲刷—既有桥实测2020/3/3022§4.2桥孔布设图5.8通航枯水桥址附近流速分布图-3500-2800-2100-1400-70007001400210028003500-7000-6300-5600-4900-4200-3500-2800-2100-1400-700070014002100280035004200x(m)y(m)河岸线大堤公路桥大堤大堤河岸线柳树岛河岸线绥化方向佳木斯方向既有铁路桥桥位拟建桥I28#30#32#流速比例尺024m/s图4.5现有河床通航2020/3/3023§4.2桥孔布设图5.10百年洪水后通航枯水桥址附近可通航宽度-1400-1050-700-35003507001050140017502100-3500-3150-2800-2450-2100-1750-1400-1050-700-35003507001050140017502100x(m)y(m)河岸线大堤公路桥大堤大堤大堤河岸线柳树岛河岸线绥化方向佳木斯方向现有铁路桥桥位拟建桥方案I32#通航宽度通航宽度图4.6设计洪水发生后枯水通航宽度2020/3/3024§4.2桥孔布设6)孔跨布置要便于施工7)存在不确定因素时，桥孔留有余地8)二线桥考虑两桥间影响图4.2双线桥的影响桥轴线桥轴线下游桥墩在上游桥墩的冲刷坑处上游桥墩间水流压缩引起下游桥墩的冲刷2020/3/3025§4.2桥孔布设4.2.2各类河段桥孔布设（1）山区河流峡谷段桥台不得伸入河槽；开阔段桥台可入河滩，考虑摆动上游狭窄段中游扩散段图4.7山区桥孔布设示意2020/3/3026§4.2桥孔布设（2）山前区河流冲积扇上游狭窄段和下游收缩段:参山区河流变迁河流：调查研究历史变迁规律，推断未来趋势，设桥孔留有余地。2020/3/3027§4.2桥孔布设顺直微弯和蜿蜒河段：深泓摆动范围内设桥孔分汊河段：不宜封堵河汊游荡河段：游荡范围内设桥两岸筑有堤坝河段：一般不宜压缩河道根据河流稳定状态布设桥孔（3）平原河流2020/3/3028§4.3桥梁孔径与水力计算4.3.1壅水原理桥址河段水流图：平面：上游收缩段桥址被压缩下游扩散段纵面：上游壅高，桥址收缩，下游复原平面收缩段、扩散段长度与压缩程度及过流量有关。2020/3/3029§4.3桥梁孔径与水力计算足够大≈1倍桥孔长上游影响区外LuLdLc下游影响区外≈4Lc收缩、扩散段长度？收缩段2020/3/3030§4.3桥梁孔径与水力计算上游：因水流受到桥结构物阻碍，动能减小，而势能（压能）增大，表现为水位升高，称为壅水。桥下：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。下游：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，恢复至天然水位。2020/3/3031§4.3桥梁孔径与水力计算壅水计算原理：符合流体力学的连续原理、运动方程。2020/3/301）壅水断面水深、流速取断面④（上游）、①（桥孔下游，图中）14212111124444222fhgvgvgpZgvgpZ能量方程：连续方程：111HBQv444HBQv(4-3)4.2.2桥下水力计算Ch.42020/3/3032桥梁处横断面④③②①纵断面恢复收缩下降壅水2020/3/3033重点1设计洪水及其标准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资料获得及审查；样本的选取；特大洪水意义、重现期、经验频率计算用P-III曲线推求设计洪水的方法3小流域设计洪水特点？原理、方法？设计洪水（流量与水位）Ch.4桥渡设计2020/3/3033本章几个问题1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?3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?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?7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?设计洪水（流量与水位）Ch.4桥渡设计2020/3/3034