冲刷计算及导治建筑物的布设.ppt
《冲刷计算及导治建筑物的布设.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《冲刷计算及导治建筑物的布设.ppt(85页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、桥渡设计,教 师:张彦玲土木分院 桥梁系,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,冲刷计算的目的,确定桥下最大冲刷深度,并确定桥梁墩台基础最小埋置深度,为既安全又经济的墩台基础设计提供重要的依据。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,冲刷过程的组成,自然演变冲刷,冲刷计算时,假定这三种冲刷独立地相继地进行,采用分别计算,最后叠加的方法进行计算。,一般冲刷,局部冲刷,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,主要内容:6.1 桥下一般冲刷6.2 局部冲刷 6.3 最低冲刷线及基础埋深6.4 导治建筑物,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,第一节 一般冲刷,一、概述,二、冲止流速公式,三、输沙平衡公式,第六
2、章 冲刷计算及导治建筑物的布设,一、概述,由于建桥后压缩水流而在桥下河床全断面内发生的普通冲刷,称为一般冲刷。,一般冲刷深度:,是指桥下河床在一般冲刷完成后从设计水位算起的最大垂线水深。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,中国土木工程学会“桥梁冲刷计算学术会议”推荐桥下一般冲刷计算公式64-1计算式和64-2计算式:,64-1计算式是根据我国各类河段52座桥梁118站年实测洪水冲刷资料,参照国外同类公式,依据冲止流速的概念建立的一般冲刷计算公式。,64-2计算式是根据我国桥梁实测洪水冲刷观测资料,参照国外同类公式,依据桥下河槽输沙平衡原理建立。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,二、冲止流
3、速公式(64-1式),冲止流速,桥下一般冲刷停止时的垂线平均流速称为冲止流速,以vz(m/s)表示。,在一般冲刷过程中,桥下断面内任意垂线的平均流速降低到该垂线的冲止流速时,冲刷即停止,此时达到最大一般冲刷垂线水深hp。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,一般冲刷停止时,最大水深hp与桥下最大单宽流量qmax之间的关系为:,一般冲刷后最大水深:,桥下断面平均单宽流量:,桥下断面最大单宽流量:,根据水力学连续性原理,单宽流量q=hv,h是垂线水深,v是垂线平均流速。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,桥孔净长;,桥下河槽部分最大水深;,桥下河槽部分平均水深;,单宽流量集中系数;,墩台侧面因漩
4、涡形成滞留区而减少过水面积的折减系数;,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,桥下断面河床一般冲刷计算,非黏性土河床,黏性土河床,河槽,河滩,河槽,河滩,一般认为泥沙颗粒小于0.05mm的泥沙属于黏性土。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,1.非黏性土河床桥下一般冲刷的计算,(1)河槽部分,冲止流速:,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,桥下河槽部分一般冲刷后的最大水深;,桥下河槽部分桥孔过水净宽;,桥下河槽部分最大水深;,桥下河槽部分平均水深;,单宽流量集中系数;,与汛期含沙量有关的系数;,河槽土平均粒径;,墩台侧面因漩涡形成滞留区而减少过水面积的折减系数;,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布
5、设,桥下河槽部分通过的设计流量,当河槽能扩宽至全桥时取用Qp;不能时按下式计算:,计算断面天然河槽流量;,天然状态河滩部分通过流量;,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,无实测资料时Qc按下式计算:,河槽部分过水断面积、谢才流速系数;,河滩部分过水断面积、谢才流速系数、平均水深。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,(2)河滩及人工渠道部分,桥下河滩冲刷后,只有当流速降低到土壤容许不冲刷流速时,才逐渐停止,其冲止流速为河滩土壤容许不冲刷流速。桥下河滩部分的一般冲刷深度为:,桥下河滩部分桥孔过水净宽;,水深1m时非黏性土的不冲刷流速;,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,桥下河滩部分通过的设计流
6、量;,计算断面天然河槽流量;,天然状态河滩部分通过流量;,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,无实测资料时Qt按下式计算:,河槽部分过水断面积、谢才流速系数;,河滩部分过水断面积、谢才流速系数、平均水深。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,2.黏性土河床桥下一般冲刷,黏性土的物理状态可以用液性指数IL来表示。,(1)河槽部分,冲止流速:,又,所以,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,(2)河滩部分,冲止流速:,又,所以,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,三、输沙平衡公式(64-2式),对非黏性土河床,上游来沙量G1小于桥下输沙量G2时,桥下断面出现冲刷;水深和桥下过水断面逐渐增大,桥下流速
7、减小,水流挟沙能力降低,冲刷减缓;当G1=G2时冲刷趋于停止,达到最大冲刷深度。,桥下河槽的一般冲刷主要是通过推移质的运动来完成的。可以根据河槽断面推移质输沙量的平衡条件,导出一般冲刷计算公式。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,推移质输沙率gs与水流垂线平均流速v的关系:,若桥位上游天然河槽断面的流量为Q1,河槽宽度为B1c,河槽平均水深为h1,则上游天然断面来沙量为:,推移质输沙率:,单位时间内,在河槽单位宽度过水断面上通过的推移质数量,称为推移质输沙率(kg/s.m)。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,若桥下河槽断面的流量为Qc,河槽宽度为B2,有效输沙宽度为(1-)B2,一般冲刷
8、后的水深为hp,则桥下输沙量为:,由G1=G2,整理后得:,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,考虑推移质输沙率沿河槽宽度的不均匀分布及河床特征,引入综合系数K 和单宽流量集中系数A,得一般冲刷深度计算公式(式64-2)为:,桥下河槽最大水深;,与相对糙率有关的指数。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,对于非粘性土河槽一般冲刷的计算,公路工程水文勘测设计规范(JTG C302002)对原64-1、64-2式进行了简化和修正,形成了64-2的简化式和64-1修正式。,64-2简化式,64-1修正式,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,第二节 局部冲刷,一、局部冲刷的机理,二、局部冲刷的计算,第
9、六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,一、局部冲刷的机理,流向桥墩的水流受到墩身的阻挡,水流绕流,桥墩周围的水流发生急剧变化,形成复杂的旋涡流体。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,一部分水流因为冲击墩的前端形成沿桥墩向上流动的水流,使墩前出现涌高,或叫爬高。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,一部分水流沿桥墩迎水面向下的水流直到河底,并在河底形成一个水平轴与行进水流反向的旋涡,这底部的旋涡是局部冲刷的主要动力。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,另一部分水流绕墩而过,这部分水流在墩两侧的河床面附近形成马蹄形旋涡。另外,在墩后还有一对竖轴漩涡。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,水流遇到桥
10、墩形成的这种复杂水流结构,剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙,形成局部冲刷坑,随着冲刷坑的不断加深,坑底流速逐渐降低,水流挟沙能力逐渐减弱,当上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙相等时,冲刷深度不再增加,冲刷停止。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,局部冲刷坑的组成:下部是河底向下反向旋涡淘刷形成的,边坡比较陡,坑的范围也不大;上部是当下部冲刷坑形成后,床沙下塌形成的,其边坡接近于土壤水中的安息角,其范围随着下部冲刷坑的下降而加大;在墩后一对竖轴漩涡,使得墩后的泥沙发生淤积。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,卡门涡街,冯卡门(TheodorevonKrmn1881-1963)是美藉匈牙利力学
11、家,近代力学的奠基人之一,是我国著名科学家钱学森、钱伟长、郭永怀在美国加州理工学院时的导师。卡门涡街是流体力学中重要的现象。在自然界中常可遇到,在一定条件下的定常来流绕过某些物体时,物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡,经过非线性作用后,形成卡门涡街。如水流过桥墩,风吹过高塔、烟囱、电线等都会形成卡门涡街。出现涡街时,流体对物体会产生一个周期性的交变横向作用力。如果力的频率与物体的固有频率相接近,就会引起共振,甚至使物体损坏。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,1940年,美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元,建造了一座主跨度853.4米的悬索桥。建成4个月后,于同
12、年11月7日碰到了一场风速为19米/秒的风。虽风不算大,但桥却发生了剧烈的扭曲振动,且振幅越来越大(接近9米),直到桥面倾斜到45度左右,使吊杆逐根拉断导致桥面钢梁折断而塌毁,坠落到峡谷之中。人们在调查这一事故收集历史资料时,惊异地发现:从1818年到19世纪末,由风引起的桥梁振动己至少毁坏了11座悬索桥。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,第二次世界大战结束后,人们对塔科玛桥的风毁事故的原因进行了研究。一部份航空工程师认为塔科玛桥的振动类似于机翼的颤振;而以冯卡门为代表的流体力学家认为,塔科玛桥的主梁有着钝头的H型断面,和流线型的机翼不同,存在着明显的涡旋脱落,应该用涡激共振机理来解释。冯
13、卡门1954年在空气动力学的发展一书中写道:塔科玛海峽大桥的毁坏,是由周期性旋涡的共振引起的。设计的人想建造一个较便宜的结构,采用了平板来代替桁架作为边墙。不幸,这些平板引起了涡旋的发放,使桥身开始扭转振动。这一大桥的破坏现象,是振动与涡旋发放发生共振而引起的。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,20世纪60年代,经过计算和实验,证明了冯卡门的分析是正确的。塔科玛桥的风毁事故,是一定流速的流体流经边墙时,产生了卡门涡街;卡门涡街后涡的交替发放,会在物体上产生垂直于流动方向的交变侧向力,迫使桥梁产生振动,当发放频率与桥梁结构的固有频率相耦合时,就会发生共振,造成破坏。,塔科玛桥重建,第六章 冲
14、刷计算及导治建筑物的布设,二、局部冲刷的计算,局部冲刷深度hb通常是以一般冲刷hp完成后的高程算起,所表示的是桥墩垂线上的冲刷深度。,冲刷坑深度和大小的影响因素除墩前行近流速外,还包括桥墩宽度、墩形、水深、床沙粒径等。,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,局部冲刷的计算公式:,铁路工程水文勘测设计规范中要求局部冲刷按照65-1修正式计算,公路工程水文勘测设计规范(JTG C302002)中局部冲刷既可按65-1修正式计算也可按65-2式计算。,桥下断面河床局部冲刷计算,非黏性土河床,黏性土河床,第六章 冲刷计算及导治建筑物的布设,1.非黏性土河床,(1)65-1修正式,桥墩局部冲刷深度(m),
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 冲刷 计算 建筑物 布设
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6243947.html