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1、2022/12/31,1,桥 渡 设 计,Bridge Hydraulics,2022/12/31,2,4.1 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）,9.4,9.5,2022/12/31,3,4.1.1 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,2022/12/31,4,4.1.1 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
2、洪水灾害的威胁。,2022/12/31,5,（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,2022/12/31,6,（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,2022/12/31,7,设计标准由国家制定,以设计规范
3、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,2022/12/31,8,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,2022/12/31,9,用洪水的重现期T（年）或频率P(
4、=1/T)表示。,（2）设计洪水标准的表示,4.1.2 桥渡设计洪水标准,2022/12/31,10,表4-2 铁路桥涵路基洪水频率( P )标准,铁路工程水文勘测设计规范TB 10017-99,铁路桥涵设计基本规范 TB10002.1-2005,11,4.1.2 桥渡设计洪水标准,2022/12/31,11,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TB 10017-2018,4.1.2 桥渡设计洪水标准,2022/12/31,12,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
5、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,2022/12/31,13,4.1.2 桥渡设计洪水标准,河流洪水流量水位具有正相关性。,2022/12/31,14,4.1.2 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。,2022/12/31,15,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
6、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,2022/12/31,16,（2）由暴雨资料推求设计洪水,14,4.1.3 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,2022/12/31,17,2）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
7、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。,2022/12/31,18,4.2 桥孔布设,桥位选择,桥孔布设,图 4.1 桥的二向布置,2022/12/31,19,4.2 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；,2022/12/31,20,4.2 桥孔布设,桥位,流向,图 4.3 桥前壅水-模型观测成
8、果,2022/12/31,21,4.2 桥孔布设,原河床面,压缩冲刷床面,图 4.4 冲刷既有桥实测,2022/12/31,22,4.2 桥孔布设,图 4.5 现有河床通航,2022/12/31,23,4.2 桥孔布设,通航宽度,图 4.6 设计洪水发生后枯水通航宽度,2022/12/31,24,4.2 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,2022/12/31,25,4.2 桥孔布设,4.2.2 各类河段桥孔布设,（1）
9、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,图 4.7 山区桥孔布设示意,2022/12/31,26,4.2 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。,2022/12/31,27,4.2 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,2022/12/31,28,4.3 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
10、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。,2022/12/31,29,4.3 桥梁孔径与水力计算,足够大,1倍桥孔长,上游影响区外,Lu,Ld,Lc,下游影响区外,4Lc,收缩、扩散段长度？,收缩段,2022/12/31,30,4.3 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
11、水位。,2022/12/31,31,4.3 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。,2022/12/31,1）壅水断面水深、流速,取断面 （上游）、 （桥孔下游，图中）,能量方程：,连续方程：,(4-3),4.2.2 桥下水力计算,Ch.4,2022/12/31,32,桥梁处横断面,纵断面,恢复,收缩下降,壅水,2022/12/31,33,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,2022/12/31,33,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,2022/12/31,34,
