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1、小橋和涵洞孔徑計(jì)算第九章小橋和涵洞孔徑計(jì)算小橋:是為公路跨越小河流、山谷等天然或人工障礙物(人行小道)而建造的構(gòu)筑物。涵洞:為宣泄地面水流(包括小河流)而設(shè)置的橫穿路基的小型排水構(gòu)筑物。一般孔徑較小,形狀有管形、箱形及拱形等。第九章小橋和涵洞孔徑計(jì)算公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTGB01-2003第八章小橋和涵洞孔徑計(jì)算保證“路基”連續(xù);保證水流暢通;保證行車無阻。作用:影響:小橋涵影響到公路的造價(jià)(15-20%);小橋涵影響到公路使用;小橋涵影響到生產(chǎn)生活。第九章小橋和涵洞孔徑計(jì)算小橋孔徑計(jì)算2堰流基本理論31涵洞孔徑計(jì)算33小橋和涵洞進(jìn)出口處理49.1堰流基本理論堰:頂部過流的水工建
2、筑物工程中的壩、橋涵、溢流設(shè)備等,其水力特征都與堰相似。它們使上游水位壅高,對(duì)水流起側(cè)向收縮和底坎約束的作用。堰流:無壓緩流經(jīng)堰頂溢流時(shí)形成堰上游水位升高而后水面急劇下降的局部水力現(xiàn)象。無壓緩流經(jīng)小橋涵時(shí)水力現(xiàn)象也與堰流類似,堰在縱向壓縮了過水?dāng)嗝?,小橋涵則在橫向壓縮了過水?dāng)嗝?,局部阻力條件類似。因此,堰流理論也是小橋涵水力計(jì)算的基本理論。9.1堰流基本理論如圖所示,距堰前緣(3-5)H處的上游水位至堰頂?shù)乃頗,稱為堰頂水頭,又稱為堰頂水深。該斷面的平均流速,稱為行近流速,常用v0表示。按堰壁厚度δ對(duì)水流的影響程度,通常將堰分為三種類型:1.薄壁堰(δ/H<0.67)如圖a)
3、所示,當(dāng)(δ/H)<0.67時(shí),堰壁厚度對(duì)過堰水流無影響,水流過堰呈自由下落曲線此稱為薄壁堰。9.1堰流基本理論2.實(shí)用堰(0.67<(δ/H)<2.5)堰頂厚度對(duì)過堰水流開始有頂托相約束作用,但是過堰水流還是在重力作用下的自由下落運(yùn)動(dòng),此稱為實(shí)用斷面堰。常見的實(shí)用斷面堰有折線型和曲線兩種,如圖b)及c)所示。水利工程中常用來作泄水建筑物,如溢流壩等。9.1堰流基本理論寬頂堰堰頂厚度對(duì)水流頂托非常明顯。水流在進(jìn)口附近的水面形成降落;有一段水流與堰頂幾乎平行;下游水位較低時(shí),出堰水流二次水面降。堰頂水深h接近臨界水深hk,即h≈hk;收縮斷面水深hc=φhk,,φ<1。按急流的水
4、力特性,寬頂堰的過水能力(即泄流量)只受收縮斷面控制。當(dāng)下游水位較低且hc<hk式,寬頂堰的過水能力取決于堰頂水頭,不受收縮斷面下游水位波動(dòng)的影響。小橋涵的泄流圖式與寬頂堰相同,因此,小橋涵又稱無檻寬頂堰。3.寬頂堰(2.5<δ/H<10)9.1堰流基本理論臨界水深(hk)對(duì)于明渠水流的某個(gè)斷面,以該斷面底的最低點(diǎn)所在的水平面做為參考基準(zhǔn)面,過水?dāng)嗝嫔蠁挝恢亓康乃w所具有的總能量叫做斷面比能。當(dāng)渠底坡度較小時(shí),斷面比能近似等于水深加上單位重量水體的動(dòng)能。對(duì)于給定的斷面,相應(yīng)于某個(gè)流量,斷面比能最小值的水深,稱此水深為該斷面該流量的臨界水深。臨界水深函數(shù)9.2小橋孔徑計(jì)算一、水流
5、通過小橋的圖式經(jīng)小橋孔徑的水流特點(diǎn):①??具有側(cè)向影響,造成局部阻力②??橋孔前水位整齊,橋孔內(nèi)流速增加,造成第一次水面跌落③??橋孔后流速減小,產(chǎn)生局部阻力,造成第二次水面跌落。水力現(xiàn)象與寬頂堰相同。形成原因:水流在緩流河道中,由于橋墩或橋的邊墩側(cè)向收縮,使水流過水?dāng)嗝鏈p小造成的。分類:自由出流淹沒出流9.2小橋孔徑計(jì)算一、水流通過小橋的圖式9.2小橋孔徑計(jì)算二、小橋孔徑計(jì)算大中橋允許橋下河床發(fā)生一定的沖刷,一般采用天然河槽平均流速作為設(shè)計(jì)流速。小橋涵一般不允許河底發(fā)生沖刷,可以根據(jù)河床加固鋪砌的類型,選擇適當(dāng)?shù)娜菰S流速作為設(shè)計(jì)流速。(表9-2-1)9.2小橋孔徑計(jì)算二、小橋
6、孔徑計(jì)算9.2小橋孔徑計(jì)算二、小橋孔徑計(jì)算小橋水力計(jì)算的內(nèi)容:根據(jù)設(shè)汁流量Qs,河床加固類型所對(duì)應(yīng)的最大容許流速,確定滿足過流能力和防沖條件的孔徑以及對(duì)應(yīng)的橋前雍水高度等。計(jì)算方法:試算法。擬定河床加固類型,確定橋下河床的容許流速;再根據(jù)容許流速與設(shè)計(jì)流量,通過計(jì)算確定孔徑大小與雍水高度;與允許的雍水高度進(jìn)行比較,從而判斷是否需調(diào)整孔徑值,直至達(dá)到允許的雍水高度。9.2小橋孔徑計(jì)算二、小橋孔徑計(jì)算根據(jù)已知的設(shè)計(jì)流量和擬定的河床容許流速,計(jì)算小橋孔徑與橋前雍水高度。計(jì)算程序?yàn)椋?.判別橋下水力圖式1)確定河槽天然水深ht(試算法)先假設(shè)一個(gè)水深h,從河槽橫斷面圖上求得過水面積A和
7、水力半徑R,按下列公式計(jì)算相應(yīng)的流量Q:or≤1%h=ht9.2小橋孔徑計(jì)算二、小橋孔徑計(jì)算1.判別橋下水力圖式2)確定橋下臨界水深hk橋下河槽的臨界水探hk,可按臨界水深函數(shù)求得因此,任意形狀斷面的平均臨界水深為臨界流速,采用容許流速9.2小橋孔徑計(jì)算二、小橋孔徑計(jì)算1.判別橋下水力圖式2)確定橋下臨界水深hk對(duì)于矩形斷面的橋孔,橋下臨界水深等于平均臨界水深,即;對(duì)于寬淺的梯形斷面,也可以?。粚?duì)于窄而深的梯形斷面,臨界水深hk可按過水面積相等的關(guān)系近似求得(見圖9-4-3)。臨界斷面水面寬