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1、小橋和涵洞孔徑計算第九章小橋和涵洞孔徑計算小橋: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。NanjingUniversityofTechnology第九章小橋和涵洞孔徑計算公路工程技術(shù)標準JTGB01-2003NanjingUniversityofTechnology第八章小橋和涵洞孔徑計算保證“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(15-20%);小橋涵影響
2、到公路使用;小橋涵影響到生產(chǎn)生活。NanjingUniversityofTechnology第九章小橋和涵洞孔徑計算小橋孔徑計算2堰流基本理論31涵洞孔徑計算33小橋和涵洞進出口處理4NanjingUniversityofTechnology9.1堰流基本理論堰:頂部過流的水工建筑物工程中的壩、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)小橋涵時水力現(xiàn)象也與堰流類似,堰在縱向壓縮了過水斷面,小橋涵
3、則在橫向壓縮了過水斷面,局部阻力條件類似。因此,堰流理論也是小橋涵水力計算的基本理論。NanjingUniversityofTechnology9.1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)所示,當(δ/H)<0.67時,堰壁厚度對過堰水流無影響,水流過堰呈自由下落曲線此稱為薄壁堰。NanjingUniversityofTechnolog
4、y9.1堰流基本理論2.實用堰(0.67<(δ/H)<2.5)堰頂厚度對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動,此稱為實用斷面堰。常見的實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。NanjingUniversityofTechnology9.1堰流基本理論寬頂堰堰頂厚度對水流頂托非常明顯。水流在進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,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<
5、1。按急流的水力特性,寬頂堰的過水能力(即泄流量)只受收縮斷面控制。當下游水位較低且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)NanjingUniversityofTechnology9.1堰流基本理論臨界水深(hk)對于明渠水流的某個斷面,以該斷面底的最低點所在的水平面做為參考基準面,過水斷面上單位重量的水體所具有的總能量叫做斷面比能。當渠底坡度較小時,斷面比能近似等于水深加上單位重量水體的動能。對于給
6、定的斷面,相應(yīng)于某個流量,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)NanjingUniversityofTechnology9.2小橋孔徑計算一、水流通過小橋的圖式經(jīng)小橋孔徑的水流特點: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,使水流過水斷面減小造成的。分類:自由出流淹沒出流NanjingUniversityofTechnology9.2
7、小橋孔徑計算一、水流通過小橋的圖式NanjingUniversityofTechnology9.2小橋孔徑計算二、小橋孔徑計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?shù)娜菰S流速作為設(shè)計流速。(表9-2-1)NanjingUniversityofTechnology9.2小橋孔徑計算二、小橋孔徑計算NanjingUniversityofTechnology9.2小橋孔徑計算二、小橋孔徑計算小橋水力計算的內(nèi)容:根據(jù)設(shè)汁流量Qs,河床加固類
8、型所對應(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應(yīng)的橋前雍水高度等。計算方法: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)計流量,通過計算確定孔徑大小與雍水高度;與允許的雍水高度進行比較,從而判斷是否需調(diào)整孔徑