对桥梁立柱明渠拟非均匀流计算方法的探讨.pdf

《对桥梁立柱明渠拟非均匀流计算方法的探讨.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5期（总第181期）No.5(SerialNo.181)2015年10月CHINAMUNICIPALENGINEERINGOct.2015DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2015.05.007对桥梁立柱明渠拟非均匀流计算方法的探讨王方亮（上海市城市建设设计研究院天津分院,天津300073）摘要：在满足恒定流、正坡、长而直的棱柱体、粗糙度不变化4个条件时才会有均匀水流出现，水工建筑物（桥涵）干扰均会产生非均匀流。其总水头线、水面线、底坡线沿程很难相等，工程设计人员往往采用明渠均匀流的近似值来计算过水断面的流量能力，未考虑局部过水断面的较小突变引起附加

2、阻力消耗的机械能。考虑到河道防洪能力、汛期排涝等安全因素的重要性，采用拟非均匀流计算方法更逼近现实情况。关键词：桥梁；明渠非均匀流；局部水头损失；过水能力中图分类号：U449.1文献标志码：A文章编号：1004-4655（2015）05-0020-02非理想液体运动时伴随能量损失，求解伯努2模型求解利能量守恒方程中的水头损失，也即计算沿程水2.1计算思路头损失以及局部水头损失，在确定基准面下对断水体流动时受到河道中桥墩立柱的阻滞，机面比能的平衡方程求解，可精确解得比动能。过械能损失，计算模型中首先求解沿程损失的水流[2]往算例更多将明渠模拟成均匀水流，仅考究到边速度。基于此，

3、求解局部水头损失，利用伯努界零速度到水流主速度的梯度变化，通过对沿程利能量守恒定律求解第二次水流速度，继而求出阻力的水运动粘滞效应进行分析，结合经验谢才-过水断面流量，计算流程示意图见图2。[1]曼宁公式求解流速，再计算突变异形断面产生的简化为均匀流模型局部水头损失，能够更精确地反映实际过水断面的流量能力情况。1工程概况新地河位于天津市东丽区东北部，南起袁家经验公式求解水流速度河，北至金钟河小汾闸，全长10.7km，现状河道上口宽55m，底宽25m（见图1），是东丽湖及周边地区的重要排涝（蓄水）河道。拟建跨新地河利用非均匀流中考虑沿程损失的水速求解局部水头损失桥梁与河道主流夹

4、角为66.6°，考虑桥墩雍水对河道过水能力的影响，特进行新建桥梁对河道影响的流量计算。能量守恒求解水流速度+3.500常水位+1.500-3.0004.506.5015.0025.0015.00求解流量图1河道横断面示意图（m）图2计算流程示意图收稿日期：2015-03-182.2计算分析过程作者简介：王方亮（1988—），男，助理工程师，硕士，主流量能力计算中的桥梁梁底从设计方面考虑到要从事桥梁设计工作。20王方亮：对桥梁立柱明渠拟非均匀流计算方法的探讨2015年第5期足够大的净空要求，选用常水位+1.500m进行过桥梁的对应墩位连线方向均处于主流方向，雍水效水能力的验算。

5、每幅桥梁各有5个桥墩位于河道中，应降到最低。计算中偏保守假设5个墩位位于同一在方案设计中为规避水工结构对河道的影响，两幅个过水断面。沿程水头损失计算参量见表1。表1沿程水头损失计算参量表2-13-1h/mb底/mmA/mχ/mR/mnCiv/m·sQ/m·s4.5252.308102.98792.6381.1120.02540.7120.0011.357139.799注：水面高度h；边坡系数m；水面宽度b=；过水断面面积A=；湿周χ=；水力半径R=A/χ；粗糙率n；谢才系数C=；底坡比降I=（z1、z2分别为上、下游的渠底高程，Δl为上、下游对应z1、z2的距离）；流速v=（

6、均匀流中水力坡度J等于底坡比降i）；流量Q=Av（仅考虑均匀流的影响）上文为考虑沿程水头损失的流速，继续分析局部水头损失的综合影响。下文为非均匀流局部水头损失后的河道流量计算（近似考虑圆柱栅布置在同一个过水断面，流量能力计算结果偏安全）。立柱阻力系数：=0.158（圆柱栅形状系数k为1.79；圆柱栅的宽度b为2.5m；圆柱栅的间距s为9.41m，水流与栅条方向的夹角图4常规算法流量值与拟非均匀流算法流量值的比值θ为90°）。通过图3的定量分析得出：常规算法求得流量值在同参数环境下比拟非均匀流算法流量值要大，局部水头损失：=0.0149m（v近似这种趋势不随立柱直径的变化而改变

7、，本文讨论立取用采用谢才曼宁公式的沿程水头损失后的流速柱黏滞效应带来局部水头损失，是实际工程（例如v=1.357m/s）。本工程方案）水流能量降低的原因。[4]恒定总流的伯努利方程：在图4两种算法的流量比值分析中可知，不同立柱直径下，本文所提出的算法均比常规算法求得（选用同一基准面，比位能与比压的过水断面流量能力有所降低：立柱直径为1.4m时，拟非均匀流算法所得流量值为常规算法流量值能近似相等，即：z1=z2；动水修正系数在的91.7%，立柱直径为2.9m时，利用文中的算法渐变流中近似为1.0；v1=1