小桥和涵洞孔径计算ppt课件.ppt

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1、小桥和涵洞孔径计算第九章小桥和涵洞孔径计算小桥：是为公路跨越小河流、山谷等天然或人工障碍物（人行小道）而建造的构筑物。涵洞：为宣泄地面水流（包括小河流）而设置的横穿路基的小型排水构筑物。一般孔径较小，形状有管形、箱形及拱形等。第九章小桥和涵洞孔径计算公路工程技术标准JTGB01-2003第八章小桥和涵洞孔径计算保证“路基”连续；保证水流畅通；保证行车无阻。作用：影响：小桥涵影响到公路的造价（15-20%）；小桥涵影响到公路使用；小桥涵影响到生产生活。第九章小桥和涵洞孔径计算小桥孔径计算2堰流基本理论31涵洞孔径计算33小桥和涵洞进出口处理49.1堰流基本理论堰：顶部过流的水工建

2、筑物工程中的坝、桥涵、溢流设备等，其水力特征都与堰相似。它们使上游水位壅高，对水流起侧向收缩和底坎约束的作用。堰流：无压缓流经堰顶溢流时形成堰上游水位升高而后水面急剧下降的局部水力现象。无压缓流经小桥涵时水力现象也与堰流类似，堰在纵向压缩了过水断面，小桥涵则在横向压缩了过水断面，局部阻力条件类似。因此，堰流理论也是小桥涵水力计算的基本理论。9.1堰流基本理论如图所示，距堰前缘(3-5)H处的上游水位至堰顶的水深H，称为堰顶水头，又称为堰顶水深。该断面的平均流速，称为行近流速，常用v0表示。按堰壁厚度δ对水流的影响程度，通常将堰分为三种类型：1．薄壁堰（δ/H＜0.67）如图a)

3、所示，当（δ/H）＜0.67时，堰壁厚度对过堰水流无影响，水流过堰呈自由下落曲线此称为薄壁堰。9.1堰流基本理论2．实用堰（0.67＜（δ/H）＜2.5）堰顶厚度对过堰水流开始有顶托相约束作用，但是过堰水流还是在重力作用下的自由下落运动，此称为实用断面堰。常见的实用断面堰有折线型和曲线两种，如图b)及c)所示。水利工程中常用来作泄水建筑物，如溢流坝等。9.1堰流基本理论宽顶堰堰顶厚度对水流顶托非常明显。水流在进口附近的水面形成降落；有一段水流与堰顶几乎平行；下游水位较低时，出堰水流二次水面降。堰顶水深h接近临界水深hk，即h≈hk；收缩断面水深hc＝φhk,，φ＜1。按急流的水

4、力特性，宽顶堰的过水能力(即泄流量)只受收缩断面控制。当下游水位较低且hc＜hk式，宽顶堰的过水能力取决于堰顶水头，不受收缩断面下游水位波动的影响。小桥涵的泄流图式与宽顶堰相同，因此，小桥涵又称无槛宽顶堰。3．宽顶堰（2.5＜δ/H＜10）9.1堰流基本理论临界水深（hk）对于明渠水流的某个断面，以该断面底的最低点所在的水平面做为参考基准面，过水断面上单位重量的水体所具有的总能量叫做断面比能。当渠底坡度较小时，断面比能近似等于水深加上单位重量水体的动能。对于给定的断面，相应于某个流量，断面比能最小值的水深，称此水深为该断面该流量的临界水深。临界水深函数9.2小桥孔径计算一、水流

5、通过小桥的图式经小桥孔径的水流特点：①  具有侧向影响，造成局部阻力②  桥孔前水位整齐，桥孔内流速增加，造成第一次水面跌落③  桥孔后流速减小，产生局部阻力，造成第二次水面跌落。水力现象与宽顶堰相同。形成原因：水流在缓流河道中，由于桥墩或桥的边墩侧向收缩，使水流过水断面减小造成的。分类：自由出流淹没出流9.2小桥孔径计算一、水流通过小桥的图式9.2小桥孔径计算二、小桥孔径计算大中桥允许桥下河床发生一定的冲刷，一般采用天然河槽平均流速作为设计流速。小桥涵一般不允许河底发生冲刷，可以根据河床加固铺砌的类型，选择适当的容许流速作为设计流速。（表9-2-1）9.2小桥孔径计算二、小桥

6、孔径计算9.2小桥孔径计算二、小桥孔径计算小桥水力计算的内容：根据设汁流量Qs，河床加固类型所对应的最大容许流速，确定满足过流能力和防冲条件的孔径以及对应的桥前雍水高度等。计算方法：试算法。拟定河床加固类型，确定桥下河床的容许流速；再根据容许流速与设计流量，通过计算确定孔径大小与雍水高度；与允许的雍水高度进行比较，从而判断是否需调整孔径值，直至达到允许的雍水高度。9.2小桥孔径计算二、小桥孔径计算根据已知的设计流量和拟定的河床容许流速，计算小桥孔径与桥前雍水高度。计算程序为：1．判别桥下水力图式1)确定河槽天然水深ht（试算法）先假设一个水深h，从河槽横断面图上求得过水面积A和

7、水力半径R，按下列公式计算相应的流量Q：or≤1%h=ht9.2小桥孔径计算二、小桥孔径计算1．判别桥下水力图式2)确定桥下临界水深hk桥下河槽的临界水探hk，可按临界水深函数求得因此，任意形状断面的平均临界水深为临界流速，采用容许流速9.2小桥孔径计算二、小桥孔径计算1．判别桥下水力图式2)确定桥下临界水深hk对于矩形断面的桥孔，桥下临界水深等于平均临界水深，即；对于宽浅的梯形断面，也可以取；对于窄而深的梯形断面，临界水深hk可按过水面积相等的关系近似求得(见图9-4-3)。临界断面水面宽