第十三章_桥梁墩台冲刷计算.ppt
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1、13 桥梁墩台冲刷计算 13.1 墩台冲刷类型墩台冲刷类型 大中桥水力计算的三大基本内容:大中桥水力计算的三大基本内容:大中桥水力计算的三大基本内容:大中桥水力计算的三大基本内容:桥长、桥面最低桥长、桥面最低桥长、桥面最低桥长、桥面最低标高、墩台基础最小埋置深度标高、墩台基础最小埋置深度标高、墩台基础最小埋置深度标高、墩台基础最小埋置深度。一、一、一、一、河床自然演变冲刷河床自然演变冲刷河床自然演变冲刷河床自然演变冲刷:河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下,河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下,河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下,河床在水力作用及泥沙运动等因素的影响下,自然发育过程造成
2、的冲刷现象自然发育过程造成的冲刷现象自然发育过程造成的冲刷现象自然发育过程造成的冲刷现象二、二、二、二、桥下断面一般冲刷桥下断面一般冲刷桥下断面一般冲刷桥下断面一般冲刷:桥孔压缩水流,桥下流速增大,水流挟沙能力桥孔压缩水流,桥下流速增大,水流挟沙能力桥孔压缩水流,桥下流速增大,水流挟沙能力桥孔压缩水流,桥下流速增大,水流挟沙能力也随之增大,引起断面河床冲刷的现象也随之增大,引起断面河床冲刷的现象也随之增大,引起断面河床冲刷的现象也随之增大,引起断面河床冲刷的现象三、三、三、三、墩台局部冲刷墩台局部冲刷墩台局部冲刷墩台局部冲刷:水流受墩台阻挡,在墩台附近发生的冲刷现象水流受墩台阻挡,在墩台附近发
3、生的冲刷现象水流受墩台阻挡,在墩台附近发生的冲刷现象水流受墩台阻挡,在墩台附近发生的冲刷现象12/13/202212/13/2022床面开始冲刷时的流速,称为床沙起冲流速,床面开始冲刷时的流速,称为床沙起冲流速,以以v0表示表示床面泥沙起动时的流速,称为床沙起动流速,床面泥沙起动时的流速,称为床沙起动流速,以以v0表示表示冲刷停止时的垂线平均流速,称为冲止流速,冲刷停止时的垂线平均流速,称为冲止流速,以以vz表示表示12/13/202212/13/2022桥墩的局部冲刷桥墩的局部冲刷冲刷深度与行近流速关系12/13/202212/13/202213.2 桥下断面一般冲刷深度 一般冲刷深度一般冲
4、刷深度:通常用冲刷停止时桥下的垂线水深通常用冲刷停止时桥下的垂线水深通常用冲刷停止时桥下的垂线水深通常用冲刷停止时桥下的垂线水深来表示来表示来表示来表示 尚无成熟理论,主要按经验公式(尚无成熟理论,主要按经验公式(尚无成熟理论,主要按经验公式(尚无成熟理论,主要按经验公式(64-164-1;64-64-2 2;)或;)或;)或;)或包尔达包尔达包尔达包尔达可夫公式计算可夫公式计算可夫公式计算可夫公式计算 64-164-1公式、公式、公式、公式、64-264-2公式为公式为公式为公式为19641964年全国桥渡冲刷学年全国桥渡冲刷学年全国桥渡冲刷学年全国桥渡冲刷学术会议推荐试用,术会议推荐试用,
5、术会议推荐试用,术会议推荐试用,19911991年年年年公路桥位勘测设计规公路桥位勘测设计规公路桥位勘测设计规公路桥位勘测设计规范范范范正式作为推荐公式,正式作为推荐公式,正式作为推荐公式,正式作为推荐公式,公路工程水文勘测设计公路工程水文勘测设计公路工程水文勘测设计公路工程水文勘测设计规范规范规范规范(JTG C30-2002JTG C30-2002)采用简化式。)采用简化式。)采用简化式。)采用简化式。12/13/202212/13/2022一一、非粘性土河槽非粘性土河槽 基本假定基本假定:当河槽断面流速等于冲止流:当河槽断面流速等于冲止流速时,桥下一般冲刷随即停止,且一般冲速时,桥下一般
6、冲刷随即停止,且一般冲刷深度达到最大,由此有,刷深度达到最大,由此有,l非粘性土河槽非粘性土河槽l非粘性河滩非粘性河滩l粘性土河床粘性土河床64-1公式公式3个:个:12/13/202212/13/202212/13/202212/13/20222)64-1修正式修正式12/13/202212/13/202212/13/202212/13/202212/13/202212/13/2022二、非粘性土河滩二、非粘性土河滩12/13/202212/13/2022式中:式中:12/13/202212/13/202212/13/202212/13/2022一、河槽部分64-1:粘性土河床 (13-13
7、)12/13/202212/13/2022式中:式中:12/13/202212/13/2022二、河滩部分二、河滩部分 (13-14)12/13/202212/13/2022适用于适用于 非粘性土河槽非粘性土河槽64-2 公式(p139):64-2 公式:基于输沙平衡理论12/13/202212/13/2022适用于适用于 非粘性土河槽非粘性土河槽规范:64-2 简化式64-2 公式:基于输沙平衡理论12/13/202212/13/202212/13/202212/13/202212/13/202212/13/202212/13/202212/13/202213.2.3 包尔达可夫公式 包尔达
8、可夫按别列柳伯斯基假定建包尔达可夫按别列柳伯斯基假定建立的一般冲刷公式;只适用于稳定性河立的一般冲刷公式;只适用于稳定性河段(没有考虑土质因素和单宽流量集中段(没有考虑土质因素和单宽流量集中情况)情况)12/13/202212/13/20221 1、均质河床:、均质河床:12/13/202212/13/20222 2、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度、无导流堤时桥台偏斜冲刷深度12/13/202212/13/20223 3、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度、岩土河床易冲土壤部分的冲刷深度12/13/202212/13/202213.3 墩台局部冲刷深度 墩台局部冲刷深度墩台局部冲刷深度:墩台周围因水流
9、冲刷:墩台周围因水流冲刷形成的冲刷坑最大深度。形成的冲刷坑最大深度。墩台局部冲刷原因墩台局部冲刷原因:流向桥墩的水流受到:流向桥墩的水流受到墩身的阻挡,桥墩周围的水流结构发生急墩身的阻挡,桥墩周围的水流结构发生急剧变化,水流的绕流使流线急剧弯曲,床剧变化,水流的绕流使流线急剧弯曲,床面附近形成旋涡,剧烈淘刷桥墩迎水端和面附近形成旋涡,剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙,形成局部冲刷坑。周围的泥沙,形成局部冲刷坑。12/13/202212/13/2022桥墩局部冲刷的水流结构示意图桥墩局部冲刷的水流结构示意图12/13/202212/13/2022与桥墩局部冲刷深度有关的主要因素:1、冲向桥墩的流速
10、、冲向桥墩的流速2、桥墩的宽度、桥墩的宽度3、桥墩型式、桥墩型式4、水深、水深5、床沙粒径、床沙粒径12/13/202212/13/2022桥墩的局部冲刷桥墩的局部冲刷n n流向桥墩的水流受到墩身的阻挡,桥墩周围的水流流向桥墩的水流受到墩身的阻挡,桥墩周围的水流结构发生急剧变化,水流的绕流使流线急剧弯曲,结构发生急剧变化,水流的绕流使流线急剧弯曲,床面附近形成漩涡,剧烈掏刷桥墩迎水端和周围的床面附近形成漩涡,剧烈掏刷桥墩迎水端和周围的泥沙,形成局部冲刷坑,随着冲刷坑的不断加深和泥沙,形成局部冲刷坑,随着冲刷坑的不断加深和扩大,坑底流速逐渐降低,水流挟沙能力随之喊弱,扩大,坑底流速逐渐降低,水流
11、挟沙能力随之喊弱,上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙趋向平衡,上游进入冲刷坑的泥沙与水流冲走的泥沙趋向平衡,同时,冲刷坑底的泥沙逐渐粗化。坑底粗糙程度增同时,冲刷坑底的泥沙逐渐粗化。坑底粗糙程度增大,抗冲能力增强,使水流的冲刷作用与床沙的抗大,抗冲能力增强,使水流的冲刷作用与床沙的抗冲作用也趋向平衡,冲刷随之停止,局部冲刷坑达冲作用也趋向平衡,冲刷随之停止,局部冲刷坑达到最深。冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差,到最深。冲刷坑外缘与桥墩前端坑底的最大高差,就是就是最大局部冲刷深度最大局部冲刷深度。12/13/202212/13/2022桥墩的局部冲刷桥墩的局部冲刷n n桥墩局部冲刷的机理桥墩
12、局部冲刷的机理12/13/202212/13/2022第四节第四节 桥墩的局部冲刷桥墩的局部冲刷n n桥墩局部冲刷的机理桥墩局部冲刷的机理12/13/202212/13/2022桥墩的局部冲刷桥墩的局部冲刷冲刷深度与行近流速关系冲刷深度与行近流速关系n n桥墩局部冲刷深度与冲向桥墩的水流速度桥墩局部冲刷深度与冲向桥墩的水流速度(以垂线平以垂线平均流速表示均流速表示)有关。当速度有关。当速度V V增大到一定程度时,桥增大到一定程度时,桥墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走,床面开始冲墩迎水面两侧的泥沙首先被水流冲走,床面开始冲刷,此时冲向桥墩的水流行近流速(垂线平均流速)刷,此时冲向桥墩的水流行近流
13、速(垂线平均流速)称为称为桥墩起冲流速桥墩起冲流速vv0 0。桥墩起冲流速。桥墩起冲流速vv0 0一般为一般为床沙起动流速床沙起动流速v v0 0的的0.40.40.60.6倍。倍。n n流速小于流速小于v v0 0 的冲刷为的冲刷为清水冲刷清水冲刷,大于,大于v v0 0 的为的为动床动床冲刷冲刷。12/13/202212/13/2022桥墩的局部冲刷桥墩的局部冲刷冲刷深度与行近流速关系冲刷深度与行近流速关系n n根据模型试验和观测资料可知,根据模型试验和观测资料可知,桥墩局部冲刷深度桥墩局部冲刷深度与涌向桥墩的流速与涌向桥墩的流速V V有关有关。n n当当V V逐渐增大到一定数值时,桥墩迎
14、水面两侧的泥沙逐渐增大到一定数值时,桥墩迎水面两侧的泥沙开始被冲走而产生冲刷,此时涌向桥墩的垂线平均开始被冲走而产生冲刷,此时涌向桥墩的垂线平均流速称为墩旁床沙的流速称为墩旁床沙的起冲流速起冲流速vv0 0。n n当当v v大于大于V V0 0 (V V表示河床泥沙的起动流速表示河床泥沙的起动流速)并继续并继续增大时,冲刷坑逐渐加深和扩大,局部冲刷深度与增大时,冲刷坑逐渐加深和扩大,局部冲刷深度与V V近似呈直线关系增大,近似呈直线关系增大,n n当当V V增大到增大到V V。时,床面泥沙大量起动,上游来的泥。时,床面泥沙大量起动,上游来的泥沙有些将潜留在冲刷坑内,因此当沙有些将潜留在冲刷坑内
15、,因此当VVVV0 0并继续增大并继续增大时,冲刷坑深度的增长因有泥沙补给而减缓,局部时,冲刷坑深度的增长因有泥沙补给而减缓,局部冲刷深度冲刷深度h hb b与与V V呈曲线关系呈曲线关系。12/13/202212/13/2022桥墩的局部冲刷桥墩的局部冲刷冲刷深度与行近流速关系12/13/202212/13/2022桥墩的局部冲刷桥墩的局部冲刷冲刷深度与行近流速关系12/13/202212/13/2022一般冲刷深度与局部冲刷深度的区别:一般冲刷深度与局部冲刷深度的区别:1、一般冲刷深度是从设计水位至一般冲刷线的最大深度2、局部冲刷深度是从一般冲刷线至冲刷坑底的最大深度12/13/20221
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- 第十三 桥梁 冲刷 计算
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