桥梁与河流的相互影响
涉河桥梁阻水影响因素研究
涉河桥梁阻水影响因素研究丁伟;唐洪武;戴文鸿;肖洋【摘要】Three dimensional flow fields around bridge piers are simulated accurately by using VOF method and standard model. Factors affecting blocking water of piers including width of bridge piers, numbers of bridge piers, angle of axis of bridge pier and flow direction, angles between axis of bridge and flow direction and arrangement form of bridge piers reacting on blocking water height are analyzed in this paper. Analysis shows that VOF model can be used to track the free surface flow and applicable to numerical simulation of the water flow, and that it can lower the bridge blocking water effectively as the decrease of width of bridge piers. Compared with other types of bridge piers, dual cylinder bridge piers have superiority to some extent, and the angle between the middle-line of the bridge and the river flow should be larger than 65°. The result shows that this research is somewhat helpful to the prediction of bridge blocking water and the design of bridges.%采用VOF(volume of fluid)方法和标准κ-ε模型,对涉河桥梁桥墩附近河段三维流场进行了精细模拟,通过不断改变桥墩宽、桥墩数、桥梁跨径、桥墩和水流的夹角、桥梁和水流的夹角和桥墩的布置形式等,进一步分析各个因素对桥梁壅水的影响.计算分析成果表明桥墩在桥梁稳定的前提下,减少其宽度可以有效地降低壅水高度,同时双圆柱型桥墩有利于降低壅水高度.桥墩轴线尽可能顺应水流流向,桥梁轴线尽可能与水流流向垂直,至少要将夹角控制在65°以上.【期刊名称】《水利水运工程学报》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】5页(P52-56)【关键词】桥梁壅水;数值模拟;VOF方法【作者】丁伟;唐洪武;戴文鸿;肖洋【作者单位】河海大学水利水电学院,江苏南京210098;河海大学水利水电学院,江苏南京210098;水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏南京210098;河海大学水利水电学院,江苏南京210098;水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏南京210098;河海大学水利水电学院,江苏南京210098;水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210098;河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TV131.2+2;U442.3+3跨河桥梁的修建势必会侵占河道行洪断面,水流流线在桥梁的上游收缩,下游扩散,加上桥体本身的阻力等因素,使河流的局部阻力增大,造成局部水头损失,形成桥梁上下游的水位差,也就是桥梁壅水[1].桥梁壅水直接影响到两岸堤防、城市及沿岸企业的安全.要有效降低壅水,就需要对造成壅水的因素进行分析,在以往的桥梁壅水分析中,主要包括经验公式法、水工模型法和数值计算法,而其中大多数公式对于桥墩壅水的计算都采用了保守的计算方法,这显然也是出于安全的考虑,但由于水流运动的复杂性,对桥梁壅水规律的掌握是个渐进过程,所以还需要对桥墩壅水进行更深层次的研究.因此运用数学模型对壅水进行进一步的研究是十分必要的.桥梁对壅水的影响是多方面的,本文考虑桥梁和桥墩的主要参数和布置形式对壅水和流态的影响,包括桥墩宽、桥梁跨径、桥墩数、桥墩轴线与水流的夹角,桥梁轴线与水流的夹角及桥墩形状.1 模型及基本方程桥墩附近流场是典型的三维气液两相流,为了精确模拟桥墩附近的水流状况和周围流场,计算时采用VOF模型[2-3],它主要适用于多种互不渗透且不可压缩流体运动截面的模拟.在VOF模型中,假设第a相流体的体积函数为αa,当αa=0时,表明该控制体积内无第a相流体;当αa=1时,表明该控制体积内充满第a相流体;当0<αa<1时,表明该控制体积内包含第a相流体和其他流体的相间界面,那么第a相流体的体积函数输移扩散方程为:式中:ut为流体速度;ρ为流体密度;p为包含重力的压力项;μ和μt分别为流体分子黏性系数和紊动黏性系数;k为紊动能;ε为紊动能耗散率;σk和σε分别为k和ε的紊流普朗特数.上述方程中C1=1.44,C2=1.92,Cμ=0.99,σk=1.0,σε=1.3 均为经验常数.2 数值模拟及结果分析本文主要研究其中几个对桥梁壅水影响大的参数,具体研究方法是变化参数中的1个,固定其他参数,逐个研究.建立数学模型后,运用商业软件作为求解器来模拟桥梁壅水,得到桥墩附近流场、水面线等进行比较分析.涉河桥梁由于桥墩占用过水面积引起水流收缩和扩散,相应引起上游水流压缩,水位增高,形成壅水.壅水高度与桥梁阻水面积百分比、流速、桥墩和河床底质等有关[4-5],阻水面积百分比是比较明确的参数,也易于控制.而桥墩宽、桥墩轴线与水流的夹角、桥墩数、跨径均会对阻水面积百分比造成影响.本文首先选用概化的河道参数:顺直河道,V型断面,河长L=2 250 m,河宽B=350 m,下游水位Z=10 m,平均水深H=10 m,河道底坡i=0.000 16,糙率n=0.035.无桥梁存在时,水流基本呈均匀流态,即水力坡降J=i=0.000 16.模型计算时,给定上游流量边界条件Q=3 000 m3/s.桥梁各工况下参数见表1.表1 各工况下桥梁参数Tab.1 Bridge characteristics in all conditions21工况2(图1) 4 3.0 0~45 90 21工况3(图2) 4 3.0 0 45 ~90 21工况4 1 ~4 3.0 0 90/m工况1 4 0.5 ~7.0 0 90 ≈桥墩数/个桥墩宽/m 桥墩轴线与水流向夹角/(°) 桥梁轴线与水流向夹角/(°) 跨径随墩数变化2.1 桥墩宽、数目及跨径的模拟结果及分析桥墩宽是桥梁的重要参数,由图1可见,对于工况1,加大桥墩宽度,壅水和流速都会有所增加.桥墩数和跨径对桥梁壅水也有一定的影响,在其他因素相同的情况下,桥墩数越多,跨径就会相对越小,桥梁的阻水面积也就越大,对水流影响也就越大.图2的计算结果表明这两点都是通过改变阻水面积来影响壅水,且从图中可见对壅水的影响基本上是线性的.图2 桥墩数变化影响Fig.2 Effects of numbers of bridge piers图1 桥墩宽度变化影响Fig.1 Effects of width of bridge piers2.2 斜交桥模拟结果及分析受地形、地貌、地质、水文条件和人为因素的影响,许多跨河桥梁往往设计成与河道斜交的形式,桥墩的阻水更加复杂.通常情况下有桥梁轴线与水流方向有夹角(工况2)和桥墩轴线与水流方向有夹角(工况3)的 2 种斜交问题[6-7].桥墩轴线与水流夹角的改变会对壅水产生很大的影响,在计算壅水的时候需要考虑夹角的影响.如图3(a)中所示,从0°到10°,阻水百分比增加7.87%,壅高增大0.12 m;从10°到20°,阻水百分比增加7.39%,壅高增大0.14 m;从20°到30°,阻水百分比增加 6.69%,壅高增大 0.18 m;从30°到40°,阻水百分比增加5.74%,壅高增大0.2 m.可以看出随着桥墩轴线与水流的夹角逐渐增大,最大壅水高度随着斜交角度的增大而增大.图3 桥墩轴线及桥梁轴线与水流向夹角的影响Fig.3 Effects of angles between axis of bridge pier and axis of bridge and flow direction图4 斜交桥桥墩附近流线Fig.4 Sketch of flow velocities around bridge piers 除了桥墩轴线与水流的夹角会对壅水产生影响以外,桥梁轴线与水流主线的夹角也会影响到壅水.由图3(b)中计算结果可以明显看出,当桥梁轴线与水流主线的夹角大于某一值时,对壅高的影响呈线性,随着夹角的减小,壅高的增幅逐渐增大,在夹角为65°时增幅已较为明显,尤其是从60°到45°的时候,最大壅水高度随着斜交角度的增大而增大的趋势进一步增强.这是因为斜交角度较大时,上下游桥墩在正交断面上的投影间距较小,水流被压缩,上游桥墩尾流和下游桥墩加速区水流产生相互叠加的现象(图4).在孔距一定的情况下,上下游桥墩的相互干扰是不可忽略的,干扰程度随相邻桥墩间距的增大而减弱.2.3 不同形状桥墩模拟结果及分析对于常见不同形状桥墩对壅水的影响,需要进行更为精细的模拟.FLUENT[8-9]提供了灵活的网格特性,用户可方便使用结构网格和非结构网格对各种复杂区域进行网格划分,同时可以对网格进行整体或局部的细化,可以得到桥墩附近高精度的流场图和壅水图.比较常见的有双圆柱串联型桥墩、半圆形头尾桥墩和等腰三角头尾桥墩.采用概化模型,在其他条件固定的情况下,分别对上述3种不同形状的桥墩进行模拟分析.为避免计算区域顶部边界对计算结果带来的影响,流体空气部分与液体部分的深度之比应大于1/3.本文选用以下概化模型参数:计算区域为长4 m,宽0.7 m,高0.12 m,初始水面高 0.08 m,河道糙率为0.015,流速 v=0.4 m/s,压缩段取在河道中间位置,分别采用双圆柱串联型桥墩、半圆形头尾桥墩和等腰三角头尾桥墩进行模拟计算.其中3种桥墩迎水面宽度一样,均为0.02 m.模拟结果可见图5(图中长度均以m为单位,流速以m/s为单位,壅水高度图中灰色和黑色分界线为液气分界线,即水面线).图5 各种桥墩对水流的影响Fig.5 Influences of different kinds of bridge piers on flow field模拟分析结果表明,在桥墩迎水面宽度一样的情况下,双圆柱串联桥墩的水流加速区范围最小,同时壅水高度相比其他两种桥墩较低,而半圆形头尾桥墩和等腰三角头尾桥墩的壅水高度基本一致,且水流加速区范围相差不大.3 结语河道上桥梁的设置会对附近的流场产生影响,研究桥梁附近的壅水和流场分布,有助于涉河桥梁的防洪分析,进而在桥梁设计及布置时采取有效的措施.本文采用VOF方法对桥梁附近的流场进行了精细模拟,取得了较为理想的结果,结果显示,桥墩在桥梁稳定的前提下,减少其宽度可以有效地降低壅水高度,同时双圆柱型桥墩比半圆形头尾桥墩和等腰三角头尾桥墩更有利于降低壅水水高度.桥墩轴线尽可能顺应水流流向,桥梁轴线尽可能与水流流向垂直,如有需要,存在一定偏角对水流影响不大,但夹角应控制在65°以上.需要注意本文研究工况中所采用的参数与实际河流有一定差距,如河道形状,且河道水流流速和糙率等在同一横断面不同位置也不尽相同[10],这需在下一步工作中着重探讨.参考文献:[1]陆浩,高冬光.桥梁水力学[M].人民交通出版社,1991.(LU Hao,GAO Dong-guang.Bridge hydraulics[M].China Communications Press,1991.(in Chinese))[2]张健,方杰,范波芹.VOF方法理论与应用综述[J].水利水电科技进展,2005,25(2):67-70.(ZHANG Jian,FANG Jie,FAN Bo-qin.Advances in research of VOF method[J].Advances in Science and Technology of Water Resources,2005,25(2):67-70.(in Chinese))[3]HIRT C W,HICHOLS B D.Volume of fluid(VOF)method for dynamicsof free boundaries[J]J Copm Phys,1981,39:2012221.[4]张细兵,余新明,金琨.桥渡壅水对河道水位流场影响二维数值模拟[J].人民长江,2003,34(4):23-24.(ZHANG Xibing,YU Xin-ming,JINKun.Numerical simulation of water levels and flow field in upstream back water area of bridge and aqueduct[J].Yangtze River,2003,34(4):23-24.(in Chinese))[5]郑仰奇,李怀恩,张强,等.河道多桥连续壅水分析[J].水资源与水工程学报,2005,16(3):37-39.(ZHENG Yang-qi,LI Huai-en,ZHANG Qiang,et al.Analysis of backwater on multi-successive bridges in river course[J].Journal of Water Resources and Water Engineering,2005,16(3):37-39.(in Chinese))[6]李付军,张佰战,林桂宾.斜交桥下水流流向偏转角度的理论分析[J].水科学进展,2005,16(5):634-637.(LI Fujun,ZHANG Bai-zhan,LIN Gui-bin.Theoretical analysis of the deflection degree of the flow direction under bevel bridge[J].Advances in Water Science,2005,16(5):634-637.(in Chinese))[7]季日臣,何文社,房振叶.斜交桥壅水试验研究与理论探讨[J].水科学进展,2007,18(4):504-508.(JI Ri-chen,HE Wen-she,FANG Zhen-ye.Experimental and theoretical study of skew bridge backwater[J].Advances in Water Science,2007,18(4):504-508.(in Chinese)) [8]韩占忠,王敬,兰小平.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2008.(HAN Zhanzhong,WANG Jing,LAN Xiao-ping.Application example of CFD with fluent[M].Beijing:Beijing Institute of Technology Press,2008.(in Chinese))[9]黄国鲜,周建军,陈界仁.复杂边界下同位网格和交错网格水流模型收敛性[J].清华大学学报:自然科学版,2006,46(6):785-788.(HUANG Guo-xian,ZHOU Jian-jun,CHEN Jie-ren.Convergence of flow models using staggered and collocated grids with complicated boundaries[J].Journal of Tsinghua University(Science and Technology),2006,46(6):785-788.(in Chinese))[10]浙江省涉河桥梁水利技术规定(试行)[S].(Technical regulation for river bridges of Zhejiang Province[S].(in Chinese))。
桥梁与河流的相互影响
桥梁与河流的相互影响学号:2010301550078 姓名:张海洋学院:土木建筑工程学院专业:土木工程关键词:桥梁、桥墩破坏、河道、泥沙、影响随着经济的不断发展,在人类的社会生活中,交通运输愈发的显得重要,桥梁与河道作为交通运输必不可少的两大重要通道。
桥梁作为连接河流两岸陆域,占据着跨河流交通不可替代的地位,在对人员、车辆、物资流动方面起着积极的交通功能;河道则起着对大规模物流的水上运输,然而人为的在河道上建起桥梁建筑也对运输和防洪产生许多负面影响,另一方面河水及其所携带的泥沙又有反馈作用,对桥梁建筑产生了或多或少的不利影响。
1.洪水及其泥沙对桥梁建筑的影响1.1洪水对桥墩的冲刷作用由于桥梁及其附属建筑的改变原有河道的局部形态,使桥梁所在河道局部变窄,河床由于桥梁建筑的修建开挖有所扰动。
当遭遇洪水季节,大量的洪水携带相当量的泥沙以较快的速度自上而下,在桥梁所在处由于河道的突然变窄,过水断面的面积减小,一方面会在距桥址上游一定距离内发生整体横段面的壅水,桥前壅水随来流量的增大而增加,且流量越大,比降越陡,壅水的影响范围就越小;不同的桥型在相同流量下,桥墩阻水面积比越大,水位变化就越大;在壅水的始发部位即临界过渡区,由于水流速的减小一部分泥沙会在重力作用下沉降,而在桥墩部位水流速增大为对桥墩有很大的冲刷作用,同时会在桥墩处形成漩涡对桥墩基础造成很大的冲刷,带走基石,久而久之会使桥墩基础不稳固,有可能使桥墩受力不均或者下沉从而使桥梁桥面板受拉,由于钢筋混凝土抗拉能力小,造成桥面有裂隙甚至开裂断开造成严重危害。
因此对于桥梁的维护就显得至关重要,如武汉长江大桥,建成至今有五十多年,每年都需对桥墩的加固,向桥墩周围抛填几百吨的岩石。
与此同时,冲刷所进一步带来的暗流与漩涡所造成会对来往船只造成很大影响,当两船在相距不太大的桥洞相向航行时,两船间的漩涡所产生真空水压小于船两侧的水压,在水压的作用下会使两船相撞,发生巨大灾难。
桥梁行洪论证的计算与注意要点
桥梁行洪论证的计算与注意要点摘要:近年来,随着社会经济建设加快发展,涉河工程越来越多,如修建河堤,临河建筑物等,此类项目的行洪论证,只需要分析项目是否满足防洪标准及对上下游的行洪影响,而跨河桥梁的行洪考虑的因素较多,不仅分析项目建成后的行洪影响还要分析桥梁建成后自身是否安全。
本文重点分析桥梁建成后产生的壅水、桥梁冲刷深度、桥面中心最低高程等特性,并分析桥梁行洪论证过程中需要注意的要点。
关键词:桥梁行洪;壅水高度引言桥梁构筑物目前是人类克服自然水体阻隔、扩大人类活动范围的最经济、最有效的方法。
建桥后,桥孔对水流压缩,从桥位上游相当远处水面就开始壅高,在桥前某一断面达到最大壅水高度,壅水河段水位升高,流速降低,河床发生淤积;接近桥孔时,水流急剧收缩而呈“漏斗”状,形成收缩段,收缩段的水流流速变大,对河床产生严重的冲刷;由于水流的分离现象,在桥位上下游两侧又形成回水区,所以建桥后使得桥位河段的水沙运动及河床演变变得非常复杂。
为了建桥后不对两岸河堤、农田、村镇造成威胁,建设大、中型桥梁时,有必要进行拟建对桥梁行洪论证进行分析,以便水利部门采取有效措施对河道堤防保护和管理。
1.壅水计算1.1壅水计算方法涉河桥梁修建后,断面形状、糙率系数及河道底坡沿程都有变化,其水力因素十分复杂。
壅水计算思路为先通过水文分析计算出桥梁下游控制断面的各频率设计洪水位,再以该断面为起算位置,分别推算项目建设前后评价河段各断面的水面线,从而求得该工程建设后对各断面行洪影响的壅水高度。
水面线计算采用天然河道水位沿程变化的伯努利能量方程式:式中:等式左边两项为上断面的势能和动能;z1、z2分别代表下、上断面水位;a为流速分布系数;g 为重力加速度;hf沿程水头损失;hj局部水头损失;v断面平均流速;对于沿程损失项,目前一般采用下述公式求解:式中: R上上断面水力半径,R下下断面水力半径,A上上断面面积,A下下断面面积,Q河道流量,L上下断面间距,n上下断面间河道平均糙率,为局部水头损失系数。
河流水流对桥梁结构的冲击响应分析
河流水流对桥梁结构的冲击响应分析桥梁作为交通的重要组成部分,承载着道路和铁路的通行,因此其结构的稳定性对于交通的安全至关重要。
然而,河流水流的冲击力对桥梁结构会产生一定的影响,可能导致结构的损坏和倒塌。
因此,对河流水流对桥梁结构的冲击响应进行分析和研究具有重要的意义。
1. 桥梁结构与水流冲击河流水流对桥梁结构的冲击主要表现为以下几个方面:(1)水流的冲击力:当水流经过桥梁时,会产生冲击力作用在桥梁结构上。
这种冲击力取决于水流的速度、水流与桥梁的相对位置以及水流的流动状态。
(2)水流的涡旋效应:水流在桥梁下游形成涡旋,对桥梁结构产生颠簸和冲击。
(3)水流的动力荷载:水流的动力荷载是指水流对桥梁结构产生的阻力和压力,其大小与水流的流速、流量和桥梁的形状有关。
2. 河流水流对桥梁结构的影响河流水流对桥梁结构的冲击会导致以下几种影响:(1)结构振动:水流的冲击力会引起桥梁结构的振动,从而对桥梁的稳定性和安全性产生影响。
(2)结构破坏:当水流的冲击力超过桥梁结构的承载能力时,可能会导致结构的破坏,如断裂、倾斜等。
(3)桥墩侵蚀:长期水流的冲击会导致桥墩表面的侵蚀和破坏,进一步削弱桥梁结构的稳定性。
3. 河流水流冲击响应分析方法为了准确评估河流水流对桥梁结构的冲击响应,可以采用以下方法进行分析:(1)数值模拟方法:利用计算流体力学(CFD)软件对水流与桥梁结构的相互作用进行模拟,得到水流对桥梁的压力、阻力和冲击力等参数。
(2)实验测试方法:在实验室或实际桥梁上搭建模型,通过模型试验得到水流对桥梁的冲击力和振动响应,进行测量和分析。
(3)现场监测方法:利用传感器和监测设备对桥梁结构进行实时监测,获取水流冲击对桥梁的动态响应数据,据此进行分析和评估。
4. 桥梁结构的抗冲击措施为了提高桥梁结构的抗冲击能力,可以采取以下措施:(1)合理设计:在桥梁结构的设计过程中应考虑水流冲击的影响,合理选择结构材料和断面形状,提高桥梁的抗冲击能力。
桥梁与河流的相互影响
桥梁与河流的相互影响学号:2010301550078 姓名:张海洋学院:土木建筑工程学院专业:土木工程关键词:桥梁、桥墩破坏、河道、泥沙、影响随着经济的不断发展,在人类的社会生活中,交通运输愈发的显得重要,桥梁与河道作为交通运输必不可少的两大重要通道。
桥梁作为连接河流两岸陆域,占据着跨河流交通不可替代的地位,在对人员、车辆、物资流动方面起着积极的交通功能;河道则起着对大规模物流的水上运输,然而人为的在河道上建起桥梁建筑也对运输和防洪产生许多负面影响,另一方面河水及其所携带的泥沙又有反馈作用,对桥梁建筑产生了或多或少的不利影响。
1.洪水及其泥沙对桥梁建筑的影响1.1洪水对桥墩的冲刷作用由于桥梁及其附属建筑的改变原有河道的局部形态,使桥梁所在河道局部变窄,河床由于桥梁建筑的修建开挖有所扰动。
当遭遇洪水季节,大量的洪水携带相当量的泥沙以较快的速度自上而下,在桥梁所在处由于河道的突然变窄,过水断面的面积减小,一方面会在距桥址上游一定距离内发生整体横段面的壅水,桥前壅水随来流量的增大而增加,且流量越大,比降越陡,壅水的影响范围就越小;不同的桥型在相同流量下,桥墩阻水面积比越大,水位变化就越大;在壅水的始发部位即临界过渡区,由于水流速的减小一部分泥沙会在重力作用下沉降,而在桥墩部位水流速增大为对桥墩有很大的冲刷作用,同时会在桥墩处形成漩涡对桥墩基础造成很大的冲刷,带走基石,久而久之会使桥墩基础不稳固,有可能使桥墩受力不均或者下沉从而使桥梁桥面板受拉,由于钢筋混凝土抗拉能力小,造成桥面有裂隙甚至开裂断开造成严重危害。
因此对于桥梁的维护就显得至关重要,如武汉长江大桥,建成至今有五十多年,每年都需对桥墩的加固,向桥墩周围抛填几百吨的岩石。
与此同时,冲刷所进一步带来的暗流与漩涡所造成会对来往船只造成很大影响,当两船在相距不太大的桥洞相向航行时,两船间的漩涡所产生真空水压小于船两侧的水压,在水压的作用下会使两船相撞,发生巨大灾难。
漫水桥漫水状态下的结构整体受力分析
漫水桥漫水状态下的结构整体受力分析第8卷第3期2009年8月广东交通职业技术学院JoURNAL0FGUANGD0NGCoMMUNlCATIoNSPOL YTECt-INICV o1.8No.3August2009文章编号:1671—8496.(2009)03.0031.04漫水桥漫水状态下的结构整体受力分析赵文秀(,州市公路管理局工程研究所,广东广州510420)摘要:文中以某漫水箱梁桥漫水状态下结构的力学反应分析为工程背景,介绍了漫水桥梁承载力分析的主要内容和计算方法,并对漫水桥梁的构造提出建议,可供工程技术人员在类似工程中参考和借鉴.关键词:漫水桥;受力分析中图分类号:U448.2文献标识码:A StructuralAnalysisofSubmersibleBridgeZHAOWe13.xiu(EngineeringResearchInstitute,HighwayBureauofGuangzhouCity,Guangzhou510420, China)Abstract:Onthebasisofin~oducingstructuralanalysisofacertainsubmersiblebridge,thispa perintroducesthemain contentandmethodofcalculationofthiskindofbfidge,meanwhile,givessomeadviseOnthes tructureofsubmersiblebridge.Keywords:submersiblebridge;structuralanalysis在次要的公路上.跨越常水位与洪水位高差较大且不通航的河流,同时洪水时间较短,交通允许暂时中断的条件下,桥梁标高可按常水位设计,洪水时允许水流从桥面漫过.这种桥梁称为漫水桥.由于漫水桥在使用过程中.允许洪水漫过桥面高度.因此对此类桥梁的承载力评价不可避免地包含对桥梁在漫水状态下的承载力评价.对于漫水桥的承载力评价不可能象一般桥梁的承载力评价那样通过成桥荷载试验来进行.因为在实际中几乎无法模拟桥梁在漫水状态下的受荷状态以及力学行为.因此对漫水桥的承载力评价不得不主要借助力学分析为主.本文以某预应力混凝土箱梁为例,详细介绍漫水桥的力学分析方法.1工程概述桥梁设汁为跨径(30+40+301m的等截面整体现浇预应力混凝土箱梁,墩梁固接,箱梁长度为收稿日期:2009.03.28作者简介:赵文秀(1976一),女,工程师研究方向:桥梁结构99.9m.为了避免接线道路路面与两侧地面存在高差从而影响道路两旁房屋的使用和城市景观. 将桥面高程降低,与桥头两端道路自然接顺,因此桥梁高度不能满足2O年一遇洪水位的要求. 桥梁设计为漫水桥.2漫水状态桥梁结构分析与计算桥梁在漫水状态下,桥梁处在相互耦合的流速场内,即使恒定流经过非流线型箱形截面的桥梁时.也会在桥梁结构的一定范围内产生紊流.引起桥梁的振动.而振动的桥梁又将反过来影响流场,改变水流对桥梁结构的作用,受力非常复杂,精确分析是不可能的,需要做些必要的简化.预应力混凝土箱梁截面尺寸较大.刚度大,抗扭转性能好,可以认为桥梁结构在水流作用下保持静止,因此水流对其振动效应较小,基本可以忽略【",而且为了简化计算手段,仅考虑桥梁结构在定常流作用下的反应.即静力作用32广东交通职业技术学院第8卷漫水桥梁在漫水状态下的静力作用包括桥梁在水中受到的浮力作用以及在定常流场中受到的水压力作用2.1漫水状态浮力分析与计算小容置疑.桥梁在漫水状态下将受到浮力的作用,根据阿基米德定律,浮力大小为桥梁在水中排开的水受到的重力,即pg(1)式中:P为水的密度;V排为桥梁排开水的体积;g为重力加速度.当桥梁处于漫水状态且箱室内空间被水充满时即全充满工况.排开水的体积即为桥梁结构的混凝土体积.但是如果考虑箱梁进水和落水的过程时,则全充满工况未必是最不利的.因为若在涨水过程中,水流上涨速度较快时,水流上涨的速度大于箱梁进水的速度,将使箱梁外水位高于箱梁内水位,桥梁排开水的体积应为没入水中箱梁体积与箱室内外水位差对应的空箱室这两部分体积之和,则最不利工况桥梁排开水的体积为桥梁结构的混凝土体积与箱室内外水位差最大值对应的空箱室这两部分体积之和,此涨水工况桥梁结构受到的浮力可能会大于全充满工况.而在落水过程中,箱外落水快于箱内水排出速度,将使箱内水位高于箱外水位的情况.此时桥梁将受到箱外水位线以上的箱室内部的水的重力作用,降水工况最不利时桥梁将受到箱室内外水位差最大值的水的重力作用.在涨水以及落水的过程中,桥梁任何一一种受力状态都介于这二者之间. 2.1.1涨水工况的计算若计算出涨水过程中箱室内外水位差的最大值.就可以得出桥梁在涨水工况中可能的最大排水量.根据水力学中短管出流原理可以得到涨水过程中箱内外水位高差与时间的关系.如图1所示,从水位与箱梁底面平齐时开始,箱梁内外水位高差h与时间t的关系可以用下式表达:l,lI斋,/l(2)式中:,/2g/n;为箱梁底板开孔的流量系数,为箱梁内部空间水平截面的平均截面积,为箱梁底板开孔的面积,g为重力加速度;'US为河流水位上涨速度.由式(2)可知,h对t 为单调增函数,t越大,h越大;当dh/~=0时,h将达剑极限最大值,此时ho=(V/K),此时f一∞,实际是不可能达到这个值的.箱外水位~.辖永位,图1涨水工况水位高差与时间的关系由桥梁设计资料可知.箱梁底板开孔的面积to=3.6m.箱梁内部空间水平截面的平均截面积/2=-1507m:.根据桥址水文资料,2O年一遇洪水位时河流水位上涨速度=1.0m/h.则涨水工况箱内外最大水位差计算结果见表l.表1涨水工况箱内外最大水位差计算结果计算表明箱内外最大水位差仅2.736mm,基本可以忽略该项水力荷载的效应.2.1.2落水工况的计算与涨水过程类似.只要计算出落水过程中箱室内外水位差的最大值.就可以得出桥梁在落水工况中可能受到水的最大重力.根据水力学中短管出流原理可以得到落水程中箱内外水位高差与时间的关系[2].如图2所示,从水位与箱梁项面平齐时开始.箱梁内外水位高差h与时间t的关系可以用下式表达:K2lxlnVx一Kl(3)箱内水位f承舒图2落水工况高差与时间的关系式中:为河流水位下降速度,其余符号含义同式(2).与式(2)同理可得,当ho=(V/K).时,h将达到极限最大值.此时£一∞,实际也是不可能达到这个值的.由桥址水文资料,20年一遇洪水位时河流水位上涨速度=0.85m/h.则落水工况箱内外最人水位差计算结果见表2.表2落水工况箱内外最大水位差计算结果第3期赵丈秀:漫水桥漫水状态下的结构整体受力分析33 计算表明箱内外最大水位差仅1.977mm.本可以忽略该项水力荷载的效应.2.2漫水状态流场的计算基参照风对桥梁的作用I3_.则作用在每延米箱梁上的最大水流作用力的三分量分别为:流动的水流对箱梁表面将产生动水压力,由于假定流场为定常流.水流速与方向都不发生改变.刈'箱梁的作用也是恒定不变的,可以转化成静力问题进行计算.由于桥梁结构是一个水平方向的线状结构,流场可近似看作是二维的,此时水流作用力可以分解为3个分量:阻力,升力和升力矩见图3)._i图3水流作用三分量示意阻力每延米=(1/2pv)c,升力每延米=(1/2pv)C升力矩每延米=f1/2pv)CB(4)(5)(6)式中:1/2,o~为水流的动压:H为桥梁的迎水投影高度;B为桥梁宽度;,G,C分别是水流各分力的静力系数,对于箱形截面带用明显的棱角.水流的分离点基本固定,其大小可以认为不随流速变化.雷诺数的影响也可以忽略不计,可以仅考虑截面形状以及水流攻角(流速与水平方向的夹角1的影响.通过流速场的数值模拟不难计算出箱梁在各种攻角时的三分力系数. 进而求得水流对箱梁作用力的各分量.根据桥址水文资料.百年一遇洪水位时河水流速v=3.0m/s,可得水流三分力计算结果如表3. 表3水流三分力计算结果2.3桥梁漫水状态的结构计算桥梁水流作用下的空间分析利用空间有限元程序MadisCivil进行,模拟了桥梁在上述各种水力荷载作用下的受力情况.桥梁采用空问梁单元,个桥共75个节点.74个单元,全桥有限元模型见图4.经过计算.可以得出各种施工工况下桥梁结构由于漫水引起的各截面的应力情况, 最不利截面应力结果如表4所示.图4有限元模型预应力效应储备在截面上的压应力如表5.表5预应力效应储备与上述荷载应力进行迭加后.除第2跨最大弯矩截面下缘将产生约1MPa的拉应力外,其余截面都为压应力.根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第6-3条截面虽然出现拉应力,但小于0.7=1.85MPa,满足规范要求,桥梁结构在该计算工况下是安全的[4】『5】.妒~,.,广东交通职业技术学院第8卷表4应力计算结果注:表4中C,C为箱梁上缘左右角点应力,C,为箱梁下缘左右角点应力.3结论及建议通过对桥梁在漫水状态下浮力,流场的计算,模拟了桥梁结构在漫水状态下的力学行为,具有一定程度的近似性,但是可以为桥梁在漫水状态下的承载力评价和改善提供了一些有价值的参考意见.(1)桥梁在漫水状态下采用浮力和定常流场的模式进行模拟,对像箱形梁桥这类截面刚度很大的桥梁是合理的,但是对于如铡箱梁等薄壁截面的柔性较大的桥梁就不合理了,有时可能会得出错误的结论,因为这时桥梁的振动与流场的相互影响,已经不可忽视.f21水力荷载中浮力和升力在桥梁水力荷载中所占的比重较大,其中除全充满工况下水的浮力基本上由截面尺寸确定,改善的余地较小,而其他水力荷载可以通过适当构造措施进行改善.对于流动水压力可以做成流线型截面,减小箱梁对水流的阻碍来改善,对于落水和涨水工况下因水头差引起的水力荷载可以通过将箱梁进行适当开孔(排水孔及排气孔),减小水头差从而减小该项水力荷载.f3)计算时没有考虑桥梁纵坡的影响,因为桥梁纵坡的存在使得桥梁在被水淹没的过程中受力较为不均匀,这可能会引起个别截面即使不是在最大荷载作用下也会出现最不利应力的情形.参考文献:【1]宋一凡.公路桥梁动力学[M】.北京:人民交通出版社,1996.[2】周善生.水力学[M].北京:人民教育出版社,1980. [3】李国豪.桥梁结构的稳定与振动[M].北京:中国铁道出版社.1996.[4]公路钢筋混凝土及预应力混凝上桥涵设计规范(JTJ D62—2004)[$1.北京:人民交通出版社,2004.f5]公路桥涵设计通用规~(JTGD60—2004)[S].北京:人民交通出版社.2004。
河流桥梁建设对水资源的影响
施工过程中水资源保护技术应用
施工废水处理
建立施工废水处理系统, 对施工废水进行沉淀、过 滤等处理,确保废水达标 排放。
河流生态修复技术
采用生态修复技术,如生 态护坡、植被恢复等,减 少施工对河流生态环境的 破坏。
水土保持措施
实施有效的水土保持措施 ,如覆盖、绿化等,防止 水土流失对河流造成污染 。
规定了公路桥梁施工的技术要求和质量标准 。
《桥梁设计规范》
提供了桥梁设计的原则、方法、标准等方面 的指导。
《环境影响评价法》
要求桥梁建设前进行环境影响评价,确保建 设活动对环境不造成重大不良影响。
PART 02
河流桥梁建设对水资源影 响分析
REPORTING
水文环境改变
桥梁建设会改变河流的流态,导致局部水流速度减缓或加速,影响河流的水文环境 。
于中小跨度。
拱桥
优美造型,利用拱圈或 拱肋作为主要承重结构
,适用于大跨度。
悬索桥
以悬索为主要承重构件 ,通过索塔悬挂并锚固 于两岸,适用于特大跨
度。
斜拉桥
由主梁、斜拉索和索塔 组成,利用斜拉索将主 梁多点定位,适用于中
等至大跨度。
桥梁建设流程
初步设计
进行地质勘察、水 文分析、桥梁结构 选型等。
施工阶段
后期运营管理及维护措施
桥梁维护管理
建立完善的桥梁维护管理制度, 定期对桥梁进行检查、维修和加
固,确保桥梁安全运营。
水质监测
在桥梁上下游设置水质监测点,定 期监测水质变化情况,及时发现并 处理可能对水资源造成影响的因素 。
应急预案制定
针对可能发生的突发事件,如桥梁 坍塌、交通事故等,制定相应的应 急预案,确保在紧急情况下能够迅 速采取措施保护水资源。
潮汐河段桥墩对水流影响的数值计算与分析_曹民雄
A sI + BsI + C2 ( hI + a0I ) + D2 sI + EsI - FrI - W2 = 0 ( 13)
K3 hI + M 3 rI + N 3 sI = 0
( 14)
式中 r I 、sI 分别表示该单元第 I 节点上的未知函数的时间 导数;
A 为质量矩阵; B 为对流 矩阵; C1 、C2 为 压力矩 阵; D1 、D2 为耗
N ij =
ij (
qi xj
+
qj xi
)
( 7)
式中 ij 为广义紊动粘性系数; qi 、qj 为 x 、y 方向的单宽流量。
根据式( 7) 与连续方程, 则动量方程中的粘滞项可 变形为:
N xx x
+
N yx y
=
x(
r x
)
+
y(
r y
)
+
x (-
h t
)
( 8)
收稿日期: 2006- 02- 12 作者简介: 曹民雄, 男, 南京水利科学研究院河港所 , 高级工程师, 博士。
桥墩对水流的影响研究在 19 世纪后期已开始, 研 究手段从 调查分析到试验研究, 从一维、二维到三维的水流数值计算。但 所有的研究手 段中, 平面二维水 流数值计 算以其方便、快捷、费 用较低等优点而得到广泛应用。在潮汐河段的数值计算中应主 要考虑桥墩 的概化和动边界 的处理, 以下 将以长 江口北 支水道 拟建大桥的 数值计算为算例 进行讨 论, 并 分析潮 汐河段 内桥墩 对水流影响的特点。
2 计算中有关问题的处理
2. 1 桥墩概化
数值计算桥墩 对水流的 影响, 是通过网 格节点上的 参数参 与运算来实现, 桥墩的尺寸往往小于计算网格的尺度, 网格无法 反映出桥墩的存在。因而计算中首先要解决桥墩的概化 问题, 常 用的处理方法有如下几种。
建桥对河流洲边滩的影响_黄荣敏
桥址处流量 /(m3 s- 1)
距桥址上 游的距离
/m
桥型 1
ΔH
k
/m
/(%)
桥型 2
ΔH
k
/m
/(%)
桥型 3
ΔH
k
/m
/(%)
桥型 4
ΔH
k
/m
/(%)
52 215
3 00
0. 020 4. 11
0. 010 3. 40
0. 010 3. 31
0. 030 4. 90
72 000
3 00
0. 028 3. 90
桥 名
位 置
桥址河段河型
桥 型
河段内洲滩
白沙洲大桥 (已建 )
长江中游 武汉河段
顺直分汊型河段
主跨 618 m, 桥墩 33个
白沙洲 、潜洲 、 汉阳边滩
荆 岳长江大桥 (未建 )
丰 城铁路大桥 (未建 )
武 汉长江大桥 (已建 )
长江城陵矶河段
赣江拖船埠 至 石上河段
长江中游 武汉河段
顺直分汊型河段 微弯河段 顺直河段
0. 025 3. 32
0. 025 3. 33
0. 036 4. 57
74 000
3 00
0. 030 3. 86
0. 028 3. 31
0. 027 3. 33
0. 039 4. 52
82 000
3 00
0. 038 3. 77
0. 029 3. 29
0. 028 3. 33
0. 040 4. 39
建桥后 , 随着河床的局部冲刷使桥梁上游的壅水有可能降低 , 但在建桥初期或桥址位于抗冲能力强的河 段 , 壅水影响有时会较大. 我国实际观测到的桥前最大壅水高度可达 1. 5 ~ 2. 0 m[ 4] .
桥梁工程对水文测验河段影响分析
2203年第3期2203Number5水电与新能源HYDROPOWERANDNEW ENERGY第35卷Voi.35DOA1033622/43—1.342-/00/m.1671-3354.6021.43.42桥梁工程对水文测验河段影响分析黄攀,彭光辉(湖北省随州市水文水资源勘测局,湖北随州441340)扌摘要:桥梁工程的建设会对河道水文情势带来一定的影响。
以汉十高铁浪河特大桥工程为例,分析计算在桥梁工程建成后遭遇百年一遇暴雨洪水情况下,在测验河段一定范围内引起水沙运动规律、冲淤态势、水力因素、水位流量关系等发生变化。
为此还需要在工程建设期及工程运行初期的几年内继续开展对比观测,掌握工程建设期及建成运行后各水文要素的变化规律,重新分析拟定各项目测验方案。
关键词:桥梁工程;水文测验;测验方案中图分类号:TV218.6文献标志码:A 文章编号:1671-3354(2023)03-0058-06On the Influences of Bridge Project on Rivea Senment fw Hydralogicai TestingHUANG Pan,PENG Guanghul(HuUel SuizOon HyProloap and Water Resovues Investiyation Burear,SuizOon44200,China)Abstrach:The constuctiov of budye wilt impose coUain impact on the hypuloaicot situation of a uvee sefme4Taping the Tielanghe Budye in WuUan-CSiyan high-speed railway as an examptv,the4014X1of the budye during and dee its constuctiov on the uvee sevmext foe hyPuloaicat testing in case of a uinstou loop with20year retuu peuoV are analyzed,incluUing the water and sedimext movemext.scovung and silting situation,-『10x14factors and water W o W discharpe uWtmnship.Thus,comparative oVseuatiov shonld be covtinned duung the constuctiov peuoV and several years afee the completion,to understand the vauatiovs of vauons hypuloaicot factors and revise the scheme of each tests-Key wordt:budyv project;hypuloaicot testing;testing schema1概述1.1分析背景及方法近年来,随着经济社会的发展,涉水工程频繁建设。
涉河桥梁水利影响问题研究
近年来由于社会经济的不断发展, 城市化建设进程 加快,特别是长江中下游地区,河流众多,河网密布,交通 道路快速发展,使得涉河桥梁建设项目大幅度增加,导致 河道行洪不畅的现象日益增多。 目前,除浙江省对涉河桥 梁制定了水利方面的技术规定以外, 国家和其他省份均 尚未出台涉河桥梁水利方面的技术审批规程、规范,水行 政管理部门在审批时, 由于缺乏可供参考的水利参数和 标准,存在经验性、地方性、随意性问题,导致审批效率低 下、意见分歧、过程混乱等情况,无法实现对河道的科学 化、规范化的管理。 为了最大程度地减少后续桥梁建设对 河道尤其是防汛安全管理的不利影响, 十分必要系统研 究涉河桥梁水利技术问题, 提出建桥应符合水利管理的 技术、参数和要求,供水行政许可决定乃至今后制订行业 规定作参考。
一般公路的各类建筑物、构造物,根据其重要性和交 通量划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 三个等级,各等级的防洪标准按照 表 2 的规定确定。
表 1 汽车专用公路各类建筑物、构造物的等级及防洪标准
等级 高速
重要性
政治、 经济意义特别重要 的,专供汽车分道高速行驶,并 全部控制出入的公路
防 洪 标 准 [ 重 现 期 (年 )] 特大桥 大、中桥 小桥
300
100 100
连接重要的政治、 经济中 心,通往重点工矿区、港口、码 Ⅰ 头、机场等地,专供汽车 分 道 行 300 驶,并部分控制出入的公路
100 100
连接重要的政治、 经济中 Ⅱ 心,或大工矿区、港口、码 头 、机 100
场等地,专供汽车行驶的公路
50
50
表 2 一般公路各类建筑物、构造物的等级及防洪标准
价, 桥位以上集雨面积大于 10 km2 的应编制防洪评价报 告,小于 10 km2 的编制防洪评价说明。 洪泛区与蓄滞洪区 应同时进行洪水影响评价。 1.3 涉河桥梁布置要求
跨河桥梁对河道行洪的影响分析
跨河桥梁对河道行洪的影响分析摘要:我国地理环境复杂,对于交通基础设施的建设难度较大,其中,跨河桥梁建设是一项重要的基建工程,在建设此项基建设施的过程中,需要保障河道的行洪对于桥梁的影响。
近年来,经济不断发展,跨河道桥梁建设日益满足人们的需求,但在河道上新建桥梁,势必占用一定的河道过流面积,使原河道面积减少,导致整个河流的水位上升,并改变水的流速和流体状态。
当洪水来临时,由于河道断面收缩,产生的冲刷力将影响桥梁自身的安全,并对区域防洪也产生一定的影响。
因此,对于跨河道桥梁的防洪研究是一项重要的研究内容。
基于此,本文从实际角度出发,针对实践要求,提出针对性的防洪措施,促进跨河道的桥梁安全性能开展全面论述。
关键词:跨河桥梁;河道;行洪;影响前言:跨河桥梁建设对河道的影响,主要体现在河道管理范围内设置的桥墩束窄了河道过水断面,水流过桥墩时需克服桥墩阻力,造成局部能量的损失,从而在桥墩前形成一定水位壅高和水头损失,增加了防洪压力。
1桥梁布置过程中应注意的几个问题在桥梁工程的布置过程中,必须符合公路和铁路行业的有关技术标准。
此外,必须从区域防洪和安全的角度考虑这一问题。
它旨在满足以下要求。
中国水利工程的设计,建设和管理从理论上提出了明确的防洪要求。
必须确保山洪畅通,并确保路堤两侧的堤防安全。
因此,中国在跨河桥梁设计过程中必须达到国家防洪标准。
另外,要注意洪水引起的不利条件,产生影响并提前做好准备,以确保道路和桥梁项目的顺利进行。
此外,在开发过程中,结合当地地质条件和其他因素,并在适当的地方采取正确的措施,加强对桥梁和路堤的特性进行分析,结合分析结果对桥梁进行合理布置。
应特别注意保护该地区的水文监测设施,通常不允许在该区域进行桥梁建设工作。
如果必须建设,则需有关部门进行论证,并且在获得同意的情况下进行。
2桥梁布置的具体要求对于跨河道桥梁的设计而言,其布局显得尤为重要,需要结合河道的具体特点,结合相关的洪水法则,采用具体的防洪措施,满足桥梁的建设需要。
浅谈道路桥梁与渡河工程结构设计问题及要点
浅谈道路桥梁与渡河工程结构设计问题及要点摘要在设计道路桥梁与渡河工程结构时,应综合分析影响因素,避免负面影响,确保公路桥梁施工设计方案符合工程规划标准,建筑质量不断提高。
但道路桥梁与渡河工程结构在设计过程中,很容易受到多种因素的影响,出现相应的问题。
基于此,本文详细的分析了道路桥梁与渡河工程结构设计问题及要点。
关键词道路桥梁;渡河工程;结构设计;问题及要点引言随着社会经济的不断发展和人们需求的不断增加,桥梁跨越工程的发展空间逐渐增大。
随着人们对住房需求的不断增加,道路桥梁与渡河工程的质量已成为社会迫切关注的问题。
最重要的原因是,建设工程的质量与生命财产安全密不可分,因此现场工作人员必须严格控制工程结构设计的质量。
一、在道路桥梁与渡河工程结构设计中存在的问题1、设计要求低公路桥与城市紧密相连,如果桥梁建设继续进行,建设必然会阻碍交通的发展,安全问题,容易破坏建筑审美情操。
因此,在设计道路和桥梁时,应避免这些问题。
同时要考虑施工的相关因素,注意主梁或横梁的侧边,确保有足够的空间,避免今后桥梁施工中出现误解和条件。
2、管道预留空间不足每座桥的设计都必须是专门建造的,但在进行实践的过程中,存在重视程度不足的情况。
主要的原因是在城市现代化的发展中,城市实施重建工作。
如果城市在进行管道施工的过程中,存在空间不足,只能进行一定的扩容处理,桥梁线路在桥外,造成影响美学的隐患。
此外,当架桥管道的空间储备不足出现问题时,可以重新挖掘,但这必然会导致严重的建筑和施工费用,以及运输成本。
3、设计中忽略了耐久性在设计道路桥梁与渡河工程时,设计人员对结构强度的极限状态给予了足够的重视,但忽略了极限状态的使用。
在设计道路桥梁与渡河工程时,相关人员没有注意耐久性设计,没有规定使用寿命要求,没有充分考虑结构的耐久性设计。
总的来说,这些问题在修建道路桥梁与渡河工程的过程中引发了一些问题,导致使用时间缩短、结构性能降低、事故频发等问题。
跨河桥梁防洪影响浅析
跨河桥梁防洪影响浅析桥梁工程是我们重要的交通线之一,也是我们进行河道管理的重要工具,能够在一定程度上对当地水域环境以及生态现状造成影响。
因此,桥梁工程修建工作应该考虑全面性因素,以免对于正常的河道运动产生不利影响。
本文主要针对于桥梁防洪影响,简要的对跨河桥梁防洪影响建设要点进行了计算和分析,尽可能的减少洪水对桥梁的影响作用。
标签:跨河桥梁;防洪影响;计算评价方法引言:近几年,为了加快我国落后地域的经济建设,加深与其他地域的联系交流,也为了能够在复杂的地域环境下将公路、铁路等交通线连接起来,完善我国的交通网络,国家进行了大量的建设工作。
而其中,河水的不正常的流动会对河道以及桥梁产生不利的影响,对桥梁的稳定性、安全性造成损害,我们在建设的过程中需要考虑到这些问题。
1、防洪影响的几个因素从目前河道以及桥梁工程的发展情况来看,影响跨河桥梁对防洪作用的主要因素集中在两个方面,这也是跨河桥梁在进行防洪影响分析工作时的主要内容。
首先,是桥梁工程在建设的过程中,于河道中放置桥墩,导致河水在运动的过程中产生不自然的隆起,造成水流经过时,其高度高于河道正常的水面高度,形成壅水[1]。
这种情况下,在防洪工作会造成不利影响,一方面桥墩的设计会使洪水发生时,进一步的降低了河流上的流速,增加了河水对于河岸的影响,长此以往,会使河道走势发生变化,不利于桥梁工程的长期使用[2]。
另一方面对于这种情况而言,在防洪计算的过程中,具有较大的变动性,需要采取多次计算确保桥梁设计准确性。
其次,壅水对其周围河道影响较大,主要是对于其河道具有较强的冲刷作用,具有可变性。
因此,在明确了壅水的相关数据后,需要进一步根据其数据判断其冲刷的范围、方向、程度,以便对于桥梁工程的提供建设性建议[3]。
2、桥梁工程的建设要点2.1洪水洪水位的计算对于洪水的计算主要包含两方面的内容,洪水发生的频率和洪水位。
其一,洪水頻率计算需要按照水利水电工程设计洪水规范进行,对于当地的水文环境、气候环境进行了解,对当前流域的暴雨量进行统计分析,运用矩阵形式,明确暴雨的频率、雨量、走向以及与洪峰之间的相互联系,作出具体参数。
温州七都大桥(北汊桥)对瓯江河口水动力的影响
温州七都大桥(北汊桥)对瓯江河口水动力的影响王俊;王顺中;徐群;高晨【摘要】通过定床模型试验,比较温州七都大桥建桥前后瓯江口水位、流速、流向、汊道分流比等水动力因素的变化,对大桥建成后附近水域流态的变化及防洪、通航条件等的影响进行分析和预测.试验结果表明,大桥建成后对瓯江口的防洪排涝不会产生明显影响,不会改变七都南北汊道的性质,对港区航道影响较小.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】7页(P116-122)【关键词】温州七都大桥;瓯江口;南北汊道;定床模型试验【作者】王俊;王顺中;徐群;高晨【作者单位】南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029;河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】U44;U61温州成为我国沿海对外开放城市之一,是浙江省三大中心城市之一,商品经济相当发达,而地处温州市区东北部的乐清,则是温州经济模式的发源地。
为了更好地加强温州和乐清之间的连接,正在建设中的七都大桥(南汊桥)连接七都岛和温州学院东路,将南汊桥从七都岛延伸到104国道形成跨越南北瓯江的过江通道(北汊桥)。
大桥的建成将能改善城市交通日趋拥堵状况、完善温州市交通布局;同时也将对瓯江口水环境产生影响,其中包括防洪、七都南北汊道潮量分流比、港口航道、通航条件等的影响。
为此通过河工模型试验,研究大桥建设与瓯江口水环境的相互影响,论证大桥工程的可行性,为桥梁提供设计参数和技术支持。
1 工程概况温州市七都大桥(北汊桥)工程位于瓯江七都涂北汊进口,其平面线位如图1所示,分为方案1(下游方案)和方案2(上游方案)2个桥线位图,方案2较方案1七都侧起点向上游移40 m,永嘉侧上移110 m左右。
桥型采用双塔斜拉桥形式,2个方案的桥型相同,但根据桥位线的不同,桥墩在平面布置上略有所不同。
桥涵水文复习题问题详解
桥涵水文复习题1.桥梁环境概念,P3人类活动对桥梁环境有哪些影响?P4-5桥梁环境分为自然环境和社会环境。
影响:1河床采砂导致桥梁破坏及河床的抗洪能力下降;2山岭隧道的弃渣和生活区改河对自然环境的影响;3山区的纵向桥或高架桥对山区急流河槽水流的影响2.河流、流域概念,及其相互关系P17河流:地面径流长期侵蚀地面,冲成沟壑,形成溪流,最后汇集而成河流;流域:降落到地面的水,被高地、山岭分隔而汇集到不同的河流中,这些汇集水流的区域,称为,某河流的流域。
相互关系:流域是河水补给的源地,流域的特征直接影响河床径流的形成和变化过程;3.河段如何划分?P16各有什么特点?P16一般的天然河流,从到河口可以按照河段的不同特性,划分为上游、中游和下游三个部分。
特点:上游是河流的最上段,紧接,多处于深山峡谷中,坡陡流急,河谷下切强烈,流量小而水位变化大,常有急滩和瀑布,河底纵断面多呈梯形。
中游是河流的中间段,两岸多为丘陵,河床比降较平缓,两岸常有滩地,冲淤变化不明显,河床较稳定。
下游是河流的最下段,一般多处于平原区,河槽宽阔,流量较大,;流速和底坡都较小,淤积作用明显,浅滩和河湾较多。
4.河流基本特征包括哪些,熟悉河流断面形状及组成部分。
P16基本特征:河流断面、河流长度及河流比降断面形状(横断面和纵断面)由于水流和河床的相互作用,断面形状将时刻不停的发展变化着。
组成部分:河滩、河槽(主槽和边滩)。
5.流域有哪些特征?各个特征对径流形成有什么影响?P17特征:几何特征,主要是流域面积和流域形状。
流域面积的大小,直接影响汇集的水量多少和径流的形成过程。
流域形状主要影响流域径流汇集的时间长短,也影响径流的形成过程。
自然特征,主要指流域的地理位置和地形。
一切水文特征都与地理位置有密切联系,流域的地形一般以流域平均高程和流域平均坡度来表示,流域平均高程对降雨和蒸发都有影响,流域平均坡度是确定径流汇流速度和汇流时间的重要因素,坡度陡则汇流快,土壤入渗减少,使径流量增大。
几种特殊情况的桥梁阻水比探讨
同一过水断面过流面积的比率,以百分数形式表示。在进行 桥梁工程阻水比计算时,首先,合理选择桥梁投影断面和计 算桥墩阻水宽度; 其次,根据桥梁投影断面和桥墩阻水宽度 分别计算不同频率洪水位下的河道过流面积和桥墩阻水面 积; 最后,根据阻水比的定义计算不同频率洪水位下的桥梁 工程阻水比。在计算桥梁工程阻水比时,合理的桥墩阻水宽 度和桥梁投影断面至关重要。根据桥梁工程阻水比的定义, 桥墩阻水宽度可 以 参 考 文 献[8]和[9]的 有 关 方 法 进 行 计 算,必要时可以通过文献[10]给出的公式进行修正。一般情 况下桥梁投影断面是指桥梁轴线所在的河道行洪断面,对于 桥轴线法线方向与水流方向夹角较小的桥梁工程,桥梁投影 断面较好选择。而对于大角度斜交桥,如果选择河道范围内 桥梁中心位置所在的河道行洪断面作为桥梁投影断面,计算 的阻水比往 往 偏河 流 的 阻 水 影 响,极端情 况 下 计 算 的 阻 水 比 会 是 100% ,显 然 这 是 不 合 理的。
《河道管理范围内建设项目技术规程》( 广东省地方标 准) [7]给出了阻水比定义: 指设计洪水位下,建设项目阻水结 构在工程断面垂直于洪水流向上的投影面积与工程建设前
收稿日期: 2016-07-18 作者简介: 李彬,男,黑龙江富锦人,主要从事涉河工程防洪影响评价工作。
描写河面和桥的句子唯美(精选100句)
描写河面和桥的句子唯美(精选100句)描写河面:1. 那条河宛如一面镜子,倒映着整个天空的浩渺。
2. 河面宁静如宇宙的黑暗深幽,看似空无一物,却蕴藏着无限的宁静与宽广。
3. 河水像丝绸般柔软,在微风的轻抚下波动着,如同一首恢弘的乐章。
4. 透明的河水倒映着彩色的云朵,仿佛置身于仙境般的美丽画卷。
5. 清澈见底的河水宛如明镜,将远处的江山山峦倒映得清晰可见。
6. 河面波光粼粼,朵朵水花在阳光的照耀下熠熠生辉,如同一颗颗微小的星辰。
7. 河面仿佛一面银镜,静静地映照着身影,让人陶醉其中。
8. 河水如碧玉般晶莹剔透,微风拂过时,泛起层层涟漪,犹如向心灵轻轻的拥抱。
9. 犹如河水在心灵中温暖流淌,将繁忙的思绪溶化成闲适与宁静。
10. 河面平静而广袤,延伸到天边,仿佛是与大地和天空的完美契合。
描写桥:1. 那座古老的石桥,用岁月痕迹勾勒出的纹理,仿佛讲述着千年的故事。
2. 桥身高高跨过河面,犹如连接着两个世界的通道,将人们带往另一个远方。
3. 桥的拱形造型,巍峨而庄重,仿佛是大地与天空的架起的圆弧。
4. 桥上的石砖略显磨损,却见证了无数历史瞬间,仿佛是时光的图章。
5. 桥桩浑圆,宛如岩石中峰巅挺拔而耸立,给人一种稳重坚固的感觉。
6. 木制的栏杆静静站立,仿佛守护着往来的人群,为他们提供安全与抚慰。
7. 桥身与河面相连,犹如一道无形的纽带,将天地之间的美景紧紧相连。
8. 行人经过桥上,脚步声回荡在桥面上,仿佛是低沉的鼓点,奏响着人生的旋律。
9. 桥下水声潺潺,仿佛来自远方的低吟,让人感受到一种无尽的宁静与治愈。
10. 桥头修竹婆娑摇曳,为过往的人们带来一抹清新和自然的气息。
这些句子带给人们远离尘嚣的感受,带来舒缓与心灵的宁静。
同时,它们也展现了河面和桥的唯美景观,让读者仿佛置身于其中,欣赏着大自然的美丽之处。
描写河面和桥的句子唯美(精选)1. 河面宛如一弯明镜,倒映着天穹的蔚蓝与白云的飘逸。
2. 安静的河面仿佛一面镜子,精致地映照着桥下的倒影。
桥梁施工对水环境的影响分析
5.4 水环境影响评价5.4.1 施工期水环境影响分析5.4.1.1 桥梁施工对水环境的影响分析拟建公路推荐方案左线共设置特大桥4 座,长度10089m;右线共设置特大桥3 座,长度3584;左线共设置大桥2 座,长度8635.4m,右线共设置大桥19 座,长度4203;中桥左线共设置8座,长度271m,右线共设置中桥15 座,长度817.2m;左线共设置小桥24 座,长度704m,右线共设置小桥36 座,长度1068m。
其中绝大对数桥梁为跨越冲沟、斜坡或公路桥梁,跨越水体桥梁仅10 座。
主要跨越的河流为嘉陵江、鱼洞河和潜溪河。
根据跨越河流水文计桥梁工艺布置情况,跨河桥梁多采用预应力砼T 形梁形式,桥墩大部分采用扩大基础、桩基础和钻孔灌注桩基础形式,在跨水体桥梁中仅嘉陵江特大桥存在水中墩基础施工,其它跨河桥梁水面较窄,均为一跨而过,桥墩基本为干处钻孔施工。
跨越水体桥墩下部结构施工主要采用扩大基础、桩基础或围堰施工工艺,桥墩桩基施工时将造成施工河段局部水域SS 增大,从而影响水质。
其中扩大基础一般采用明挖方式进行,施工中将产生废渣、基坑水等,若处置不当会造成局部水质污染。
而围堰施工工艺可以效地防止施工引起的水质污染。
据类比资料分析,采用围堰法施工,施工处下游100m 范围外SS 增量不超过50mg/l,对下游100m 范围外水域水质不产生污染影响。
随着施工期的结束,该类污染将不复存在。
另外,桩基础施工时若场地为浅水时,施工平台也多采用筑岛施工;场地为深水时,采用双壁钢围堰平台等固定式平台施工,无地下水或少量地下水的情况多采用挖孔灌注桩。
拟建公路跨越水体桥梁为嘉陵江特大桥,根据跨越嘉陵江桥梁中墩设置情况(水体中桥墩数量约32 个,水下部分深约12.5m,桥墩直径为1.5m,全部出浆量约706.5m3)。
桥梁施工一般在钻孔前预先挖好泥浆池,钻进过程中泥浆循环利用,并在循环过程中将土石带入泥浆池进行土石的沉淀,沉淀后的泥浆循环利用。
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桥梁与河流的相互影响
学号:2010301550078 姓名:张海洋学院:土木建筑工程学院专业:土木工程
关键词:桥梁、桥墩破坏、河道、泥沙、影响
随着经济的不断发展,在人类的社会生活中,交通运输愈发的显得重要,桥梁与河道作为交通运输必不可少的两大重要通道。
桥梁作为连接河流两岸陆域,占据着跨河流交通不可替代的地位,在对人员、车辆、物资流动方面起着积极的交通功能;河道则起着对大规模物流的水上运输,然而人为的在河道上建起桥梁建筑也对运输和防洪产生许多负面影响,另一方面河水及其所携带的泥沙又有反馈作用,对桥梁建筑产生了或多或少的不利影响。
1.洪水及其泥沙对桥梁建筑的影响
1.1洪水对桥墩的冲刷作用
由于桥梁及其附属建筑的改变原有河道的局部形态,使桥梁所在河道局部变窄,河床由于桥梁建筑的修建开挖有所扰动。
当遭遇洪水季节,大量的洪水携带相当量的泥沙以较快的速度自上而下,在桥梁所在处由于河道的突然变窄,过水断面的面积减小,一方面会在距桥址上游一定距离内发生整体横段面的壅水,桥前壅水随来流量的增大而增加,且流量越大,比降越陡,壅水的影响范围就越小;不同的桥型在相同流量下,桥墩阻水面积比越大,水位变化就越大;在壅水的始发部位即临界过渡区,由于水流速的减小一部分泥沙会在重力作用下沉降,而在桥墩部位水流速增大为对桥墩有很大的冲刷作用
,同时会在桥墩处形成漩涡对桥墩基础造成很大的冲刷,带走基石,久而久之会使桥墩基础不稳固,有可能使桥墩受力不均或者下沉从而使桥梁桥面板受拉,由于钢筋混凝土抗拉能力小,造成桥面有裂隙甚至开裂断开造成严重危害。
因此对于桥梁的维护就显得至关重要,如武汉长江大桥,建成至今有五十多年,每年都需对桥墩的加固,向桥墩周围抛填几百吨的岩石。
与此同时,冲刷所进一步带来的暗流与漩涡所造成会对来往船只造成很大影响,当两船在相距不太大的桥洞相向航行时,两船间的漩涡所产生真空水压小于船两侧的水压,在水压的作用下会使两船相撞,发生巨大灾难。
除此之外,洪水还会对钢筋混凝土的产生气蚀,其原因是当很大的水流流速通过桥墩时,在桥墩表面处会产生真空压使水体有一部分汽化产生气泡与桥墩粗糙面接触时破裂巨大瞬间气压使表面水泥剥落,减弱了桥墩的抗渗性与抗侵蚀性,还会有一部分水体中有害物质进入桥墩与其内部的钢筋反应,从而破坏桥墩。
1.2洪水对过水断面底部河床的冲刷所带来的桥梁整体下沉
由于过水断面处的水流速较大,会对河床进行冲刷,使各个桥墩间出现凹槽,桥墩处沙石向凹槽内下滑及桥墩基础下沙石向两边挤压使桥基整体下沉,一般情况下下沉量很小甚至不易测出,但也可能带来巨大的灾害。
对于天然沙,其能被冲刷的水流流速可由如下沙漠夫公式计算:
式中:d为泥沙粒径;h为水深;U为临界水流流速,单位为m、s、m/s。
当实际水流流速大于此临界水流流速时,就可判断,河床可能被冲刷,当小于此临界水流流速时,就可判断不可能被冲刷,河床在冲刷的过程中,水深随之增加,流速降低,当发展到水流条件不足以使床底泥沙继续起动时,冲刷便会自动停止。
2.桥梁对河道及泥沙的影响
2.1桥梁建筑降低了影响行洪能力
在河道上桥梁建筑处,过水断面面积减小,在洪水季节洪水不能很快的向下游排洪,造成壅水段水面上升,对两岸河滩的浸泡与冲刷,有可能对两岸生态及人们的生活带来不便和影响,尤其是类似于武汉这种在江岸边上的城市,在巨大洪水季节会进一步使水面抬高,洪水进入城市。
2.2桥梁对江河通航与排水排沙能力的影响
近年来,长江上的桥梁与日剧增,仅在湖北境内就有七座较大规模的桥梁,从长江上游到上海入海口的崇明岛有近百座桥梁。
每经过一座桥梁都有很大一部分的泥沙被淤积,同时由于桥墩的分隔,通航能力会大大降低。
如南京长江大桥由于早期考虑的不周详,桥墩个数太多,每个墩间距减小,因此一些大型百万吨级货轮就无法通上游过,对上游某些大型以轮船运输为主的企业造成严重的经济损失,如严重制约湖北的武钢及武船的发展。
因此将来桥梁建筑的发展方向应是两墩斜拉桥或是两墩悬索桥。
对壅水区及桥墩过水断面下游一段内水流流速有一个从小变大再到小的过程,有河水中悬移质泥沙的运动规律大概得出下图所示流态。
1 2 3
过水断面压强: P1 p2p3
桥墩处冲刷及流速分布形象图
由上图我们直接可知:○1在桥墩附近水域可分为三段,分别为:壅水区,桥墩断面流域,桥墩下段。
○2在这三段的流速分别为: v1、v2、v3;且v1< v3< v2;压强分别为:P1、P2、P3;且P1< P3< P2;水深分别为:Z1、Z2、Z3;有Z3< Z3 <Z1;在每段的沙波波长:λ1<λ3 <λ2;○3由这些关系我们可以分析得知在壅水区水速最小,沙波波长最短,压强最小,在桥墩过水断面处水速最大,沙波波长最长,压强最大;水速关系可根据伯努利流体连续性方程推出;
伯努利流体连续性方程:
Q为总流量,V1与V2为两个断面的水流流速,A1、A2为两个断面的过水面积,
○4沙波波长与流速有正相关关系,水深关系我们可以从伯努利能量守恒方程中推出;
伯努利能量守恒方程:=C
由于P1<P3<P2且V1<V3<V2;可得Z1>Z3>Z2;由于在桥墩过水断面的流速最大,其所携带泥沙惯性力也就越大,运动的越远即沙波波长也就越长。
其实我们也可以从我们看得见得沙漠中沙波类推。
○5对桥墩处形象图中,我们可以看出水流流速的分布情况:中心流速最大,到两边流速越来越小,到底部流速也呈减小流线,因此河床被冲刷而不再是平缓变动,而是一条条凹槽;
因此,由于桥梁建筑的影响在每一个桥梁过水断面处都有一部分水流能量损失和一部分的泥沙淤积导致泄洪排沙能力降低。
2.3 桥梁建筑对河流洲边滩的影响
在河流上兴建桥梁,会使桥址河段的水流泥沙运动发生变化,并引发洪水位抬高、河床冲刷以及阻碍航运等问题,一般情况下,桥墩减少过水面积,会壅高桥址附近的上游水位,减小桥址上游水流流速,引起泥沙淤积;桥墩处的绕流和束水作用又使桥墩周围的河床发生冲刷。
当桥址河段内有洲滩存在时,建桥还会使洲滩发生冲淤变化,改变桥址河段的水流泥沙运动,使河床的调整过程趋于复杂化。
近年来,在桥梁设计中多采用大跨桥
型,且桥墩在河床横向断面上呈不均匀分布,主跨跨度大,对水流影响较小;边跨墩多
且密时,阻流的作用较强。
因此,建桥后桥址河段的水流泥沙运动呈不均匀性。
3.结语
在河流上兴建桥梁,会破坏建桥河段原有的平衡状态,使桥址附近上、下游的水位、流速等发生变化,从而引起建桥河段的泥沙冲淤变化,并对河道中洲边滩产生明显影响。
河道桥梁壅水在流量小时并不明显,在洪水期较为显著,对沿河两岸堤防造成影响,使防洪安全受到相应的威胁。
如果流量过大,使洪水漫过桥梁,则有可能冲毁桥梁,造成更大的灾害。
我们首先作为一个有义务的公民的角度,我们要学会善待和保护我们的命脉河流,进而再加以可持续发展的利用;作为一个学生的角度,要从自身做起,不向河流中随意抛弃垃圾等有害河流的东西,再就是努力学好知识为将来改造及保护所用。