一种桥梁群的优化布置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于设河工程技术领域，设及桥梁的布置方法，具体设及一种桥梁群的优 化布置方法。
【背景技术】
[0002] 天然河道中桥梁的兴建必然导致桥壞附近水沙状况的变化。壞前向下水流、壞侧 马蹄祸及壞后尾祸等水流结构的出现，使壞柱周围床面出现相应调整从而形成冲刷坑，危 及建筑物自身的稳定和安全，并影响桥位河段的河床演变，因此桥壞冲刷问题在工程实践 中受到普遍的重视。随着社会经济的发展，河流上的桥梁数量不断增多，在城市河段更为密 集，使得在水沙特性变化的问题上，桥梁之间的累积影响日益凸显，对城市防洪安全、航运 问题、桥梁自身安全等都形成新的威胁。目前，对于桥壞冲刷问题，工程技术实践中往往仅 考虑单个桥壞或单座桥梁，而未对桥梁群（沿河流方向多座桥梁）的相互之间的累积效应 进行研究，从而无法合理地优化布置上下游桥梁。
【发明内容】
[0003] 本发明提出的一种桥梁群的优化布置方法，其技术目的在于确定上下游相邻桥梁 之间在桥壞冲刷方面互不影响的临界条件，合理规划和优化布置桥梁群，W减少或消除上 下游桥梁相互之间桥壞冲刷的累积效应。
[0004] 为实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
[0005] 一种桥梁群的优化布置方法，其特征在于，通过水槽模型试验获得所述优化布置 方法所需临界条件；所述水槽模型试验在一个变坡循环玻璃水槽中进行；所述方法步骤 为：
[0006] 步骤一：进行单壞柱试验，验证试验系统的可靠性；
[0007] 步骤二：在双壞柱情况下按照不同双壞间距进行试验；
[000引步骤在所述步骤一和二中分别观测单壞柱和上下游壞柱的局部冲刷特性；
[0009] 步骤四：通过分析，得出所述优化布置方法所需临界条件即双壞局部冲刷互不影 响的临界条件；d > 27b。
[0010] 所述的水槽模型试验在W下条件下进行：
[0011] 在长24m、宽0. 5m、高0. 7m的变坡循环玻璃水槽内进行，试验段设置在水槽中部长 6m的范围内；
[0012] 采用光滑透明的圆柱形有机玻璃管柱模拟桥梁壞柱；所述的有机玻璃管柱高 70畑1，外径b = 3畑1，外壁标尺最小刻度为1mm ;
[0013] 试验床面采用粒径为D = 0. 58cm、密度为P ,= 2. 65g/cm3的天然均匀沙平铺10cm 而成，每次试验前床面均重新铺平；
[0014] 试验时保持水深h = 20cm的恒定均匀流，流量Q用超声波流量计进行测定，测量 误差小于5%，流速采用声波多普勒流速仪（ADV)进行测量，获取垂线平均流速U;
[0015] 所述壞间距d选取0、1、2、3、4倍有机玻璃管柱外径。
[0016] 所述步骤一中，进行单壞柱试验，验证试验系统可靠性的具体过程是；通过试验结 果，将单一壞柱下的冲刷特性与Hanco公式相比较，确认与其吻合良好：
[0017]
【主权项】
1. 一种桥梁群的优化布置方法，其特征在于，通过水槽模型试验获得所述优化布置方 法所需临界条件；所述水槽模型试验在一个变坡循环玻璃水槽（1)中进行；所述方法步骤 为： 步骤一：进行单壞柱试验，验证试验系统的可靠性； 步骤二：在双壞柱情况下按照不同壞间距进行试验； 步骤在所述步骤一和二中分别观测单壞柱和上下游壞柱的局部冲刷特性； 步骤四：通过分析，得出所述优化布置方法所需临界条件即双壞局部冲刷互不影响的 临界条件；d > 27b。
2. 根据权利要求1所述的一种桥梁群的优化布置方法，其特征在于，所述的水槽模型 试验在W下条件下进行： 在长24m、宽0. 5m、高0. 7m的变坡循环玻璃水槽（1)内进行，试验段设置在水槽（1)中 部长6m的范围内； 采用光滑透明的圆柱形有机玻璃管柱（2)模拟桥梁壞柱；所述的有机玻璃管柱（2)高 70畑1，外径b = 3畑1，外壁标尺最小刻度为1mm ; 试验床面（3)采用粒径为D = 0. 58cm、密度为P ,= 2. 65g/cm3的天然均匀沙平铺10cm 而成，每次试验前床面（3)均重新铺平； 试验时保持水深h = 20cm的恒定均匀流，流量Q用超声波流量计进行测定，测量误差 小于5%，流速采用声波多普勒流速仪（ADV)进行测量，获取垂线平均流速U; 所述壞间距d选取0、1、2、3、4倍有机玻璃管柱（2)外径。
3. 根据权利要求1或2所述的一种桥梁群的优化布置方法，其特征在于，所述步骤一 中，进行单壞柱试验，验证试验系统可靠性的具体过程是；通过所述的单壞柱试验结果，将 单一壞柱的冲刷特性与Hanco公式相比较，确认与其吻合良好：
(1) 其中，4为冲刷坑深度，d sm是U。条件下对应的冲坑深度，d 过式似计算：
(2) U为来流垂线平均流速，U。为传统定义的清水冲刷到动床冲刷的临界值，即泥沙起动流 速，此处采用沙莫夫公式进行计算，如式（3):
0) 其中，b为壞柱杆径，h为水深，D为泥沙粒径，丫为泥沙重度，丫为水的重度，g为重 力加速度；本发明对应试验工况下的泥沙起动流速&= 29. 25cm/s。
4. 根据权利要求1或2所述的一种桥梁群的优化布置方法，其特征在于，所述步骤二和 =中，在双壞柱情况下按照不同壞间距进行试验，每种双壞间距条件下进行试验组次至少 不少于8组；所述的每组试验持续冲刷至少不少于10个小时，认为冲刷达到平衡；形成冲 刷坑后，通过有机玻璃管柱（2)上的标尺对冲刷坑深度进行测量。
5.根据权利要求1或2所述的一种桥梁群的优化布置方法，其特征在于，所述步骤四 中，通过W下分析，得出双壞互不影响的临界条件： 对于上游壞柱，在一定条件下，壞间距d越小上游壞柱周围越容易冲刷，但其冲坑深度 与双壞间距并非单一正相关关系；当d > 4b时，上游冲刷坑深度与单一壞柱冲刷坑深度规 律基本吻合，此时，下游壞柱对上游壞柱冲刷的影响可W忽略； 由于上游壞柱的存在，下游壞柱的局部冲刷特性与单一壞柱明显不同；对于一定的双 壞间距，当流速增加到某一值Um时，双壞冲刷规律开始异化，U m称为异化流速，其与壞间距 呈线性关系，如式（4);当流速小于Um时，上下游两壞冲刷规律基本一致，此时可认为上下 游桥壞冲刷不存在叠加效应： Um/Uc= 0. 0187d/b+0. 5 (4) 令Um= U。可得d > 27b，则在d > 2化的条件下，流速达到泥沙起动流速前，两个壞柱 的冲刷特性相同且都符合单一壞柱冲刷特性，而流速超过泥沙起动流速后，整个床面即进 入动床冲刷阶段，因此可将d > 2化作为上下游壞柱冲刷互不影响的临界条件。
【专利摘要】本发明公开了一种桥梁群的优化布置方法，其特征在于，通过水槽模型试验获得所述优化布置所需临界条件；所述水槽模型试验在一个变坡循环玻璃水槽（1）中进行；步骤一：进行单墩柱试验，验证试验系统的可靠性；步骤二：在双墩柱情况下按照不同墩间距进行试验；步骤三：在所述步骤一和二中分别观测单墩柱和上下游墩柱的局部冲刷特性；步骤四：通过分析，得出所述优化布置方法所需临界条件即双墩互不影响的临界条件： 。本发明确定了上下游桥墩冲刷互不影响的临界条件，对桥梁群的优化布置具有普遍性的指导意义，方法简单易行，有助于降低工程成本和降低桥梁群的累积影响，从而减轻桥墩冲刷破坏及城市防洪等的压力。
【IPC分类】G01M10-00
【公开号】CN104596735
【申请号】CN201410784023
【发明人】唐洪武, 王浩, 刘全帅, 王瑶, 肖建峰
【申请人】河海大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月17日