CN106978789A - 一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法 - Google Patents

Abstract

一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法，包括：根据桥梁综合判别指标公式确定桥梁的综合判别指标的限定值；根据阻水比公式计算实际桥梁的阻水比；根据公式Fr＝Q/((g/B)^1/2A^3/2)计算实际河流的弗劳德数，其中，Q为河道流量，单位是m³/s；B为桥址处河道的过流宽度，单位是m；A为桥址处河道的过流面积，单位是m²；g为重力加速度，取9.81m²/s；将实际桥梁的阻水比和的实际河流的弗劳德数代入桥梁的综合判别指标公式η＝f_B*Fr²计算实际桥梁的综合判别指标；根据计算的综合判别指标η值，判断桥梁对河流的阻水影响。本发明综合考虑河流自身能量与桥梁阻水比双因素影响，可以有效区分相同桥墩布置形式桥梁对不同河流的阻水影响，指导桥墩在河流中的合理布置。

Description

一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁对河流阻水影响判别方法。特别是涉及一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法。

背景技术

阻水比是指设计洪水位下，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同一过水断面过流面积的比率，以百分数形式表示。对于桥梁工程，f_B＝a/A，其中f_B为桥梁的阻水比；a桥梁的阻水面积，单位是m²；A为桥址处河道的过流面积，单位是m²。在判别桥梁对河流阻水影响时，设计人员常把阻水比作为控制性参数来进行分析。桥梁的阻水比越大，表明桥梁对河流的阻水影响越大；桥梁的阻水比越小，表明桥梁对河流的阻水影响越小。《河道管理范围内建设项目技术规程》(DB44/T 1661-2015)中明确规定：“在最大壅水高度满足规定要求的前提下，跨越1、2级堤防桥梁的阻水比f_B不宜超过7％，跨越3级及以下堤防以及无堤防河道的桥梁的阻水比f_B不宜超过8％。”

基于阻水比来分析桥梁对河流的阻水影响，对河流自身因素欠考虑。对于既定河流，桥梁对河流的阻水影响与阻水比成正比。而对于不同河流，同样阻水比的桥梁对河流的阻水影响是不同的。例如，对于修建了3级堤防的山区河流和平原区河流，建设阻水比大于8％的桥梁对两类河流的阻水影响不同。因为《河道管理范围内建设项目技术规程》(DB44/T1661-2015)没有明确说明在什么情况下跨越3级堤防桥梁的阻水比f_B可以超过8％，所以桥梁建设的审批部门会严格按照“跨越3级堤防桥梁的阻水比f_B不超过8％”对桥梁的建设进行控制，导致不允许所有修建了3级堤防的河道建设阻水比f_B超过8％的桥梁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以有效区分相同桥墩布置形式桥梁对不同河流的阻水影响的基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法，包括如下步骤：

1)根据桥梁综合判别指标公式η＝f_B*Fr²确定桥梁的综合判别指标的限定值，其中η为桥梁的综合判别指标；f_B为桥梁的阻水比，Fr为河流的弗劳德数；

2)根据阻水比公式f_B＝a/A计算实际桥梁的阻水比，其中，a为桥梁的阻水面积，单位是m²；A为桥址处河道的过流面积，单位是m²；

3)根据公式Fr＝Q/((g/B)^1/2A^3/2)计算实际河流的弗劳德数，其中，Q为河道流量，单位是m³/s；B为桥址处河道的过流宽度，单位是m；A为桥址处河道的过流面积，单位是m²；g为重力加速度，取9.81m²/s；

4)将步骤2)得到的实际桥梁的阻水比和步骤3)得到的实际河流的弗劳德数代入桥梁的综合判别指标公式η＝f_B*Fr²计算实际桥梁的综合判别指标；

5)根据计算的综合判别指标η值，判断桥梁对河流的阻水影响。

步骤1)中所述桥梁的综合判别指标的限定值是设定弗劳德数Fr取0.5时：跨越1、2级堤防桥梁的阻水比f_B取7％，从而得到跨越1、2级堤防桥梁的综合判别指标η的限定值是1.75％；跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的阻水比f_B取8％，从而得到跨越3级及以下堤防以及无堤防河道桥梁的综合判别指标η的限定值是2％。

步骤5)中所述的判断桥梁对河流的阻水影响是：

跨越1、2级堤防桥梁的实际综合判别指标η值小于等于限定值1.75％；跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的实际综合判别指标η值小于等于限定值2％；

当跨越1、2级堤防桥梁的实际综合判别指标η值超过限定值1.75％，则不进行桥梁建设；当跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的实际综合判别指标η值超过限定值2％，则不进行桥梁建设。

本发明的一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法，综合考虑河流自身能量与桥梁阻水比双因素影响，可以有效区分相同桥墩布置形式桥梁对不同河流的阻水影响，指导桥墩在河流中的合理布置，减小桥梁对河流的阻水影响，解决了阻水比不能区分相同桥墩布置形式桥梁对不同河流阻水影响的问题。

附图说明

图1是本发明一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法，包括如下步骤：

1)根据桥梁综合判别指标公式η＝f_B*Fr²确定桥梁的综合判别指标的限定值，其中η为桥梁的综合判别指标；f_B为桥梁的阻水比，Fr为河流的弗劳德数；

所述桥梁的综合判别指标的限定值是设定弗劳德数Fr取0.5时：跨越1、2级堤防桥梁的阻水比f_B取7％，从而得到跨越1、2级堤防桥梁的综合判别指标η的限定值是1.75％；跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的阻水比f_B取8％，从而得到跨越3级及以下堤防以及无堤防河道桥梁的综合判别指标η的限定值是2％。

2)根据阻水比公式f_B＝a/A计算实际桥梁的阻水比，其中，a为桥梁的阻水面积，单位是m²；A为桥址处河道的过流面积，单位是m²；

3)根据公式Fr＝Q/((g/B)^1/2A^3/2)计算实际河流的弗劳德数，其中，Q为河道流量，单位是m³/s；B为桥址处河道的过流宽度，单位是m；A为桥址处河道的过流面积，单位是m²；g为重力加速度，取9.81m²/s；

4)将步骤2)得到的实际桥梁的阻水比和步骤3)得到的实际河流的弗劳德数代入桥梁的综合判别指标公式η＝f_B*Fr²计算实际桥梁的综合判别指标；

5)根据计算的综合判别指标η值，判断桥梁对河流的阻水影响。所述的判断桥梁对河流的阻水影响是：

跨越1、2级堤防桥梁的实际综合判别指标η值小于等于限定值1.75％；跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的实际综合判别指标η值小于等于限定值2％；

当跨越1、2级堤防桥梁的实际综合判别指标η值超过限定值1.75％，则不进行桥梁建设；当跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的实际综合判别指标η值超过限定值2％，则不进行桥梁建设。

下面给出具体实例：

工况1和工况2的河道横断面形式相同，均是有左、右滩地的复式断面河道，河道水深(水位)相同，主要区别是河床的比降和糙率不同。工况1和工况2的桥梁形式相同，桥梁轴线与水流方向垂直，桥梁跨度为25m，在河道中共有4个直径为1.50m的桥墩，其中主槽2个桥墩，左滩1个桥墩，右滩1个桥墩。根据工况1和工况2的数据，首先按照明渠均匀流计算方法计算得出水力要素，再按本发明的方法计算得出实际桥梁的综合判别指标η统计如下表1：

表1水力要素及综合判别指标η统计

分析工况1和工况2可知：相同桥墩布置形式的桥梁，两条河流实际桥梁的阻水比f_B相同(表1中(11)数据)，无法根据阻水比f_B单一指标判别桥梁对不同河流的阻水影响；但是两条河流实际桥梁的综合判别指标η不同(表1中(12)数据)，工况1河流的实际桥梁综合判别指标η明显大于工况2河流的实际桥梁综合判别指标η，且桥梁对河流的阻水影响越大相应的综合判别指标η值越大。表明可以根据综合判别指标η值区分相同桥墩布置形式的桥梁对不同河流的阻水影响。

Claims (3)

1.一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据桥梁综合判别指标公式η＝f_B*Fr²确定桥梁的综合判别指标的限定值，其中η为桥梁的综合判别指标；f_B为桥梁的阻水比，Fr为河流的弗劳德数；

2)根据阻水比公式f_B＝a/A计算实际桥梁的阻水比，其中，a为桥梁的阻水面积，单位是m²；A为桥址处河道的过流面积，单位是m²；

3)根据公式Fr＝Q/((g/B)^1/2A^3/2)计算实际河流的弗劳德数，其中，Q为河道流量，单位是m³/s；B为桥址处河道的过流宽度，单位是m；A为桥址处河道的过流面积，单位是m²；g为重力加速度，取9.81m²/s；

4)将步骤2)得到的实际桥梁的阻水比和步骤3)得到的实际河流的弗劳德数代入桥梁的综合判别指标公式η＝f_B*Fr²计算实际桥梁的综合判别指标；

5)根据计算的综合判别指标η值，判断桥梁对河流的阻水影响。

2.根据权利要求1所述的一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法，其特征在于，步骤1)中所述桥梁的综合判别指标的限定值是设定弗劳德数Fr取0.5时：跨越1、2级堤防桥梁的阻水比f_B取7％，从而得到跨越1、2级堤防桥梁的综合判别指标η的限定值是1.75％；跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的阻水比f_B取8％，从而得到跨越3级及以下堤防以及无堤防河道桥梁的综合判别指标η的限定值是2％。

3.根据权利要求1所述的一种基于河流能量的桥梁对河流阻水影响判别方法，其特征在于，步骤5)中所述的判断桥梁对河流的阻水影响是：

跨越1、2级堤防桥梁的实际综合判别指标η值小于等于限定值1.75％；跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的实际综合判别指标η值小于等于限定值2％；

当跨越1、2级堤防桥梁的实际综合判别指标η值超过限定值1.75％，则不进行桥梁建设；当跨越3级及3级以下堤防以及无堤防河道桥梁的实际综合判别指标η值超过限定值2％，则不进行桥梁建设。