一種橋梁群的優(yōu)化布置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于設(shè)河工程技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及橋梁的布置方法，具體設(shè)及一種橋梁群的優(yōu) 化布置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然河道中橋梁的興建必然導(dǎo)致橋壞附近水沙狀況的變化。壞前向下水流、壞側(cè) 馬蹄禍及壞后尾禍等水流結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，使壞柱周?chē)裁娉霈F(xiàn)相應(yīng)調(diào)整從而形成沖刷坑，危 及建筑物自身的穩(wěn)定和安全，并影響橋位河段的河床演變，因此橋壞沖刷問(wèn)題在工程實(shí)踐 中受到普遍的重視。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，河流上的橋梁數(shù)量不斷增多，在城市河段更為密 集，使得在水沙特性變化的問(wèn)題上，橋梁之間的累積影響日益凸顯，對(duì)城市防洪安全、航運(yùn) 問(wèn)題、橋梁自身安全等都形成新的威脅。目前，對(duì)于橋壞沖刷問(wèn)題，工程技術(shù)實(shí)踐中往往僅 考慮單個(gè)橋壞或單座橋梁，而未對(duì)橋梁群（沿河流方向多座橋梁）的相互之間的累積效應(yīng) 進(jìn)行研究，從而無(wú)法合理地優(yōu)化布置上下游橋梁。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出的一種橋梁群的優(yōu)化布置方法，其技術(shù)目的在于確定上下游相鄰橋梁 之間在橋壞沖刷方面互不影響的臨界條件，合理規(guī)劃和優(yōu)化布置橋梁群，W減少或消除上 下游橋梁相互之間橋壞沖刷的累積效應(yīng)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0005] 一種橋梁群的優(yōu)化布置方法，其特征在于，通過(guò)水槽模型試驗(yàn)獲得所述優(yōu)化布置 方法所需臨界條件；所述水槽模型試驗(yàn)在一個(gè)變坡循環(huán)玻璃水槽中進(jìn)行；所述方法步驟 為：
[0006] 步驟一：進(jìn)行單壞柱試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性；
[0007] 步驟二：在雙壞柱情況下按照不同雙壞間距進(jìn)行試驗(yàn)；
[000引步驟在所述步驟一和二中分別觀測(cè)單壞柱和上下游壞柱的局部沖刷特性；
[0009] 步驟四：通過(guò)分析，得出所述優(yōu)化布置方法所需臨界條件即雙壞局部沖刷互不影 響的臨界條件；d > 27b。
[0010] 所述的水槽模型試驗(yàn)在W下條件下進(jìn)行：
[0011] 在長(zhǎng)24m、寬0. 5m、高0. 7m的變坡循環(huán)玻璃水槽內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)段設(shè)置在水槽中部長(zhǎng) 6m的范圍內(nèi)；
[0012] 采用光滑透明的圓柱形有機(jī)玻璃管柱模擬橋梁壞柱；所述的有機(jī)玻璃管柱高 70畑1，外徑b = 3畑1，外壁標(biāo)尺最小刻度為1mm ;
[0013] 試驗(yàn)床面采用粒徑為D = 0. 58cm、密度為P ,= 2. 65g/cm3的天然均勻沙平鋪10cm 而成，每次試驗(yàn)前床面均重新鋪平；
[0014] 試驗(yàn)時(shí)保持水深h = 20cm的恒定均勻流，流量Q用超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量 誤差小于5%，流速采用聲波多普勒流速儀（ADV)進(jìn)行測(cè)量，獲取垂線平均流速U;
[0015] 所述壞間距d選取0、1、2、3、4倍有機(jī)玻璃管柱外徑。
[0016] 所述步驟一中，進(jìn)行單壞柱試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)可靠性的具體過(guò)程是；通過(guò)試驗(yàn)結(jié) 果，將單一壞柱下的沖刷特性與Hanco公式相比較，確認(rèn)與其吻合良好：
[0017]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種橋梁群的優(yōu)化布置方法，其特征在于，通過(guò)水槽模型試驗(yàn)獲得所述優(yōu)化布置方 法所需臨界條件；所述水槽模型試驗(yàn)在一個(gè)變坡循環(huán)玻璃水槽（1)中進(jìn)行；所述方法步驟 為： 步驟一：進(jìn)行單壞柱試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性； 步驟二：在雙壞柱情況下按照不同壞間距進(jìn)行試驗(yàn)； 步驟在所述步驟一和二中分別觀測(cè)單壞柱和上下游壞柱的局部沖刷特性； 步驟四：通過(guò)分析，得出所述優(yōu)化布置方法所需臨界條件即雙壞局部沖刷互不影響的 臨界條件；d > 27b。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁群的優(yōu)化布置方法，其特征在于，所述的水槽模型 試驗(yàn)在W下條件下進(jìn)行： 在長(zhǎng)24m、寬0. 5m、高0. 7m的變坡循環(huán)玻璃水槽（1)內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)段設(shè)置在水槽（1)中 部長(zhǎng)6m的范圍內(nèi)； 采用光滑透明的圓柱形有機(jī)玻璃管柱（2)模擬橋梁壞柱；所述的有機(jī)玻璃管柱（2)高 70畑1，外徑b = 3畑1，外壁標(biāo)尺最小刻度為1mm ; 試驗(yàn)床面（3)采用粒徑為D = 0. 58cm、密度為P ,= 2. 65g/cm3的天然均勻沙平鋪10cm 而成，每次試驗(yàn)前床面（3)均重新鋪平； 試驗(yàn)時(shí)保持水深h = 20cm的恒定均勻流，流量Q用超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量誤差 小于5%，流速采用聲波多普勒流速儀（ADV)進(jìn)行測(cè)量，獲取垂線平均流速U; 所述壞間距d選取0、1、2、3、4倍有機(jī)玻璃管柱（2)外徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種橋梁群的優(yōu)化布置方法，其特征在于，所述步驟一 中，進(jìn)行單壞柱試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)可靠性的具體過(guò)程是；通過(guò)所述的單壞柱試驗(yàn)結(jié)果，將 單一壞柱的沖刷特性與Hanco公式相比較，確認(rèn)與其吻合良好：
(1) 其中，4為沖刷坑深度，d sm是U。條件下對(duì)應(yīng)的沖坑深度，d 過(guò)式似計(jì)算：
(2) U為來(lái)流垂線平均流速，U。為傳統(tǒng)定義的清水沖刷到動(dòng)床沖刷的臨界值，即泥沙起動(dòng)流 速，此處采用沙莫夫公式進(jìn)行計(jì)算，如式（3):
0) 其中，b為壞柱桿徑，h為水深，D為泥沙粒徑，丫為泥沙重度，丫為水的重度，g為重 力加速度；本發(fā)明對(duì)應(yīng)試驗(yàn)工況下的泥沙起動(dòng)流速&= 29. 25cm/s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種橋梁群的優(yōu)化布置方法，其特征在于，所述步驟二和 =中，在雙壞柱情況下按照不同壞間距進(jìn)行試驗(yàn)，每種雙壞間距條件下進(jìn)行試驗(yàn)組次至少 不少于8組；所述的每組試驗(yàn)持續(xù)沖刷至少不少于10個(gè)小時(shí)，認(rèn)為沖刷達(dá)到平衡；形成沖 刷坑后，通過(guò)有機(jī)玻璃管柱（2)上的標(biāo)尺對(duì)沖刷坑深度進(jìn)行測(cè)量。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種橋梁群的優(yōu)化布置方法，其特征在于，所述步驟四 中，通過(guò)W下分析，得出雙壞互不影響的臨界條件： 對(duì)于上游壞柱，在一定條件下，壞間距d越小上游壞柱周?chē)饺菀讻_刷，但其沖坑深度 與雙壞間距并非單一正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)d > 4b時(shí)，上游沖刷坑深度與單一壞柱沖刷坑深度規(guī) 律基本吻合，此時(shí)，下游壞柱對(duì)上游壞柱沖刷的影響可W忽略； 由于上游壞柱的存在，下游壞柱的局部沖刷特性與單一壞柱明顯不同；對(duì)于一定的雙 壞間距，當(dāng)流速增加到某一值Um時(shí)，雙壞沖刷規(guī)律開(kāi)始異化，U m稱(chēng)為異化流速，其與壞間距 呈線性關(guān)系，如式（4);當(dāng)流速小于Um時(shí)，上下游兩壞沖刷規(guī)律基本一致，此時(shí)可認(rèn)為上下 游橋壞沖刷不存在疊加效應(yīng)： Um/Uc= 0. 0187d/b+0. 5 (4) 令Um= U?？傻胐 > 27b，則在d > 2化的條件下，流速達(dá)到泥沙起動(dòng)流速前，兩個(gè)壞柱 的沖刷特性相同且都符合單一壞柱沖刷特性，而流速超過(guò)泥沙起動(dòng)流速后，整個(gè)床面即進(jìn) 入動(dòng)床沖刷階段，因此可將d > 2化作為上下游壞柱沖刷互不影響的臨界條件。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種橋梁群的優(yōu)化布置方法，其特征在于，通過(guò)水槽模型試驗(yàn)獲得所述優(yōu)化布置所需臨界條件；所述水槽模型試驗(yàn)在一個(gè)變坡循環(huán)玻璃水槽（1）中進(jìn)行；步驟一：進(jìn)行單墩柱試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性；步驟二：在雙墩柱情況下按照不同墩間距進(jìn)行試驗(yàn)；步驟三：在所述步驟一和二中分別觀測(cè)單墩柱和上下游墩柱的局部沖刷特性；步驟四：通過(guò)分析，得出所述優(yōu)化布置方法所需臨界條件即雙墩互不影響的臨界條件： 。本發(fā)明確定了上下游橋墩沖刷互不影響的臨界條件，對(duì)橋梁群的優(yōu)化布置具有普遍性的指導(dǎo)意義，方法簡(jiǎn)單易行，有助于降低工程成本和降低橋梁群的累積影響，從而減輕橋墩沖刷破壞及城市防洪等的壓力。
【IPC分類(lèi)】G01M10-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104596735
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410784023
【發(fā)明人】唐洪武, 王浩, 劉全帥, 王瑤, 肖建峰
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月17日