桥梁间距的合理性及选择方法研究

摘要

随着国家可持续发展战略的继续深入和国民经济的快速发展，内河航道上修建了大量的跨河桥梁。桥梁建设连接了陆上交通，加速了我国四通八达的路网建设，但同时也不同程度地对通航河流的航道条件产生不利影响。因为在航道中建设的桥梁，其跨度、高度以及桥墩位的布局，将分别影响到桥梁的通航净高尺度、航道宽度以及通航水流条件，给船舶航行带来困难。可以说，通航河流中发生的船撞桥事件中，多数原因是建桥自身引发的。因此，研究建桥技术，规范桥梁建设程序，可以从桥梁规划阶段着手，最大限度减小建桥对航道的影响，从而避免和降低因建桥导致的船撞桥事故非常重要。
　　翻阅国内外桥梁设计书籍和相关桥梁设计规范，对桥梁选址，桥跨选择以及高度和桥墩位设置方法等均有相关设计原则和规定，特别是我国《内河通航标准》中，对桥梁间距，通航净空尺度的拟定和计算方法都给予规定。但是，使用中发现，原有规范和标准中涵盖的参数还不够完整，对具体的设计工作还缺乏细化的指导作用。例如我国《内河通航标准》中关于桥梁间距“一个船队长+下水5分钟航程”的选择规定，仅包含了船舶长度和航速，没有对不同航道条件（顺直或弯道等）的选择进行区分。对于桥梁间距不满足要求时，桥梁跨度应该如何加大，也没有相关依据和规定。
　　因此，本文以长江重庆主城段为依托来开展影响桥梁间距判别标准的航道条件的相关研究。本研究采用桥群河段二维水流数学模型和船舶数学模型，进行了桥梁对船舶航行的影响和不同航道条件下桥梁合理间距的系列研究。详细研究了河段上航道条件的不同组合时分别对桥间距与桥跨以及船舶撞桥概率的影响。研究得出在航道条件不同的情况下桥梁间距该如何确定以及船舶撞桥概率的确定;以及桥梁间距与跨度的耦合关系表明，桥群河段上桥梁跨度与间距关系密切。当桥梁间距小于要求的最小间距值时，间距减小的同时应成倍增加桥梁跨度，对此也提出了相应的解决思路。研究得到不同河型桥梁间距的统一验算公式:D=ξ（nVa+△D），式中ξ为水流、船舶流量、船舶尺度、桥跨及风流等对桥梁间距综合影响系数，n一般取5 min，Va为下水船舶对岸航速，△D（Dr或Df）为弯曲河道或分汊河道对桥间距影响的增加值。该公式物理意义明确，参数表达完整，计算简便。
　　本文采用数学模型与船模试验方法，研究成果可为今后“桥群”的界定、桥梁选址、布跨以及桥区通航等相关课题的研究提供科学依据，也可供主管部门的科学决策提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究的方法及主要内容

第二章 桥群对通航条件影响的总体分析

2．1 桥群建设对通航水流条件的影响

2．2 桥群对河床演变的影响

2．3 桥群选址不当对通航条件的影响

2．4 桥跨布设方案及其大小对通航条件的影响

2．5 桥群河段上桥梁施工对通航条件的影响

第三章 数学模型建立及验证

3．1 研究方法

3．2 二维水流数学模型

3．2．1 贴体正交曲线坐标系二维水流数学模型

3．2．2 模型验证

3．2．3 计算糙率的选取

3．3 船舶操纵运动数学模型

3．3．1 船舶操纵运动数学模型的建立

3．3．2 船舶操纵运动数学模型的验证

3．4 主要研究内容

3．4．1 菜园坝桥群河段通航水流条件的变化研究

3．4．2 菜园坝桥群河段的船舶航行条件研究

3．5 通航水流条件数模成果分析

3．5．1 原天然河道(无桥情况)

3．5．2 石板坡大桥兴建对通航水流条件的影响

3．5．3 菜园坝大桥兴建对通航水流条件的影响

3．6 船舶操纵特性数模成果分析

3．6．1 天然河道情况

3．6．2 石板坡大桥兴建后的船舶操纵特性

3．6．3 菜园坝大桥兴建后的船舶操纵特性

3．7 数学模型试验研究小结

第四章 桥群合理间距研究

4．1 顺直河道桥群合理间距研究

4．1．1 模型的设置

4．1．2 顺直河段桥群布置及计算参数的选择

4．1．3 桥群合理间距的判别标准的选择

4．1．4 计算结果分析

4．2 弯曲河道桥群合理间距研究

4．2．1 弯曲河段桥群布置

4．2．2 弯曲半径R

4．2．3 水流流速

4．2．4 通航净宽

4．2．5 船舶静水航速

4．2．6 桥梁合理间距的判别标准的选择

4．2．7 计算结果分析

4．3 分汊河道桥群合理间距研究

4．3．1 概化分汊河道布置及计算参数

4．3．2 桥群合理间距的判别标准选择

4．3．3 计算结果分析

4．4 研究结论

第五章 主要结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献