桥涵水文课程设计(桥渡课程设计)-中南土木

中南大学桥渡课程设计设计题目：某桥桥渡设计及检算学生姓名：程剑煌学号：1201070122班级：土木工程0701班指导老师：文雨松日期：2011年1月3日桥渡课程设计指导书1.桥梁状况桥梁位于I级干线，桥址轴线及梁底标高见图1。桥下河床断面见图2，桥下河床的左滩主槽分界点为（137.49,31.81）；桥下河床的右滩主槽分界点为（289.36,31.60）；左滩、主槽、右滩的糙率系数分别为25、40、25。桥梁轴线与水流交角为90度。0号台的墩台线的X坐标为105.14米图1桥址轴线及梁底标高2.形态断面形态断面位于桥址上游120米处。形态断面处左滩、主槽、右滩的糙率系数分别为25、50、25。其左滩主槽分界点为（107.01,32.18）；右滩主槽分界点为（281.87,32.18）。桥址与形态断面间的水面坡度为0.005弧度。桥下河底线形态断面图2桥下河底线及形态断面坐标图3桥墩宽度图（墩底顺水流方向长度3.5米）图4基础（圆沉井）尺寸图3号墩地质线标高（米）流量系列年份及流量（立方米/秒）图53号墩地质及流量系列3.实测其他资料桥型为一般河流的一般大桥；洪水期没有漂浮物和泥石流；测得浪高为0.27米。含砂量特征为5公斤/立方米。桥下表层土为砂卵石。4.要求（1）计算形态断面水位关系曲线，并画图。（2）计算设计流量，画出流量统计（P-III曲线）图形。（3）检算梁底水位。（4）检算3号桥墩的基础埋置深度。（5）按水文计算要求修改设计（主槽内桥墩基础底标高都按3号墩处理），画出新的设计图。1、形态断面水位关系曲线计算1.1形态断面形状根据设计资料，画出形态断面形状如下图：38.7832.1831.4227.8727.8732.1833.2040.308.8333.3412.74114.0714.7116.998.18形态断面图（单位：m）左滩右滩由于桥梁可认为位于稳定均匀流河段上，可以利用水利学中的谢才—满宁公式计算各过水断面对应的的流速：21321ivRIn由于断面可能包括左滩，右滩、主槽，各部分的参数相差较大，故需要分别计算，即先计算各个部分面积的流量iQ，部分流量等于部分面积i与部分平均流速iv的乘积：iiiQv计算全断面的流量Q：1niiQQ则全断面的过水面积和断面平均流速v应为：1niiQv根据形态断面图可以计算得到水位关系中的Q、、v与水位高度H的关系（具体计算数值见附表一），根据形态断面水位计算总和表可以画出形态断面水位关系图，如下图所示：27.8728.8729.8730.8731.8732.8733.8734.8735.8736.8737.8738.870400120016002000056001120016800224002800003.67.210.814.418800w(m2)Q(m3/s)v(m/s)H(m)形态断面水位关系曲线2、设计流量计算2.1经验频率计算根据给出的流量系列年份及流量，可知为含特大洪水系列的频率分析，其中特大洪水考证期N：21148NTT经验频率估算为：对于a项特大洪水：)3,2,1(1MNMPM对于其余（n-l）项观测洪水为：1)11(11lnlmNaNaPim具体计算结果见下表：该桥的年最大洪峰流量顺序号按年份顺序排列按大小排列经验频率(%)年份流量(m3/s)流量(m3/s)1193018000180002.042193117800178004.083196015000150006.12419619081190011.34519629807980716.55619632316869021.77719646754675426.98819653421675032.2919665678570037.4110196711900567842.631119685700564347.851219693216430053.061419701811342163.491419716750342163.491519722231321668.71619735643231673.921719744300231179.141819752311223184.351919763421181189.57201977869090894.782.2统计参数估算计算系列Qi的总流量：111jNanlTijijjNaQQqnl计算系列的平均流量Q：1111janlTijjjNaQQQqNNnl计算系列Qi的变异系数vC：2211111janTvjjjlNaCQQqQQNnl根据以上表达式，及取N=48、a=3、l=1、n=18计算可以得到：平均流量为：35738/Qms变异系数：4132.0350.725738vC02.3设计流量通过适线法确定一条和经验点群吻合较好的理论曲线以求得设计流量值，根据经验点的计算，分别选取1.4sC、1.6sC、1.8sC而保持Q、vC不变的这3条理论曲线进行比较，计算结果见下表。3条理论曲线计算值(%)p12520509095曲线号35783/Qms3.52.851.980.64-0.28-0.94-1.0210.72vCpK3.523.0522.42561.46080.79840.32320.26251.8sCpQ20197.817512.413918.18382.14581.21854.5152435783/Qms3.272.711.940.71-0.22-1.04-1.1720.72vCpK3.35442.95122.39681.51120.84160.25120.15761.4sCpQ19247.61693413752.88671.34829.11441.4904.335783/Qms3.392.781.960.68-0.25-0.99-1.130.72vCpK3.44083.00162.41121.48960.820.28720.2081.6sCpQ19743.317223.213835.58547.34705.216481193.5将经验点群和理论曲线均描绘在海森几率格纸上，如下图所示：根据图形可看出35783/Qms、0.72vC、1.8sC这条曲线和经验点群吻合较好，故取为理论频率曲线，根据曲线可以得该桥的设计流量为：320197.8/Qms。3、梁底水位标高检算3.1确定设计流量通过时桥址断面水位标高根据形态断面的水位关系曲线可知当320197.8/Qms，形态断面的设计水位为：36.958xpHm，河流接近明渠均匀流，故可得桥下水位为：1200.00536.358xppHHm桥下过水断面如下图所示：左滩右滩桥下过水断面。3.2计算桥下河床断面（水位36.358m）根据桥下过水断面图及设计流量通过时的桥下水位高可得：桥下左滩：过水面积26.9171117.274124.1911m湿周5.621331.715137.3364xm水力半径124.19113.326337.3364Rmx流速221133221253.332630.0053.944/vRImsn流量3124.19113.944489.82/Qvms桥下主槽：过水面积21240.636m湿周14.0046116.3210.198712.5182153.0415xm水力半径1240.6368.1065153.0415Rmx流速221133221408.10650.00511.414/vRImsn流量31240.63611.41414160.6/Qvms桥下右槽：过水面积213.948m湿周7.5507xm水力半径13.9481.8477.5507Rmx流速221133221251.8470.0052.661/vRImsn流量313.9482.66137.1/Qvms3.3计算桥前壅水高度扣除墩台阻水面积的桥下净面积为2117.2741240.6366.38656.42518.7211276.38jm桥下流速为20197.815.824/1276.38pmjQvms建桥前从桥孔部分通过的流量为30117.2743.9441240.63611.41414623.2/mQms20117.2741240.6361357.91mm00014623.210.769/1357.91mmmQvms015.8241.469410.769mmvRv查表6-2得0.1sK，得桥前最大壅水高度220.1()1.9621smmomKZvvmR取桥前壅水高度为：0.50.981mZZm3.4检算标高最高水位36.3580.9810.2737.609splHHZm由于梁底标高为37.31m，最高水位达到37.609mmhj5.031.37609.37严重不满足水位净高要求，且已高出梁底，故梁底水位不满足要求，检算结果不合格4、基础埋置深度检算4.1计算一般冲刷（1）计算桥下河槽部分通过的设计流量2Q3214160.620197.819473.2/489.8214160.637.1cpctlQQQmsQQ（2）计算单宽流量集中系数dA按平滩水位计算河宽289.36137.49151.87zBm按平滩水位计算平均水深549.9583.6211151.87zHm0.150.15151.87()()1.20173.6211zdzBAH（3）计算河槽桥孔部分的过水净宽151.872.1532.14143.28cjBm（4）桥下河槽断面上的最大水深36.35827.618.748cmhm（5）桥下河槽断面上的平均水深1240.6368.169151.87cqhm（6）与汛期含沙量有关的系数0.66E（7）计算桥墩水流侧向压缩系数μ河槽流速为设计速度15.824/pvms，单孔跨径32.75olm，查表6-12，0.955。（8）计算桥下一般冲刷后的最大水深ph35/3521/6cmdcjcqphQABhhEd假设一般冲刷深度为与22.7m以上、25.2m以下，即一般冲刷线位于中卵石，取取mmd50135/351/619473.28.7481.20170.955143.288.16920.320.6650phm一般冲刷线标高=36.358-20.32=16.03822.7m,故假设不正确。假设一般冲刷深度为与22.7m以下、5m以上，即取mmd50135/351/619473.28.7481.20170.955143.288.16918.2040.66150phm一般冲刷线标高=36.358-18.204=18.154m5m，假设正确。（9）计算桥下河槽的一般冲刷发生后，墩前行近流速为1/62/3pvEdh1/62/30.6615018.20410.528/ms4.2、局部冲刷计算（1）计算河床泥沙启动流速0v假定最低冲刷线位于标高5m以上，取mmd1500.1400.72100.0246332pphhvddd0.140.7218.2041018.2040.02463321504.086/150150ms（2）墩型系数121.150.991.1385KKK（3）桥墩计算宽度1B112212.159.4984.158.7063.10618.204bhbhBmh（4）河床颗粒的影响系数15.045.01118