水文支座桥墩

第五章水文支座和桥墩计算5.1水文计算（1）桥梁地址剖面图（2）计算过水面积及水位宽度过水面积ω及水位宽度B计算表桩号（m）地面标高（m）水深（m）平均水深（m）水面宽度（m）过水面积(m2)累积面积(m2)合计K3+250.5032.5500河槽W=731.3B=1501.031010.3+260.5029.882.0510.32.831028.3+270.5028.323.6138.64.321043.2+280.5026.915.0281.85.471054.7+290.5026.015.92136.56.291062.9+300.5025.286.65199.46.871068.7+310.5024.847.09268.18.011080.1+320.5023.018.92348.28.921089.2+330.5023.018.92437.48.591085.9+340.5023.689.25523.37.841078.4+350.5024.507.43601.76.241062.4+360.5026.885.05664.13.991039.9+370.5029.012.92704.02.071020.7+380.5030.681.25724.70.64106.4+390.5031.900.03731.10.02100.2+400.5032.540731.3150731.3（3）水文料料此桥位于市郊，区域内无不良地质现象，属抗震有利地段。设计洪水频率为1:50，设计洪水位31.93米。河宽150米，（4）计算设计流量洪水比降I=1‰，设计洪水位31.93米。起止桩号K3+250.50—K3+400.50。（5）已知此河段顺直，断面宽阔、规则，水流通常。河床组成为卵石、块石，不平顺的砂砾河岸，风化剥蚀的河岸，所以取粗糙度为0.02857，所以m=35。桥位河段历年汛期平均含砂量ρ=3kg/m3。（6）平均水深H均=W/B=731.3/150=4.88m（7）确定过水断面流量由谢—满公式V=m×(H均)2/3×I1/2=35×(4.88)2/3×(0.001)1/2=3.18m/s设计水位时，过水断面流量QsQs=W×V=731.3×3.18=2325.53m3/s设计流量偏安全考虑，选定Qs=2400m3/sV=3.18m/sW=731.3m/sB=150m（8）确定桥孔长度1）河段类型选择依据桥位地质剖面图，假定该桥位河段为顺直型稳定性河段。2）桥孔布置原则桥孔不易过多的压缩河槽；墩台基础可以视冲刷程度，置于不同标高上。3）采用公式计算桥长Lj=QS(β×qc)式中：QS——设计流量；取值为QS=2400m3/s；β——压缩系数；取值为β=k1(Bc/Hc)0.06=(150/4088)0.06=1.20k1——稳定性河段取1.00；qc——河槽单宽流量，qc=QS/Bc=2400/150=6.67。Lj=QS/(β×qc)=2400/(1.20×6.67)=122.13m所以Lj取49.98m上部结构采用预应力混凝土空心板，考虑到暴雨、洪水等影响，跨径确定为150m，采用双排双柱式桥墩，桥墩直径d=1.0m，设计流速Vs=3.18m/s，Qs=2400m3/s。（9）确定桥面最低标高河槽弗汝德数Fr=Vc2/（gh）=3.182/（9.80×4.88）=0.2111.0，即设计流量通过时为缓流。桥面出现壅水，而不出现桥墩迎水面的急流冲击高度，当河槽水流Fr1.0时，桥前不出现壅水，而出现桥墩迎水面急流冲击高度（溅高）。1）计算壅水高度△Z冲刷前桥下流速Vm'=Qs/Aj=2400/（731.3-4×4.88×1）=3.73m/sAj为桥下净过水面积，应扣除桥墩的面积，桥墩直径1.0m，平均水高2.89m。冲刷后桥下平均流速smVVdVVcmmm/35.3118.337.315.05.0137.315.01其中d为粘性土换算粒径，当天然孔隙比e0.12时，d取0.15。根据土力学知粘性土和粉土的e为0.4到1.2。系数Km=2/1)/(VVm=2/118.3/35.3=8.65Ky=1.05.0gVm=0.52桥前最大壅水高度：mVVKKZmym50.218.335.3252.065.822222桥下壅水高度：△z'=0.5×2.5=1.25m2）计算浪高△H2=0.4520.720.7220.0018()0.13[0.7()][]0.13[0.7()]△H1=△H2×K式中：△H1—波浪高度（m），从波谷至波峰的高度；K—系数，当△H2／h﹤0.1时，取2.42，当△H2／h≥0.1时，取2.30；△H1—波浪平均高度（m）；th—双曲正切函数；h—平均水深D—风区长度或浪程g—重力加速度；Vw—风速考虑最不利影响，柳壕河浪程为D=10m，平均水深h2.89m，根据查资料，确定辽阳地区的风速接近7.15m／m。∴求得△H2=0.214m又∵△H2／h＜0.1，所以K=2.42△∴△H1=△H2×K=0.214×2.42=0.52m3）桥面最低高程的确定—按照设计洪水位计算桥面高程。（非通航河道）Hmin=Hs+∑△h+△hj+△hD本河道引起水位升高的其他因素忽略不计，按《公路桥涵设计通用规范》规定桥涵下净空高度：洪水期无大漂流物时，桥下净空安全值△hj取0.5m。Hs—设计水位，Hmin—桥面最低高程（m），∑△h—各种水面升高总值，△hD—桥梁上部构造建筑高度（m），包括桥面铺装高度；Hmin=31.93+（0.52+1.25）+0.5+（0.9+0.80+0.12）=36.02m故桥面标高采用47.30m（10）冲刷计算本河段以假定为平原顺直型河段，属稳定性河段，对河槽自然演变的影响不明显，对该桥位地质断面图分析，河床地质属中砂和细砂质土壤，应按砂质河槽计算。该桥上部结构采用5孔30m预应力混凝土空心板，下部结构采用钢筋混凝土双排双柱式桥墩，柱径D=1.0m，钻孔灌注桩桩径D=1.0m。1)沙性土河槽的一般冲刷dEhhBuQAhcmccp6135253桥下河槽通过的流量；Q2通过观察河槽断面，河槽能够扩宽至全桥孔，即没有河滩部分,是QQs2=400m3/s；u—因墩台侧面涡流阻水而引起的桥下过水面积折减系数，u=lvjs375.01;由于含沙量在1-10之间，所以E取0.66。砂的粒径d可以取2.00mmA—单宽流量集中系数A=8.115.0HBBc--一般为河槽宽度；96.03018.3375.01375.01lvjsu8.129.1408815015.015.0HBAmhp79.1300.266.088.492.815096.0240029.15361352)河槽中桥墩的局部冲刷当vv0时vvvvdhKBKhnb'00'0068.015.060.01hb--桥墩局部冲刷深度；K--墩形系数，对于不带连系梁查表得;1,11mdBKk—系数，取0.46；h一般冲刷后水深；d—冲刷层平均粒径，取2mm；v—行近流速，取冲刷后墩前流速，HdpEv3261=0.66×71.723261=3.18m/s;v0河床泥沙起动流速，46.07.0228.07.028.05.05.00dv;'0桥墩起冲流速vmvBdv213.046.01002.0645.0645.0053.00053.010n—指数，0027.026.4460.0001.0lg23.235.9lg23.235.90dvvn∴mhb05.1213.0460.0213.026.4002.079.1346.010027.0068.075.03)桥墩的最低冲刷线高程桥位河段属于稳定性河段，河槽中的桥墩可采用相同的最低冲刷线标高，并以河槽中的最大水深计算冲刷深度，未考虑其他因素应起的冲刷取ΔH=0。hhHHbpsmin=31.93-13.79-1.05=17.09m5.2支座计算钢筋混凝土12片式T形梁桥全长30.00m，计算跨径29.00m，主梁采用C40混凝土，支座处梁肋宽度为30cm。梁的两端采用等厚度的橡胶支座。已计算求得支座压力标准值Rck=755.72kN，其中结构自重引起的支座反力标准值为551.66kN，公路-Ⅱ级引起的支座反力标准值为183.95kN，人群荷载的标准值为7.47KN；公路-Ⅱ级和人群荷载pr=3.0kN/m2作用下产生的跨中挠度f=1.96cm，主梁的计算温差Δt=36℃。1)确定支座平面尺寸选定的支座平面尺寸为212004030cmba，采用中间层橡胶片厚度t=0.5cm。（1）计算支座的平面形状系数S814.1740305.0240302batabS（2）计算橡胶支座的弹性模量MPaSGEej41.158614.170.14.54.522（3）验算橡胶支座的承压强度合格MPaMPabaRjck1000067.62974.03.072.755j2）确定支座的厚度（1）主梁的计算温差为Δt=36℃，温度变形由两端的支座均摊，则每一支座承受的水平位移Δg为cml545.030300036105.05.05tg（2）为了计算汽车荷载制动力引起的水平位移Δp,首先要确定作用在每一支座上的制动力HT：对于30m桥垮，一个设计车道上公路-Ⅱ级车道荷载总重为：7.875×30+178.5=414.75kN，则其制动力标准值为414.75×10%=41.48kN；但按《桥规》，不得小于90kN。经比较，取总制动力为90kN参与计算，十二根梁共24个支座，每个支座承受水平力Fbk=90/24=3.75kN（3）确定需要的橡胶片总厚度te：不计汽车制动力cmte09.1545.022g计入汽车制动力cmabGFtebkge796.04030100.1275.37.0545.027.01《桥规》的其他规定cmate6302.02.0选用4层钢板和5层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚0.25cm，中间层厚0.5cm，薄钢板厚0.2cm，则：橡胶片总厚度合格，并cmcmte609.10.225.025.03（4）支座总厚：cmthe8.28.00.22.043）验算支座的偏转情况（1）计算支座的平均压缩变形为cmabEtRabEtRbeckbeckmc0506.020004.03.020.072.75535.4874.03.020.072.755,按《桥规》规定，尚应满足δ≤0.07te，即合格cmcm140.00.207.00506.0（2）计算梁端转角θ：由关系式EIglf38454和EIgl243可得lfLEIgll516516241653设结构自重作用下，主梁处于水平状态。已知公路-Ⅱ级荷载下的跨中挠度f=1.96cm，代入上式得rad00209.0300096.1516（3）验算偏转情况：2,amc即合格cm0188.0200209.0180506.04）验算支座的抗滑稳定性（1）计算温度变化引起的水平力：kNtabGHeget7.322545.0100.140.030.03（2）验算滑动稳定性kNR