桥梁设计计算.docx
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桥梁设计计算
II亚洲区
11欧洲区
北美区
桥涵水力水文
设计计算
一、设计基本资料
南方地区某二级公路上,拟修建一座跨越一条跨河流的钢筋混凝土简支梁中桥,梁高1.5m
(包括桥面铺装在内),下部为单排双柱式钻孔柱墩,墩径为1.2m;采用U型桥台,台长为6m,桥前浪程为1.2km,沿浪程平均水深为3.0m,无水拱和河床淤积影响,桥前最大壅高不超过0.6m。
桥位河段基本顺直,桥面纵坡为+2%,桥下为六级航道,汛期沿浪程向为七级风力,推算设计洪水位为64.00m,推算设计流量为3400m3/s,桥下设计流量为河床平坦,两岸较为整齐,无坍塌现象。
桥位处河流横断面桩号K0+622.60为河槽与河滩的分界桩。
经调
查,桥位河段历年汛期平均含沙量p约为3kg/m3,据分析桥下河槽能扩宽至全桥,但自然演变冲刷为0m粗糙系数为:
河槽m=44,河滩m=29;洪水比降为0.3%。
历史洪水位水痕标高为79.30m,河沟纵坡I与洪水比降基本相同。
另据钻探资料,河槽部分在河底以下8m内
均为砂砾层,平均粒径d=2mm,dc=2.5mm,nc=0.030;河滩部分在地面以下6m内为中砂,表层疏松为耕地,nt=0.025。
桥位断面以上集雨面积为566knl桥位上游附近有一个水文站
(乙站),集雨面积为537km,具有1955年至1982年期间24年断续的年最大流量资料;通过洪水调查和文献考证,该河历史上曾在1784年,1880年,1920年,1948年发生过几次较大洪水,其中1784年洪水量级大于1880年,特大洪水值认为是大于3500riVs。
在邻近流域的河流上,也有一个水文站(甲站),可搜集到1951年至1982年连续32年的年最大流量资料。
两流域的特征基本相似,气候和自然地理条件基本相同,且两河流上都没有水工建筑物。
二、用相关分析法插补延长乙站流量资料
1、比较甲、乙两站均有实测资料并分别求出平均流量。
(甲乙分别为Q、Qy计)
22
〔、列表计算kx,ky,kx,ky,kx*ky。
甲,乙站水文资料表表1
甲站流量
kx
2
kx
乙站流量
ky
2
ky
kx・ky
2643
1.258
1.582
2000
1.176
1.383
1.479
2757
1.312
1.721
2380
1.400
1.960
1.837
2549
1.163
1.353
2100
r1.235:
1.525
1.436d
3359
1.532
2.347
2600
1.529
2.338
2.342
3997
1.823
3.323
2950
1.735
3.010
3.163
2840
1.295
1.667
2500
1.470
2.161
1.904d
1160
0.529
0.280
1000
0.588
0.346
0.311
1560
0.712
0.507
1100
0.647
0.419
0.461
2470
1.175
1.381
1360
r0.800
0.640
0.9021
2150
0.981
0.962
1480
0.870
0.757
0.853
3025
1.380
1.904
2250
1.323
1.750
1.826
755
0.359
0.129
600
[0.353:
0.123
0.1261
2000
0.912
0.832
1530
0.900
0.810
0.821
2420
1.104
1.219
2170
1.276
1.628
1.409
1870
0.853
0.728
1650
[0.970
0.941
0.827
1900
0.867
0.752
1300
0.765
0.585
0.663
2180
0.994
0.988
1850
1.088
1.184
1.081
1350
0.616
0.379
900
r0.529
0.280
0.326
2385
1.088
1.184
1900
1.117
1.248
1.215
1200
0.571
0.326
1080
0.635
0.403
0.363
1300
0.619
0.382
1010
0.594
0.353
0.368
2360
1.123
1.261
1700
r1.000
1.000
1.123
Z
24.290
26.107
Z
24.000
27.014
27.226
2、计算相关系数r及机误4Er.
2
1-r
4Er:
_2.698一「=_0.171
Jn
「=0.965^4Er=0.171
则,甲、乙两站流量为直线相关。
5、列表回归方程
&禾I」用回归方程x-X=1.248(y-y)插补可得乙站流量
1951年
1952年
1953年
1954年
1960年
1967年
1974年
1978年
得,y=789m3/s
3
得,y=1859m/s
得,y=1335m3/s
得,y=1570m3/s
得,y=3296m3/s
得,y=3574m3/s
3
得,y=2989m/s得,y=3959m3/s
三、运用适线法求该桥的流量
1、计算经验频率
(1)按连续系列第一种方法(单独连续系列处理)首先依流量从大到小顺序排列如表2。
实测数n=22,计算的经验频率如表2。
实测期N=32(1951-1982)包括此范围内的实测和调查资料,计算频率如表2。
调查
103(1880-1982)考虑到本期后续调查流量的可能遗漏,频率计算排到1954年
为止。
考证期N=199(1784-1982考虑到本期后续调查流量的可能遗漏,频率计算排
到1880年为止。
经验频率的选用的方法是:
安资料期唱的向资料期短的,每一流量逐列选取频率值。
但若以实测期计算频率来控制整条经验频率曲线,可以在同一流量下,取实测期和实测数两系列中计算频率较大者作为选用值。
经验频率选用列于表2(14栏)。
(2)按不连续系列第二种方法计算,讲计算的计算频率值填入表2(16栏)。
取第一种方法和第二种方法计算的计算频率值的较大值为最终选用值,绘出一条经验频率曲线。
经验频率曲线图
ooOooOooO
543
ooO
oOoO
21
+系列1
IIIII1I1・IlIP(聲)
102030405060708090100
序
号
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
按时间顺序
按递减顺序
排列
排列
洪峰流量资料
实
第一
种方法
第二种
方法
最终值
年份
流量
年份
流量
序号
测
序号
实测
序号
调查
序号
考证
选用值
序号
选
数
期N
期N
期N
用
n=2
4
=32
=103
=199
值
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0
11
12
13
14
15
16
17
1784
4100
1784
4100
1
0.5
0.5
1
0.5
0.5
1880
3800
1978
3959
1
1
2
1
1
2
1
1
1920
3350
1880
3800
2
1.9
3
1.5
1.9
3
1.5
1.9
1948
3600
1948
3600
3
2.9
4
2
2.9
4
2.9
1951
789
1967
3574
1
3
4
3.8
3.8
5
3.8
1952
1859
1920
3350
2
6.1
5
4.8
6.1
6
6.1
1953
1335
1960
3296
3
9.1
6
5.8
9.1
7
9.1
1954
1570
1974
2989
4
12.1
7
6.7
12.1
8
12.1
1955
2000
1959
2950
1
4
5
15.2
8
7.7
15.2
9
15.2
1956
2380
1958
2600
2
8
6
18.2
18.2
10
18.2
1957
2100
1961
2500
3
12
7
21.2
21.2
11
21.2
1958
2600
1968
2450
4
16
8
24.2
24.2
12
24.2
1959
2950
1956
2380
5
20
9
27.3
27.3
13
27.3
1960
3296
1966
2250
6
24
10
30.3
30.3
14
30.3
1961
2500
1971
2170
7
28
11
33.3
33.3
15
33.3
1962
1000
1957
2100
8
32
12
36.4
36.4
16
36.4
1963
1100
1955
2000
9
36
13
39.4
39.4
17
39.4
1964
1360
1979
1900
10
40
14
42.4
42.4
18
42.4
经验频率
P(%)
19
1965
1480
1952
1859
15
45.5
45.5
19
45.5
20
1966
2250
1976
1850
11
44
16
48.5
48.5
20
48.5
21
1967
3574
1982
1700
12
48
17
51.5
51.5
21
51.5
22
1968
2450
1972
1650
13
52
18
54.5
54.5
22
54.5
23
1969
600
1954
1570
56
19
57.6
57.6
23
57.6
24
1970
1530
1970
1530
14
60
20
60.6
60.6
24
60.6
25
1971
2170
1965
1480
15
64
21
63.6
63.6
25
63.6
26
1972
1650
1964
1360
16
68
22
66.7
66.7
26
66.7
27
1973
950
1953
1335
23
69.7
69.7
27
69.7
28
1974
2984
1975
1300
17
72
24
72.7
72.7
28
72.7
29
1975
1300
1963
1100
18
76
25
75.8
75.8
29
75.8
30
1976
1850
1980
1080
19
80
26
78.8
78.8
30
78.8
31
1977
900
1981
1010
20
84
27
81.8
81.8
31
81.8
32
1978
3959
1962
1000
21
88
28
84.8
84.8
32
84.8
33
1979
1900
1973
950
22
92
29
87.9
87.9
33
87.9
34
1980
1080
1977
900
23
96
30
90.9
90.9
34
90.9
35
1981
1010
1951
789
31
93.9
93.9
35
93.9
36
1982
1700
1969
600
24
100
32
97
97
36
97
2、矩阵法确定统计参数
用桥涵水力水文p92页式(8-5)计算Q
199—5113
1903355998=1861m3/s
IL36-5199
用桥涵水力水文p92页式(8-6)计算Cv
[n2N-an2
N—£(KjT)十汁2(K厂1)」
.28+199-5乂506】
199-136-5
=0.62
3、适线并推算规定频率流量
以Q=1861m3/s,Cv=0.62,假如Qs=0.7作为理论频率曲线第一次假定的三参数。
为了便于适线过程中的对比,列下表2,表中G值查桥涵水文书p75页表7-4得
表3
P(%)
5
10
20
50
75
95
经验频率曲线
Q
3959
3600
3296
1900
1300
789
(一)
Q=1861
O
1.82
1.33
0.79
-0.12
-0.72
-1.42
Cv=0.62Cs=0.7
Q
3961
3396
2773
1723
1030
223
理
(二)
Q=1861
①
1.84
1.34
0.87
-0.13
-0.73
-1.38
论频
Cv=0・62Cs=0.8
Q
3984
3407
2864
1711
1019
268
率曲
(三)
Q=1861
O
1.86
1.34
0.77
-0.15
-0.73
-1.35
线
Cv=0.62Cs=0.9
Q
4007
34
LC2858
1688
1019
303
根据这三次假定的理论频率曲线中第一次与经验频率曲线符合较好,因此选定三参数为Q=1861,o=062Cs=°.7。
根据这三次参加,推算Q和Q的频率流量。
p=0.33%p=2%
Qp*%=(°623.45+1)1861二5842m3/s
3
Qm=(0.622.40+1)1861=4630m3/s
p£%
四、形态断面法推求桥位断面处的设计流量
天然河流的形状根本不规则,过水断面沿流程变化,实属非均匀流。
但是按水文断面要求而选着的断面,则近似均匀流,故可按曼宁公式计算。
1、点绘水文断面。
2、根据表3列表计算水力三要素表4。
桥位处河流单面实测记录表表4
桩号
河床标咼(m)
桩号
河床标高(m)
K0+500.00
64.80
K0+661.35
51.26
+509.60
60.70
+681.35
51.95
+546.50
60.42
+702.35
52.35
+575.40
60.61
+715.35
53.78
+582.20
61.74
+725.97
63.03
+622.60
61.42
+730.07
63.32
643.60
51.96
+734.27
64.83
计算水力三要素表5
历程桩号
河床标高(m)
水深
(m)
平均水深(m)
间距
(m)
湿周
过水
面积
累计面积
合计
K0+500
64.80
0.2
21.6
Atz=475.5
Xtz=122.6
2.25
9.6
10.4
21.6
+509.60
60.70
4.3
181.7
4.34
36.9
36.9
160.1
+546.50
60.42
4.38
311.3
4.29
28.9
28.9
129.6
+575.40
60.61
4.19
337.3
3.63
6.8
6.89
26.01
+582.20
61.74
3.06
475.5
A=11628
3.22
40.4
40.4
138.1
7
+622.60
61.42
3.38
650
8.11
21
23
174.5
1
+643.60
51.96
12.84
868.9
13.19
17.75
17.8
218.9
3
+661.35
51.26
13.54
1136.8
13.20
20
20
267.9
+681.35
51.95
12.86
1405.7
Xc=10337
12.66
21
21
269.8
5
+702.35
52.35
12.45
1560.8
11.74
13
13
155.1
6
+715.35
53.78
11.02
1630.8
6.40
10.62
14
70.03
8
+725.97
63.03
1.77
1638.3
Ay=7.8
Xt严8.3
1.68
4.1
4.1
7.48
+730.07
63.32
1.58
1642.2
0.92
4.2
4.2
3.89
+734.27
64.83
0.07
1646.1
3、流苏、流量的计算河槽部分:
1162.8
103.37
=11.25m
2121
V厂mcRc3i「4411.25"0.0003H296m/s
3
Qc=Vc*Ac=2.96汉116.2=333.33m/s
河滩部分:
2121
V广mtRt〒=293.69^0.0003M.72m/s
Qt=V「A=j72483.3=831.28m3/s
全断面设计流量:
3
QpQQt=3335.33+831.28=4166.61m/s
五、计算桥孔长度
本设计为钢筋混凝土简支梁中桥,则选用标准跨径为30m,因为墩径为1.2m,
则净跨径L。
=28.8m。
河段基本顺直,以桥涵水力文书p133计算最小桥孔净长,
已知设计流量Qp=4166.61m/s,天然河槽流量Qc=3335.33m'/s,河槽宽度
Bv=725-622=103m。
桥涵水文书表,可得k=0.84n=0.9
套用标准跨径,采用4孔方案,即两桥台前缘之间的距离
Ld=28.841.23=118.8m
桥梁两端桥台台尾间的距离(全桥长)
、二118.825=128.8mLd
六、确定桥面标高
1、列表5表示各桥台桩号和水深
表5
所处位置
左滩
「河槽
右滩
墩台
左台
1号
2号
3号
右台
桩号
K0+600.00
K0+640.00
K0+670.00
K0+700.00
K0+730.00
原地面标咼
61.55
[54.10
51.57
52.30
63.30
水深
3.45
10.9
13.43
12.70
1.70
2、壅水高度计算
结合表4课计算出河滩被阻挡的过水面积:
桥墩过水面积:
Am"646.1—403=12429m2
平均流速:
VOM
Qom
Aom
3770化3.03m/s
1242.9
桥下阻水面积:
2
Ad=(10.913.4312.70)1.2=44.44口桥下提供净过水面积:
2
Aj=Aom—Ad"242.9-44.44=1198.46m
Qp4166.61门“,\/、===3.48m/s
VMa1198.46
由桥涵水力书
p141式计算壅水高度:
Vm
3.48
-0.25
(W_1)
Vc
-0.25
1o.52.5
(3.48
(2.96
-1)
二4.12m/s
Ky
0.5
0.5
4.12-0.1
9.8
=0.45m/s
桥前最大壅水高度:
N丫3.330.4522
Z=K^2gK^(V2M-V2om^-^98-(4.12-3.03)“58m°.6m
桥下壅水高度取05之
lZ=0.50.58=0.29m
3、波浪高度计算
由桥涵水力书平页式计算波浪高度,差表10-10,当7级时风速Vw=1-.5m/s。
已
知浪程为1200m,h=3m,则波浪高为:
g/Vw
=0.23m
Kf=2・42hb=K「»".5饷
4、桥面最低高程计算
通航河流以桥涵水力书p136页式计算,查表10-2,取梁底净高厶h^0.50m;由设计资料知厶h°=j-m。
Z^h=AZ"+—+0.2Ihb+也hw=0.29+0.533><0.56+0=0.59m
<3y
Hmin二hp「芒h=hj=ho=640.590.51.5=66.59m
设计桥下为六级航道,查表得H*64m,H皿二4.5m
Hmin二HtnHMh。
=65+4.5+1.5=70m
所以Hmin=70m。
七、冲刷计算
(由设计资料可知本设计为非粘性土河床,则按非粘性土公式计算)
1、简化公式计算一般冲刷公式
(1):
0.66
此式中桥下河槽能扩宽至全桥Q=Qp=4166.61m3/s,
Bc=103m,Qc=3335.33m7s,L0=28.8m,Vp=Vc=2.96m/s,查表得
'-0.961
B^LT18.8m,hme"3.74m
平摊(造床)水位时,B=103m,面积为
1
A=22.49.4614.727.64+70.359.42=825
2
单宽流量集中系数
0.15
0.15
=1.52乞1.8
6.59
河槽一般冲刷
hp=13.32m
2、简化式计算河槽一般冲刷公式
⑵。
hp
-
q2
A-
1Bc
hmc
hp
hc丿
E