桥梁设计计算.docx

1、桥梁设计计算I I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

2、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

3、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）2 2、列表计算 kx，ky，kx，ky，kx * ky。甲，乙站水文资料表 表1甲站流量kx2kx乙站流量ky2kykx k

4、y26431.2581.58220001.1761.3831.47927571.3121.72123801.4001.9601.83725491.1631.3532100r 1.235 :1.5251.436 d33591.5322.34726001.5292.3382.34239971.8233.32329501.7353.0103.16328401.2951.66725001.4702.1611.904 d11600.5290.28010000.5880.3460.31115600.7120.50711000.6470.4190.46124701.1751.3811360r 0.8000.

5、6400.902 121500.9810.96214800.8700.7570.85330251.3801.90422501.3231.7501.8267550.3590.1296000.353 :0.1230.126 120000.9120.83215300.9000.8100.82124201.1041.21921701.2761.6281.40918700.8530.72816500.9700.9410.82719000.8670.75213000.7650.5850.66321800.9940.98818501.0881.1841.08113500.6160.379900r 0.529

6、0.2800.32623851.0881.18419001.1171.2481.21512000.5710.32610800.6350.4030.36313000.6190.38210100.5940.3530.36823601.1231.2611700r 1.0001.0001.123Z24.29026.107Z24.00027.01427.2262、计算相关系数r及机误4Er.21 -r4Er ： _ 2.698 一=_ 0.171Jn=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19

7、52年1953年1954年1960 年1967 年1974 年1978 年得，y=789 m3/s3得，y=1859m/s得，y=1335m3/s得，y=1570m3/s得，y=3296m3/s得，y=3574m3/s3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

8、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o o O o o O o o O5 4 3o o Oo O o O2 1+系列1I

9、 I II I 1 I 1 Il I P （聲）10 20 30 40 50 60 70 80 90 100序号1123456789101112131415161718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=24=32=103=199值234567891011121314151617178441001784410010.50.510.50.5188038001978395911211211192033501880380021.931.51.931.51.91948360019

10、48360032.9422.942.91951789196735741343.83.853.8195218591920335026.154.86.166.1195313351960329639.165.89.179.11954157019742989412.176.712.1812.1195520001959295014515.287.715.2915.2195623801958260028618.218.21018.21957210019612500312721.221.21121.21958260019682450416824.224.21224.219592950195623805209

11、27.327.31327.319603296196622506241030.330.31430.319612500197121707281133.333.31533.319621000195721008321236.436.41636.419631100195520009361339.439.41739.4196413601979190010401442.442.41842.4经验频率P（%）1919651480195218591545.545.51945.520196622501976185011441648.548.52048.521196735741982170012481751.551

12、.52151.522196824501972165013521854.554.52254.523196960019541570561957.657.62357.624197015301970153014602060.660.62460.625197121701965148015642163.663.62563.626197216501964136016682266.766.72666.7271973950195313352369.769.72769.728197429841975130017722472.772.72872.729197513001963110018762575.875.829

13、75.830197618501980108019802678.878.83078.83119779001981101020842781.881.83181.832197839591962100021882884.884.83284.83319791900197395022922987.987.93387.93419801080197790023963090.990.93490.9351981101019517893193.993.93593.9361982170019696002410032979736972、矩阵法确定统计参数用桥涵水力水文p92页式(8-5)计算Q199 5 1 1 319

14、033 55998 = 1861m3/sIL 36-5 199用桥涵水力水文p92页式(8-6)计算Cvn 2 N - a n 2N（KjT）十汁2（K厂 1）.28+ 199-5 乂506】199-1 36-5=0.623、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3P(%)51020507595经验频率曲线Q39593600329619001300789(一)Q=1861O1.821.330.79-0.12-0.72-1.42Cv =0.6

15、2Cs =0.7Q39613396277317231030223理(二)Q=18611.841.340.87-0.13-0.73-1.38论 频Cv=062Cs=0.8Q39843407286417111019268率 曲（三）Q=1861O1.861.340.77-0.15-0.73-1.35线Cv=0.62Cs=0.9Q400734LC285816881019303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 = 062 Cs = .7。根据这三次参加，推算Q 和Q 的频率流量。p =0.33% p =2%Qp*%=(62 3.45+1)

16、1861二5842m3/s3Q m = (0.62 2.40+1) 1861= 4630m3/sp %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+500.0064.80K0+661.3551.26+509.6060.70+681.3551.95+546.5060.42+702.3552.35+575.4060.61+715.3553.78+582

17、.2061.74+725.9763.03+622.6061.42+730.0763.32643.6051.96+734.2764.83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+50064.800.221.6Atz =475.5Xtz =122.62.259.610.421.6+509.6060.704.3181.74.3436.936.9160.1+546.5060.424.38311.34.2928.928.9129.6+575.4060.614.19337.33.636.86.8926.01+582.2061.743.

18、06475.5A=116283.2240.440.4138.17+622.6061.423.386508.112123174.51+643.6051.9612.84868.913.1917.7517.8218.93+661.3551.2613.541136.813.202020267.9+681.3551.9512.861405.7Xc = 103 3712.662121269.85+702.3552.3512.451560.811.741313155.16+715.3553.7811.021630.86.4010.621470.038+725.9763.031.771638.3Ay =7.8

19、Xt严 8.31.684.14.17.48+730.0763.321.581642.20.924.24.23.89+734.2764.830.071646.13、流苏、流量的计算 河槽部分：1162.8103.37= 11.25m2 1 2 1V厂 mcRc3i44 11.25 0.0003H 296m/s3Qc =Vc *Ac = 2.9 6汉 1 1 6.2 = 3 3 3.3 3m /s河滩部分：2 1 2 1V广mtRt=29 3.69 0.0003M.72m/sQt=VA=j72 483.3 =831.28 m3/s全断面设计流量：3QpQ Qt =3335.33+831.28=41

20、66.61m/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=0.84 n=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 =28.8 4 1.2 3 =118.8m桥梁两端桥台台尾间的距离（全桥长）、二 118.8 2 5 =128.8m L d六、确定桥面标高1、列表5表示各桥台桩号和水深表5所

21、处位置左滩河槽右滩墩台左台1号2号3号右台桩号K0+600.00K0+640.00K0+670.00K0+700.00K0+730.00原地面标咼61.5554.1051.5752.3063.30水深3.4510.913.4312.701.702、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:V OMQomAom3770化 3.03m/s1242.9桥下阻水面积:2Ad =(10.9 13.43 12.70) 1.2=44.44口 桥下提供净过水面积：2Aj =Aom Ad 242.9 -44.44 =1198.46mQp

22、4166.61 门“， /、 = = = 3.48m/ sV M a 1198.46由桥涵水力书p141式计算壅水高度：Vm3.48-0.25(W_1)Vc-0.251 o.5 2.5(3.48(2.96-1)二 4.12m/sKy0.50.54.12 -0.19.8=0.45m/s桥前最大壅水高度:N 丫 3.33 0.45 2 2Z =K2gK(V2M -V2om-98-(4.12 -3.03)“58m .6m桥下壅水高度取05之lZ = 0.5 0.58 = 0.29m3、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1200

23、m,h =3m ,则波浪高为：g/Vw=0.23mKf =242 hb = 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+ +0.2 Ihb+也 hw = 0.29+0.5330.56 + 0 = 0.59m3 yH min 二 hp 芒h = hj = ho = 64 0.59 0.5 1.5 = 66.59m设计桥下为六级航道，查表得H * 64m, H皿二4.5mH min 二 H tn H M h。= 65+4.5+1.5=70m所以 H min =70m。七、冲刷计算（由设计

24、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= 4166.61 m3/s ,Bc=103m,Qc=3335.33m7s,L0 =28.8m,V p=Vc = 2.96m/s，查表得-0.961BL T18.8m, hme 3.74m平摊（造床）水位时，B=103m,面积为1A= 22.4 9.46 14.72 7.64 +70.35 9.42=8252单宽流量集中系数0.150.15= 1.52 乞 1.86.59河槽一般冲刷hp =13.32m2、简化式计算河槽一般冲刷公式。hp-q2A -1 Bchmchphc丿E