(橋涵水文)橋渡課程設(shè)計(優(yōu)秀設(shè)計)

1、禁林林波設(shè)計及檢算設(shè)計題目: 姓 名: 學 號: 班 級: 指導老師:日期：2011年5月20日目錄一、形態(tài)斷面水位關(guān)系曲線計算31.1形態(tài)斷面形狀3二、設(shè)計流量計算52經(jīng)驗頻率估算： 52.2統(tǒng)計參數(shù)估算72.3設(shè)計流量7三、梁底水位標高檢算83確定設(shè)計流量通過時橋址斷面水位標高93.2計算橋下河床斷面（水位36.393m） 93.3計算橋前壅水高度103.4檢算標高10四、3號橋墩基礎(chǔ)埋置深度檢算114計算一般沖刷114.2、局部沖刷計算124.3、檢查基礎(chǔ)埋置深度13沖刷總深度= 18.2837 + 4.1322 = 22.4159加13五、按計算結(jié)構(gòu)修改設(shè)計13經(jīng)計算，水位和基礎(chǔ)都不滿

2、足要求，故需要加人梁下凈空和增人基礎(chǔ)埋置深度。135.1梁底標髙設(shè)計135.2基礎(chǔ)埋深設(shè)計135.3修改后的設(shè)計圖14附表一14一、形態(tài)斷面水位關(guān)系曲線計算1.1形態(tài)斷面形狀根據(jù)設(shè)計資料，畫出形態(tài)斷面形狀如下圖:計算說明：由于橋梁可認為位于穩(wěn)定均勻流河段上，利用謝才一滿寧公式計算各過水斷面對應(yīng)的的流1 2 1 速：v,.=-/?3/2 n由于斷面可能包括左灘，右灘、主槽，各部分的參數(shù)相差較大，故需要分別計算，即先計算各個部分面積的流量q，部分流量等于部分面積與部分平均流速片的乘積：q.=刑計算全斷面的流量0 ： q =qinq則全斷面的過水面積和斷血平均流速v應(yīng)為：e =亍jv =根據(jù)形態(tài)斷面

3、圖和以上計算公式可以計算得到水位關(guān)系屮的q、 3、 v與水位高度h的關(guān)系，具體計算數(shù)值見下表1。表1水位關(guān)系值水位高(m)濕周(m)過水面(m2)水力半(m)流速(m/s)流量(m3/s)左灘27.8700.0000.0000.0000.0000.00028.8700.0000.0000.0000.0000.00029.8700.0000.0000.0000.0000.00030.8700.0000.0000.0000.0000.00031.8700.0000.0000.0000.0000.00032.8700.9230.3190.3450.8700.27733.8702.8231.9110.

4、6771.3632.60534.8704.4934.8411.0771.8578.99235.87066391081.4782.29420.89136.8707.83414.7141.8782.69139.59337.8709.50421.6582.2793.06166.304水位髙(m)濕周(m)過水而(m2)水力半(m)流速(m/s)流量(m3/s)主槽27.8700.0000.0000.0000.0000.00028.870121.352117.5710.9693.462407.04129.870128.634242.1441.8825.3891304.99430.870135.9163

5、73.7182.7506.9402593.50731.870161.262516.3723.2027.6813966.11432.870175.972683.2773.883&7345968.01733.870175.972863.8204.90910.2128821.45634.870175.9721038.6805.90311.54811994.58735.870175.9721213.5406.89612.80915544.39936.870175.9721388.4007.89014.01219454.53937.870175.9721563.260&88415.166

6、23707.836水位高(m)濕周(m)過水面(m2)水力半(m)流速(m/s)流量(m3/s)右槽27.8700.0000.0000.0000.0000.00028.8700.0000.0000.0000.0000.00029.8700.0000.0000.0000.0000.00030.8700.0000.0000.0000.0000.00031.87()0.0000.0000.0000.0000.00032.87011.4933.9650.3450.8703.44833.87018.04320.3071.1251.91238.83034.87019.56838.6451.9752.783

7、107.53835.87021.09458.1352.7563.475202.01436.87022.62078.7773.4834.062319.98337.87024.145100.5714.1654.576460.229由上表得:形態(tài)斷面水位讓算總和表水位高度(m)流速(m/s)過水面積(m2)流量(m3/s)27.8700.0000.0000.00028.8703.462117.571407.04129.8705.389242.1441304.99430.8706.940373.7182593.50731.8707.681516.3723966.11432.8708.685687.56

8、15971.74233.87010.003886.0388862.89134.87011.1921082.16612111.11735.87012.3111280.78315767.30536.87013.3711481.89119814.11537.87014.3781685.48924234.370根據(jù)以上形態(tài)斷而水位計算總和表可以畫出形態(tài)斷而水位關(guān)系圖，如下圖所示:0560011200168002240028000°(加3.67.210.814.4v(m/s)18形態(tài)斷面水位關(guān)系曲線二、設(shè)計流量計算2.1經(jīng)驗頻率估算:根據(jù)給出的流量系列年份及流量，可知為含特大洪水系列的頻率分析

9、。其中特大洪水考證期n：7+1 = 48式中：考證或調(diào)查所及的最遠年代;t2連續(xù)系列中的最后年代經(jīng)驗頻率佔算為：對于a項特大洪水：幾=旦(m=l,2,a)n + 對丁其余(n-1)項觀測洪水為:a z1 a . m. -/% 7v + 1+ _7v + 1 h-/ + 1注：取 n二48、a=3> 1=1> n=18根據(jù)設(shè)計資料得含特大洪水的流量系列示意圖如下:含特大洪水的流量系列示意圖年份流量具體計算結(jié)果見下表:該橋的年最大洪峰流量順序號按年份順序排列按大小排 列經(jīng)驗頻冷 (%)年份流量(m3/s)流量 (m3/s)1193018000180002.041219311780017

10、8004. 0823196015000150006. 122419619081190011.338519629807980716. 553619632316869021. 769719646754675426. 984819653421675032. 200919665678570037.41510196711900567842.6301119685700564347. 8461219693216430053.0611419701811342163. 4921419716750342163. 4921519722231321668. 7071619735643231673. 923171974

11、4300231179. 1381819752311223184. 3541919763421181189. 569201977869090894. 7852.2統(tǒng)計參數(shù)估算nan _ a 葉計算系列q的總流量：幻 i=lj=l" i j=l k 1 x"'17 n cl yp計算系列的平均流量q： e=t；za=-工0+以nn 戶in-i 7=1 丿計算系列a的變杲系數(shù)c”： g，詰拈 t（e；-e）2+tfc-e）2 根據(jù)以上表達式，及取n二48、a二3、1二1、n二18計算可以得到： 平均流量為：0 = 5737.947"/s 變異系數(shù)：cv = 41

12、32035 = 0.720v 5737.9472.3設(shè)計流量通過適線法確定一條和經(jīng)驗點群吻合較好的理論曲線以求得設(shè)計流量值，根據(jù)經(jīng)驗點的計 算，分別選取c$=1.4、c>1.6、c5 =1.8jflj保持0、g，不變的這3條理論曲線進行比較，計 算結(jié)果見下表。3條理論曲線計算值p（%）12520509095曲 線 號q = 5783m3 / s03.2702.7101.9400.710 0.220-1.040-1.170cv = 0.723.3542.9512.3971.5110.8420.2510.1581c$=1.4qp19398.49517066.79013860.6948739.

13、2704866.9731452.690911.401q = 5783m3 / s03.3902.7801.9600.680 0.250-0.990l002cv = 0.72k»3.4413.0022.4111.4900.8200.2870.208c$=1.619898.14617358.25313943.9708614.3574742.0601660.8781202.864q = 5783m3 / s03.5002.8501.9800.640 0.280-0.940-1.020cv = 0.723.5203.0522.4261.4610.7980.3230.2663cs =1.8qp

14、20356.16017649.71614027.2458447.8064617.1471869.0661535.965將經(jīng)驗點群和理論曲線均描繪在海森兒率格紙上，如下圖所示:根據(jù)圖形可看出0 = 5783”/$、cv = 0.72 > c5=1.8的3曲線和經(jīng)驗點群吻合較好，故取為理論頻率曲線，根據(jù)曲線可以得該橋的設(shè)計流量為：220356.160/5 0三、梁底水位標高檢算左灘z水力半徑r=-=x1245.9514153.0415=& 1413m3.1確定設(shè)計流量通過時橋址斷面水位標高根據(jù)形態(tài)斷面的水位關(guān)系莒線可知當0產(chǎn)20356.160/$，形態(tài)斷面的設(shè)計水位為:h；= 36.

15、993m,河流接近明渠均勻流，故可得橋卜水位為：hp =-120x0.005 = 36.393m橋下過水斷面如下圖所示：36.393m2丄?丄流速卩=丄=40x8 1413 亍 x 0.00527,61右灘橋下河床斷面圖單位（門）3.2計算橋下河床斷面（水位36.393m）根據(jù)橋下過水斷而圖及設(shè)計流量通過時的橋下水位高可得: 橋下左灘：過水而積 = 125.47/7?2濕周 兀= 5.6901 + 31.7151 = 37.4052加水力半徑 r = -= 12547 = 3.3543mx 37.4052 2丄?丄流速 v = -r3i2 =25x3.35433 x0.0052 =3.9612

16、加/sn流量 q =妙=125.47 x 3.9612 = 497.0118/n3 / s橋下主槽:過水面積0=1245.9514血$濕周 x = 14.0046 +116.32 + 10.1987 + 12.5182 = 153.0415m = 11.4465m / sn流量 q = qu = 1245.9514 x11.4465 = 14261.7827m3 / s 橋下右槽：過水面積2 = 14.154/濕周 x = 7.6062/7?水力半徑 r = -= 14154 = 1.8609mx 7.60622丄2丄流速卩=丄=25x1.8608x0.0053 =2.6744加/sn流量 q

17、 = cov = 14.154x 2.6744 = 37.8535” / s3.3計算橋前壅水高度扌ii除墩臺阻水面積的橋下凈面積為® = 118.3825 +1244.6389 - 6.4494 - 20.5175 - 20.2722 - 20.49595 x2 = l 274.7904/7?2 橋下流速為qp 20356.160,= 15.9682/?! / sm coj 1274.7904 建橋前從橋孔部分通過的流量為q加=118.3825 x 3.9612 +1245.9514x 11.4465 = 14730.7195m3 / $% = 11&3825 + 1245

18、.9514 = 1364.3339m2莖=14730.7195 =0.7970必曲 ”1364.3339=15-9682 =1.4789%,10.79700.1x071.4789-1查圖6-2得k$=0.1,得橋前最人壅水高度(15.9682210.79702) = 2.0加取橋前壅水咼度為：az = 0.5a乙” =1.0加3.4檢算標高最高水位 w h + az + a, = 36.393 + 1.0 + 0.27 = 37.663/w5pi由于梁底標高為37. 31m,最高水位達到37. 663m入=37.663-37.31 = 0.353 < 0.5加不滿足水位凈高要求，11已高

19、出梁底，故梁底水位不滿足要求，檢算結(jié)果不合格四、3號橋墩基礎(chǔ)埋置深度檢算4.1計算一般沖刷(1) 計算橋下河槽部分通過的設(shè)計流量14261.7827°?二懸© s97.0h8+總;總7 + 37昴x20356如 19620.3309"/$(2) 計算單寬流量集中系數(shù)4/按平灘水位計算河寬bz =289.36-137.49 = 151.87m按平灘水位計算平均水深549.958151.87=3.621 lmh 二7151.87 0.15'3.6211 丿= 1.2017(3) 計算河槽橋孔部分的過水凈寬b(j =151.87-2.15x3-2.14 = 14

20、3.28 加(4) 橋下河槽斷面上的最大水深心” =36.393 27.61 = 8.783加(5) 橋下河槽斷面上的平均水深 1245.9514= 8.204 bn151.87(6) 與汛期含沙量有關(guān)的系數(shù)e = 0.66(7) 計算橋墩水流側(cè)向壓縮系數(shù)u河槽流速為設(shè)計速度= 11.4465/77/5 ,單孔跨徑lo = 32.75/h ,查表6-12, “ = 0.955。(8) 計算橋下一般沖刷后的最大水深心5/31/6 edhn1.2017x 196203309(8.783 y"0.955 x 143.28 (8.2041 丿0.66x50,/620.4069/n假設(shè)一般沖刷

21、深度為與22. 7m以上、25. 2m以下，即一般沖刷線位于中卵石，取取d = 50mm一般沖刷線標高二36. 393-20. 4069=15. 986k22. 7m,故假設(shè)不止確。假設(shè)-般沖刷深度為與22.7m以下、5m以上，即取d = 50mm1.2017x19620.33090.955x143.28'8.783、,8.2041,0.66x150必=18.2837m一般沖刷線標高二36. 393-18. 2837二i & 1093m>5m，假設(shè)正確。（9）計算橋卜河槽的一般沖刷發(fā)生后，墩前行近流速為v = ef打晉=0.66 xl 50,/6 x 1 &283

22、72/3 = 10.5585m / s4.2.局部沖刷計算（1）計算河床泥沙啟動流速片）假定最低沖刷線位于標高5加以上，取 =150mmvo=0.0246-10 +a332d+討d0.024618.2837150、04/”32x150 +10 + 18.2837150° "2=4.0887m/5(2) 墩型系數(shù)k匕=k“kf2 =1.15x0.99 = 1.1385(3) 橋墩計算寬度q門 ba+b.h. 2.15x9.473 + 4.15x8.8107h18.2837(4) 河床顆粒的影響系數(shù)丄 戸+(5)墩前泥沙起沖流速z 0.06v0 = 0.462 乜丿1 、+ 1

23、50015 >v0 = 0.462 xr 150,3.113870.06= 04612x 4.0887 = 23834m/5(6)指數(shù)®z、025嚴10< v )、0 25x150° 194.0887、10.5585 丿=0.5409(7)橋墩局部沖刷hb=k,kt6(vq-vq)/、勺v 7()出一卩。丿=1.1385x0.4612x3.113806x (4.0887-2.3834)r 10.5585-2.3834 v'5409< 4.0887-2.3834 >=4.1322m最低沖刷線標高=36.393-18.2837 -4.1322 =

24、 13.977lm > 5m，說明假設(shè)正確。4.3、檢查基礎(chǔ)埋置深度沖刷總深度=18.2837 + 4.1322 = 22.4159m最低沖刷線標高=36.393 - 22.4159 = 13.9771m對于一般鐵路大橋，當總沖刷深度超過20m時，基底埋置安全值為4m,即基底至少應(yīng)位于 總沖刷線以下4m處的地基下。故基礎(chǔ)底面必須埋置在標高= 13.9771-4 = 9.9771m以下，而基礎(chǔ) 底面實際埋置深度標高=19.92m,所以基礎(chǔ)埋置深度不滿足規(guī)范要求的。五、按計算結(jié)構(gòu)修改設(shè)計經(jīng)計算，水位和基礎(chǔ)都不滿足要求，故需要加大梁下凈空和增大基礎(chǔ)埋置深度。5.1梁底標高設(shè)計由于鐵路橋的橋下凈

25、空高出水位加后的最小高度為0.5m,即調(diào)整后的梁底標高為h=hs0.5 = 37.663 + 0.5 = 38.163m ,約取為38. 2m,所以可以通過換梁、抬道等方法調(diào)整梁 底標高，使其滿足規(guī)定要求。5.2基礎(chǔ)埋深設(shè)計對于總沖刷線超過20m的一般鐵路大橋，基底埋置安全值為4m,即基底至少應(yīng)位于總沖刷 線以下4m處的地基卜'，所以對3號橋墩有，墩臺基底設(shè)計標高應(yīng)為，13.9771-4 = 9.9771即取標高為lonio5.3修改后的設(shè)計圖附表一根據(jù)下圖所示形態(tài)斷面圖可以計算得到水位關(guān)系小的q、 3、 v與水位高度h的關(guān)系, 具體計算數(shù)值見下表1。水位高(m)濕周(m)過水面(m2

26、)水力半(m)流速(m/s)流量(m3/s)左灘27. 8700. 0000. 0000. 0000. 00028. 8700. 0000. 0000. 0000. 00029. 8700. 0000. 0000. 0000. 00030. 8700. 0000. 0000. 0000. 00031.8700. 0000. 0000. 0000. 00032. 870. 92310.3190. 3450. 8700. 27733. 872. 82281.9110. 6771.3632.60434. 874. 49314. 8411.0771.858& 99235. 876. 16349

27、. 1081.4782. 29420. 89036. 877. 833714.7141.8782. 69139. 59837. 879. 50421.6582.2793. 06166. 299水位高(m)濕周(m)過水面(m2)水力半(m)流速(m/s)流量(m3/s)主槽27. 8700. 0000. 0000. 0000. 0002& 87121.352117. 5710. 9693.462406. 99629. 87128. 634242. 1441.8825. 3901305. 18630. 87135.916373.7182. 7506. 9392593. 26931.87161.262516. 3723.2027. 6813966. 17232. 87175. 972683. 2773.8838. 7345967. 89233. 87175. 972863. 8204. 90910.2128821.28134. 87175. 9721038.6805. 90311.54711993. 95635. 87175.