橋梁設(shè)計計算

1、橋涵水力水文設(shè)計計算一、設(shè)計基本資料南方地區(qū)某二級公路上，擬修建一座跨越一條跨河流的鋼筋混凝土簡支梁中橋，梁高1.5m（包括橋面鋪裝在內(nèi)），下部為單排雙柱式鉆孔柱墩，墩徑為1.2m；采用U型橋臺，臺長為 6m,橋前浪程為1.2km，沿浪程平均水深為3.0m，無水拱和河床淤積影響，橋前最大壅高不超過 0.6m。橋位河段基本順直，橋面縱坡為+2%，橋下為六級航道，汛期沿浪程向為七級風(fēng)力，推算 設(shè)計洪水位為64.00m，推算設(shè)計流量為3400m3/s，橋下設(shè)計流量為河床平坦，兩岸較為整齊， 無坍塌現(xiàn)象。橋位處河流橫斷面樁號K0+622.60為河槽與河灘的分界樁。經(jīng)調(diào)查，橋位河段歷年汛期平均含沙量P約

2、為3kg/m3，據(jù)分析橋下河槽能擴寬至全橋，但自然演變沖 刷為0m粗糙系數(shù)為：河槽m二44，河灘m=29；洪水比降為0.3 %。，歷史洪水位水痕標 高為 79.30m,河溝縱坡I與洪水比降基本相同。另據(jù)鉆探資料，河槽部分在河底以下8m內(nèi)均為砂礫層，平均粒徑d=2mm,d= 2.5mm, nc=0.030 ;河灘部分在地面以下6m內(nèi)為中砂，表層疏松為耕地，4 = 0.025。橋位斷面以上集雨面積為566knl橋位上游附近有一個水文站（乙站），集雨面積為537km，具有1955年至1982年期間24年斷續(xù)的年最大流量資料；通 過 洪水調(diào)查和文獻考證，該河歷史上曾在1784年，1880年，1920年

3、，1948年發(fā)生過幾次較 大洪 水,其中1784年洪水量級大于1880年，特大洪水值認為是大于3500riVs。在鄰近流域的河流 上，也有一個水文站（甲站）,可搜集到1951年至1982年連續(xù)32年的年最大流量資料。兩流域 的特征基本相似，氣候和自然地理條件基本相同，且兩河流上都沒有水工建筑物。二、用相關(guān)分析法插補延長乙站流量資料1、比較甲、乙兩站均有實測資料并分別求出平均流量。（甲乙分別為Q、Qy計）Qx 二以鰥二 2101.36n?/s 24 nQy 八 Q/0iC40810242=1700.45m2/s22、列表計算 kx，ky，kx，ky，kx* ky甲，乙站水文資料表表1甲站流量kx

4、2 kx乙站流量ky2kykx- ky26431.2581.58220001.1761.3831.47927571.3121.72123801.4001.9601.83725491.1631.3532100r 1.2351.5251.436 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.

5、3811360r 0.8000.6400.902121500.9810.96214800.8700.7570.85330251.3801.90422501.3231.7501.8267550.3590.1296000.353:0.1230.126 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

6、.379900r 0.5290.2800.32623851.0881.18419001.1171.2481.21512000.5710.32610800.6350.4030.36313000.6190.38210100.5940.3530.36823601.1231.2611700r 1.0001.0001.123Z24.29026.107Z24.00027.01427.2262、計算相關(guān)系數(shù)r及機誤4Er.27.226-24=0.830；n 22 n.(26.107 -24)(27.014-24)d(送 kx)(送 kyi_21 -r4Er ： _ 2.698-=_ 0.171.Inr =0

7、.965A 4Er =0.171則，甲、乙兩站流量為直線相關(guān)。3、計算期望值c . “!乙 G -n26 107-24x =2101.36篇J" " =637.374I n-123y=5、列表回歸方程27 o14 24=1700.45一 =615.46023&禾lj用回歸方程*叭=1.248（什）插補可得乙站流量1951 年1952 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=298

8、9m /s 得 , y=3959m3/s三、運用適線法求該橋的流量1、計算經(jīng)驗頻率(1 )按連續(xù)系列第一種方法(單獨連續(xù)系列處理)首先依流量從大到小順序排列如表2。實測數(shù) n=22，計算的經(jīng)驗頻率如表2。實測期N=32 (1951-1982)包括此范圍內(nèi)的實測和調(diào)查資料，計算頻率如表2。調(diào)查103 (1880-1982)考慮到本期后續(xù)調(diào)查流量的可能遺漏，頻率計算排到1954年為止?？甲C期N= 199 (1784-1982考慮到本期后續(xù)調(diào)查流量的可能遺漏，頻率計算排 到1880年為止。經(jīng)驗頻率的選用的方法是：安資料期唱的向資料期短的，每一流量逐列選取頻率值。但若以 實測期計算頻率來控制整條經(jīng)驗頻

9、率曲線，可以在同一流量下，取實測期和實測數(shù)兩系列中計算 頻率較大者作為選用值。經(jīng)驗頻率選用列于表2 (14欄)。(2)按不連續(xù)系列第二種方法計算，講計算的計算頻率值填入表 2 (16欄)。取第一種方法和第二種方法計算的計算頻率值的較大值為最終選用值，繪出一條經(jīng)驗頻率曲 線。經(jīng)驗頻率曲線圖o o)00 0+系列10 00 0*0 011Hl1 I IH -(勘10 2030405060708090 100洪峰流量資料按時間順序排列按遞減順序排列經(jīng)驗頻率P(%年份流量年份流量實測數(shù)序n=2號d18231784 41001880 38001920 33501948 360019517891952 1

10、8591953 13351954 15701955 20001956 23801957 21001958 26001959 29501960 32961961 25001962 10001963 11004561784 41001978 39591880 38001948 36001967 35741920 33501960 32961974 29891959 2950 11958 2600 21961 2500 31968 2450 41956 2380 51966 2250 61971 2170 71957 2100 81955 2000 9123445861271682092410281

1119.112.115.218.221.224.227.330.333.336.439.4196413601979190010401442.4調(diào)查考證選序期N序期N選用序用號=103號=199值號值101112131415161710.50.510.50.51121121121.931.51.931.51.932.9422.942.9第一種方法9最終 值實測 期N=32)第二種 方法456783.84.85.86.77.73.86.19.112.115.218.221.224.227.330.333.336.439.442.456789101112131415161718

12、3.86.19.112.115.218.221.224.227.330.333.336.439.442.4序 號一112345678910111213141516171965196619671968196919701971197219731974197519761977197819791980198119821480225035742450600153021701650950298413001850900395919001080101017001952197619821972195419701965196419531975196319801981196219731977195119691859

13、185017001650157015301480136013351300110010801010100095090078960011121314151617181920212223242、矩陣法確定統(tǒng)計參數(shù)444852566064687276808488929610015161718192021222324252627282930313245.548.551.554.557.660.663.666.769.772.775.878.881.884.887.990.993.99745.548.551.554.557.660.663.666.769.772.775.878.881.884.887.9

14、90.993.99719202122232425262728293031323334353645.548.551.554.557.660.663.666.769.772.775.878.881.884.887.990.993.997用橋涵水力水文P92頁式(8-5)計算QN-a £ Qj1 199 5 n_119033IL 36-51 1 3 55998 199二 1861m3/s用橋涵水力水文P92頁式(8-6)計算Cvc"0.N-12；£ （QQ）:二 g-Q）21N£（KjT）十汁 2（K 廠 1）.28+”-5 乂 506】 199-136-51

15、92021222324252627282930313233343536=0.623、適線并推算規(guī)定頻率流量以Q =1861m3/s, Cv=0.62,假如Qs=0.7作為理論頻率曲線第一次假定的三參數(shù)。為了便于適線過程中的對比，列下表2,表中G值查橋涵水文書P75頁表7-4得表3P(%)51020507595經(jīng)驗頻率曲線Q39593600329619001300789理 論 頻 率 曲 線(-)Q=1861_0.62p -0.7 vs OQ1.821.330.79-0.12-0.72-1.4239613396277317231030223(-)Q=1861 p 0 62c 0 8Q1.841.

16、340.87-0.13-0.73-1.3839843407286417111019268（三）Q=1861Cv=062Cs=09OQ1.861.340.77-0.15-0.73-1.35400734LC285816881019303根據(jù)這三次假定的理論頻率曲線中第一次與經(jīng)驗頻率曲線符合較好，因此選定三參數(shù)為Q=1861，0 = 062Cs= °.7。根據(jù)這三次參加，推算Q和Qp =0.33%的頻率流量° p=2%QpI062 3 45+1)1861二 5842m43Q M 二(0.62 2.40+1) 1861= 4630m3/sp£%四、形態(tài)斷面法推求橋位斷面處

17、的設(shè)計流量天然河流的形狀根本不規(guī)則，過水斷面沿流程變化，實屬非均勻流。但是按水 文斷面要求而 選著的斷面，則近似均勻流，故可按曼寧公式計算。1、點繪水文斷面。2、根據(jù)表3列表計算水力三要素表4。橋位處河流單面實測記錄表表4樁號河床標圖(m)樁號河床標高(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+582.2061.74+725.9763.03+622.6061.42+730.0763.32643.6051.96+734.2764.83

18、歷程樁號河床標 高(m)水深 (m)平均水深 (m)間距 (m)濕周過水面積累計面 積合計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+582.2061.743.06475.5A=116283.2240.440.4138.17+622.6061.423.386508.112123174.51+643.6051.9

19、612.84868.913.1917.7517.8218.9 3+661.3551.2613.541136.813.202020267.9計算水力三要素表5+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 =7.8xt嚴 8.31.684.14.17.48+730.0763.321.581642.20.924.24.23.89+734.2764.

20、830.071646.1流 蘇流 量 的 計 算河 槽 部 分1162.8103.37 11.25m2 12 1VrmcRc3ir44l1.25H0.0003H296m/s3Qc=VAc=2.9 6 漢 1 1 6.2 = 3 3 3.3 3m /s河灘部分：Rt483.3130.9=3.69rncc 2 12 1/V廣mtR=29 3.69八 0.0003M72m/sQt=V A=j72 483.3 =831.28 m3/s全斷面設(shè)計流量：3QpQ Qt =3335.33+831.28=4166.61 m/s五、計算橋孔長度本設(shè)計為鋼筋混凝土簡支梁中橋，則選用標準跨徑為 30m,因為墩徑為1

21、2m,則凈跨徑L。= 28.8m。河段基本順直，以橋涵水力文書P133計算最小橋孔凈長，已知設(shè)計流量Qp =4166.61 m3/s，天然河槽流量Qc= 3335.33m/s，河槽寬度Bv =725-622=103m。橋涵水文書表，可得k=0.84 n=0.92L=K（*） Be -84（逗雙）1。3 = 135m' Qc3335.33套用標準跨徑，采用4孔方案，即兩橋臺前緣之間的距離Ld=28.8 4 1.2 3=118.8m橋梁兩端橋臺臺尾間的距離（全橋長）、二 118.8 2 5=128.8m L d六、確定橋面標高1、列表5表示各橋臺樁號和水深表5所處位置左灘河槽右灘墩臺左臺1

22、號2號3號右臺樁號K0+600.00K0+640.00K0+670.00K0+700.00K0+730.00原地面標圖61.5554.1051.5752.3063.30水深3.4510.913.4312.701.702、壅水高度計算結(jié)合表4課計算出河灘被阻擋的過水面積:vm O1g橋墩過水面積:Am h646.1 403=12429m2平均流速：/0 3770 化 3.03m/sV OM 口A0 1242.9橋下阻水面積：mAd =(10.9 13.43 12.70) 1.2=44.44 橋下提供凈過水面積：Aj =aom-ad "242.9 -44.44 =1198.46mkp l

23、bb.b l | J ，V M A 1198.46由橋涵水力書p141式計算壅水高度:Vm0 25 (W_1)7c1 0.5 2.53.48°25(3.48 1)U /U 4.12m/sk2.96KnVm_ V OM2 (4.12 3.033.33Ky0.50.5412=0.45m/s."U. I9.8橋前最大壅水高度:N Y3.33 0.45z=ka2qKa (V2M -v2oma-a98-(4. 1 2 -3.03) u58m 0.6m橋下壅水高度取05之lZ = 0.5 0.58 = 0.29m3、波浪高度計算由橋涵水力書平頁式計算波浪高度，差表當7級時風(fēng)速Vw=-.

24、5m/s。已-0.70.45"卜7(雪 M “agD/7w)L Vw j 0-13thF(ghVw2)知浪程為1200m,h =3m，則波浪高為：g/Vw=0.23m所以：hKf =2.420.23 3= 0.077 y 0hb= K:5 餉4、橋面最低高程計算通航河流以橋涵水力書P136頁式計算，查表10-2，取梁底凈高Za M 0.50m ；由設(shè)計資料知A ho=j-m。Z Ah=AZH+ +0.2 lhb+也 hw= 0.29+0.5330.56 + 0 = 0.59m<3yH min 二 hp r h = hj = ho = 64 0.59 0.5 1.5 = 66.5

25、9m 設(shè)計橋下為六級航道，查表得H * 64m, 皿二45mH min 二 H tnH M 11。= 65+4.5+1 ,5=70m所以H 。七、沖刷計算（由設(shè)計資料可知本設(shè)計為非粘性土河床，則按非粘性土公式計算）1、簡化公式計算一般沖刷公式（1）:0.900.66hp"04 A 切 *hmeQe J此式中橋下河槽能擴寬至全橋Q =Qp= 4166.61 m3/s ,Bc=103m,Qc=3335.33m7s,Lo =28.8m,V P=Vc= 2.96m/s，查表得,-0.961BaL T18.8m, hmeH3.74m平攤（造床）水位時，B=103m,面積為1A= 22.4 9.

26、46 14.72 7.64 +70.35 9.42=8252單寬流量集中系數(shù)0.150.15=1.52 乞 1.86.59河槽一般沖刷hp =13.32m2、簡化式計算河槽一般沖刷公式 hphPhmcEdc61.02he j35T4166.61 13.74 習(xí) I0.961 115.2-麗0.66A26 1=11.24m3、計算橋臺沖刷h p22m0.200.50h PzAA F r A tv Ca'CA 二左岸橋臺阻水長度B tz =110m,阻水面積A吃=825m ?平均阻水水深825/110=7.5m22弗汝德系數(shù)F = 2.96 =o.o79rrg hz 9.8 漢 11.25

27、左岸橋臺沖刷深度h p 二 左岸橋臺阻水長度B ty=4.27m,阻水面積Aty=4.01 ITI?平均阻水水深h p 二4.01/4.27=0.94m一 22弗汝德系數(shù)F = 7 =0.49 =0.0 2r gTlz 9.8 0.940.200.50左岸橋臺沖刷深度h PZ J.95FrAtyC C二侮口4、河灘一般沖刷 6-517I QihmIA »Bhhc j hP -i VhiII1J本設(shè)計河槽能擴寬至全橋，故河灘一般沖刷 hp可不必計算，即沖刷后橋下河灘變 為河槽的一部分了。5、修正式計算橋墩局部沖刷河槽計算層為小顆粒的礫石d =2mm。此時河槽一般沖刷修正公式的計算值hp =11.24m計算河床啟動速度0.141 1 .24 10 + 11.24vo= 0.0246 I *323 沃 2+=0.78m/s2 2橋墩起沖流蘇 0.06 fd V 0=0.4620.42m/sI Bi J般沖刷后墩前行進流速V由下式得_ir-：6 v = EJ2hp T.14m/s因為V I/O，計算OQf/i入V Voh