桥涵水文课程大作业.docx
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桥涵水文课程大作业
桥涵水文课程大作业
习题一
一、基本资料
某二级公路跨越某平原次稳定河段,基本资料如下:
1•水文资料
1)桥位附近水文站历年最大流量及相应水位资料(见本题表1)。
1887年,
1974年和1975年的流量是由调查到的历史洪水位推求得到,其中,1974年、
1975年亦在实测期内;
2)汛期含沙量‘my
3)河段基本顺直,桥位轴线与河道正交,属狭窄水面的河流,河槽内天然冲淤比较明显,主流在河槽内摆动,汛期多为6~7级风,平均风速为13.9m/s,沿浪程方向平均水深为12m,计算浪程为700m;
11
—=41—=30
4)河槽糙率、;
5)河床比降i=0.14%。
;
6)容许冲刷系数p=1.1.
2•桥梁断面及地质资料
1)**江桥位断面测量资料(见本题表二);
2)桩号94K+80595K+185为滩槽分界点;
3)河床土质状况
河床土壤为松软土壤(中砂);
表层:
下层:
中值粒径匚-:
'll:
',平均粒径八■:
3•通航要求:
二级三类航道,通航频率P=5%。
桥位T型梁,结构高度为1.2m,桥面铺装厚度为0.12m
4•设计计算要求
1)设计流量和设计水位的推求;
2)确定桥长及布孔(1:
500);
3)确定桥面最低标高;
4)确定墩台基底标高;
5)设计计算说明书、Q~H关系曲线图、和桥孔布置图
表一年最大流量和相应水位表
年份
年最大流量Q
相应最高水位H(m)
1887
13000
39.4
1967
3450
34.38
1968
8300
37.25
1969
7900
37.13
1970
5800
35.6
1971
6300
36.18
1972
6650
36.6
1973
6700
36.65
1974
10100
37.9
1975
11400
38.55
1976
5600
35.54
1977
3800
34.67
1978
5920
35.7
1979
5900
35.68
1980
2700
33.75
1981
5700
35.56
1982
6000
36.1
1983
3300
34.1
1984
5500
35.5
1985
4500
35
1986
6050
36.2
表二里程桩号及标高
专业文档供参考,如有帮助请下载。
桩号
河床标咼(m)
94K+795
42.81
796
41.55
798
38.95
800
35.99
961
22.95
989
23.53
95K+026
24.8
49
25.31
119
25.5
166
28.6
185
31.28
235
34.65
285
35.96
301
45.11
二、设计流量
1、将流量按大小值排列,并计算出经验频率,列于表三。
表三洪水资料
按流量大小排列
经验频率P(%)(米用值)
n
(=-1)
年份
流量(m3/s)
1887
1300
1
1.602076444
1975
1140
2
0.578054804
1974
1010
3
0.973916961
1968
8300
14.28571429
0.199435905
1969
7900
19.04761905
0.142029229
1973
6700
23.80952381
0.028131072
1972
6650
28.57142857
0.025283814
1971
6300
33.33333333
0.009605643
1986
6050
38.0952381
0.002963346
1982
6000
42.85714286
0.002090526
1978
5920
47.61904762
0.001009924
1979
5900
52.38095238
0.000800526
1970
5800
57.14285714
0.000118045
1981
5700
61.9047619
0.00004308
1976
5600
66.66666667
0.000575642
1984
5500
71.42857143
0.00171572H
1985
4500
76.19047619
0.04653007
1977
3800
80.95238095
0.114047523
1967
3450
85.71428571
0.1589694211
1983
3300
90.47619048
0.180499861
1980
2700
95.23809524
0.280290808
分析可知,以上资料属于共有3个特大值的不连续系列,即a=3;实测期为20年,即n=20;实测期内有两个特大值(1974年和1975年),即1=2;特大洪水最早出现年份是1887年,而实测期最后年份是1986年,则考证(调查)期
N=(1986-1887)+1=100年。
计算系列平均流量°
/a
1
JI
l[PN_ay"
2、用适线法推求理论频率曲线
1(100-3\?
—34500+X110170=6281.94m7s
(1)
试取'
=0.30
P
Q卩
0.33
13749.86
1
12217.31
2
11231.44
应用矩适线法确定采用的统计参数和理论频率曲线
m=4—°-96
;1诚2°-2
计算系列变差系数
=0.3112
洪峰流量频率曲线
18.OT0:
V:
:
:
1:
16,000
15.CW0-
14.000|
13,MO-
12,000
11.000-
IQ.OflD|
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直询设计值
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(2)根据上一次拟合的结果,适当增大',并且增大",使得“增大的更多,所以试取二f;:
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14511.75
1
12860.92
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11793.70
19.000
18.000
17,000
16.000
15,00®
14.000
13,000
12,000
11.00G
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洪峰流量频率曲线
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Q]立国查團
3莪取数摇
U绘制曲疑
3、推求设计流量
河床起始桩号为94K+795,终点桩号为95K+301,算出河床总宽度为506m,根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003表5.0.2可知,该桥总跨径应在1001000m之间,属于大桥的范围。
由表5.0.4可知,二级公路大桥设计洪水频率为1%。
从上表可以发现,当设计洪水频率为1%寸,;」;八■。
表5.0.2桥涵分类
桥涵分类
多孔跨径总长L(m)
单孔跨径Lx(m)
特大桥
L>1000
Lx>150
大桥
100wLW00
40屯<150
中桥
30 20电<40 小桥 8 5屯<20 涵洞 Lx<5 表5.0.4桥涵设计洪水频率 I公路等级丨设计洪水频率 特大桥 大桥 中桥 小桥 涵洞及小 型排水构 高速公路 1/300 1/100 1/100 1/100 1/100: 一级公路 1/300 1/100 1/100 1/100 1/100 二级公路 1/100 1/100 1/100 1/50 1/50 三级公路 1/100 1/50 1/50 1/25 1/25「 四级公路 1/100 1/50 1/50 1/25 不作规定 三、设计水位的推求 1、典型点的水力参数 用EXCE表格绘出的过水断面图如下图所示: 过水断面 0 790840890940990104010901140119012401290 河床断面桩号 2、推求设计水位 在CAD中绘出过水断面图,计算出的主槽、左滩、右滩在各个高程的水力 参数值: 水力参数计算表 河床标高(m) 过水面积 (m2) 湿周(m) 水力半径(m) 河床比降 i 流速(m/s) 流量(m3/s) 主槽 31.28 1695.43 327.51 5.17 0.00014 1.45 2458.37 35.585 3216.92 380.83 8.45 0.00014 2.01 6466.03 「35.99 3370.82 380.84 8.85n 0.00014 2.07 7011.31: 38.95 4495.62 380.83 11.80 0.00014 2.51 11328.96 [42.81 5952.64 380.93 15.63 0.00014 3.03 18036.50 左滩 「31.28 0 0 0 0.00014 0 0 35.585 0 0 0 0.00014 0 0 「35.99 1.01 5.02 0.201 0.00014 0.12 0.12: I38.95 18.78 8.59 2.19 0.00014 0.60 11.26 42.81 51.38 13.51 3.80 0.00014 0.87 44.19 右滩 「31.28 0 0 0n 0.00014 0 0「 35.585 147.69 85.81 1.72 0.00014 0.51 75.32 35.99 191.25 100.19 1.91 0.00014 0.52 100.17 「38.95 489.32 106.15 4.61” 0.00014 0.98 479.53「 42.81 908.53 113.93 7.97 0.00014 1.42 1290.11 其中流速采用曼宁-谢才公式推出: Q= 式中: 汽——过水断面面积 ,: ――谢才系数 水力半径 ——水力梯度 11――糙率 桥位断面水力参数表 河床标高(m) 过水面积(m2) 湿周 流速(m/s) 流量(m3/s) 31.28 1695.43 327.51 1.45 2458.37 35.585 3364.61 466.64 1.94 6541.35 35.99 3563.08 486.05 2.00 7111.6 38.95 5003.72 495.57 2.36 11819.75 42.81 6912.55 508.37 2.80 19370.8 绘制桥位断面Q-h关系图如下图所示,经过Origin对比发现,「与二的关 系近似满足如下函数: 丨门;一.厂,当 -1,: : ''时,: 二卞」匚。 即当设计流量为7*「厂时,设计水 位为: m。 8000- Equation y=A+ *0*^2 AdjR*Squ 0.99965 Value Q A 48547449 Q B -3628227 Q C 68.85385 桥位断函流量 24000- 16000- H 四、确定桥长及布孔 、八”亠h二39.61mQ=12860.92m'Vs丄、亠丄工、亠 刖面已经求出设计水位,设计流量,按内插法 求得桥下过水断面面积为&=,桥下平均流速 专业文档供参考,如有帮助请下载。 39.61-38.95 叫—236+ 42.81-38.95 X(2.80-236)=2AAm/s 设计资料中给出了容许冲刷系数「「,这里选用冲刷系数法计算桥下过水面 积。 根据别列柳博斯基假定,当桥下过水面积扩大到使桥下(平均)流速等于天然河槽流速时,桥下冲刷即停止。 当设计水位宀=于上匚门时,天然河槽平均流速'为 叫=叫=2.44m/s 采用桥孔净长公式计算最小桥孔净长度: 式中: "最小桥孔净长度(m); : /――设计洪水流量(m3/s); J设计洪水的河槽流量(m3/s); R "――河槽宽度(m); 对于次稳定性河段,式中的卜;取0.95,取0.87;贝U算出最小桥孔净长度为: Ly—0.95X /12860.92^007 12249,9X380=376'62m 根据桥位河床横断面形态,将左岸桥台桩号布置在94K+800处,根据通航要求,按二级三类航道设计,通航净宽应不小于75.0m。 根据经验和受力条件,经济跨径比为1: 1: 0.6。 这里选用6孔连续梁,各孔跨径为 60+100+100+100+100+60=520®中间3孔均能满足通航要求,选用双柱式桥墩,墩径取2.0m,右桥台桩号为95K+320,这样桥孔布置如下图所示: A Qr ■_ r LT e ITi 5 7 L98. -98 9S ■9S- 56 设计流速: 米用天然河槽平均流速,则 专业文档供参考,如有帮助请下载。 叫2.44 R=1- -0.375p=1-0.375X両-=0.99 12860.92 0.99X1.1X2.44 系数: i%f Z44' 桥前最大壅水高度: =4810.10m2 2 =4938.88m Aj4840.10 1-A=1-0,02 桥下过水断面实际面积乞,大于上述计算的'■1: ? ! 说 明布设方案符合需要的桥下最小过水面积。 桥孔净长 L.=520-2*11=498m日仃、/,疋十 ,即为所求。 五、确定桥面最低标高 1、桥前壅水高度和桥下壅水高度 冲刷前桥下流速 ・212860.92 ^=7;=4840.10=2^m/5 0,5 0+5 3二 霸-皿占越°J =0.68 天然桥下平均流速'■,计算得: ’•‘';冲刷后桥下平均流速: K7.58X? 2、 Z--voM)=2X9闭(2后1-2-44)=0225Sm 桥下壅水高度匚、取取'2…,则—70 、、亠Ah° 2、浪咼 由实测风速I换算得到的计算风速为IL'w,沿浪程方向平均水深 为计算浪程为■""o其中: 0.13th gD 07 0.1湎 也 0.7 所以 Md\04S 0.0018— 8.4285xIO'31 因为 込0J89 =■;—=0.016<0.1 h12 K=742应取*i_,则波浪高度为 A/t==2.42X0.189=0.46m zrz 按《公路工程水文勘测设计规范》,静水面以上波浪高度取2/3的波浪高 度计1: : ,^,1: ';另外,波浪在桥墩前被阻挡时,墩前波浪高度将会壅高,近 似取壅高值为o这样,静水面以上的波浪高度为波浪全高丄'的0.86 倍,即 0.86Ahz=0.86X0.46=0.40m 3、波浪坡面爬高 桥头路堤和导流堤顶面咼程应计入波浪坡面爬咼。 4、桥面最低高程计算 (1)主桥建筑高度为1.2m,桥面铺装厚度为0.12m。 按设计洪水通过要求 的桥面最低高程: Hmin=4-+Ah0=39.61+(0,11+0.40)+0.50+1,32=41.94m (2)按二级三类航道通航标准,要求的桥面最低高程 3. 通航频率卩1,对应的流量小」、通航净空高度为iom。 由直线内插法得到 ^20%~3石.52m 比伽—^20%+H曲+=36.52+10+1.32二47.84m 以上计算结果表明,通航要求控制桥面高程,桥面最低高程确定为 乩宀=47.84m 六、确定桥梁墩、台基底标咼 按一般冲刷的简化公式进行计算 =L04xP 0.90 0.66 =1104X 380 0.99X0.98X372 ・旳 0.66 X(39.61-22.95)=13.89m [1.06X12249.9 12249.9 式中: 般冲刷后最大水深(m); "⑺"肚——桥下河槽最大水深; A 筋80 1351 '――单宽流量集中系数, 0.15 =1.06<1.8 pB ——造床流量下的河槽宽度(m),—般为河槽宽度; 、'――计算断面的天然河槽流量人(m3/s); ;: ――桥下河槽通过的流量(m3/s); 2、桥墩局部冲刷深度利用65-2修正公式计算 0.60,0r_VoYT 血二⑴1矗a后詢 式中: ;: ――桥墩局部冲刷深度(m),从一般冲刷后河床算起; ――系数,'取回归值(出现几率最大),「-取上限值(外包 线,置信区间上界),11■: 1; 八――墩形系数; D '桥墩计算宽度(m),以垂直于水流方向桥墩的投影宽度计算,反映水流冲击角对冲刷的影响; ■'――墩前行进水深(m),以一般冲刷后水深: •代入; : ――冲刷层内泥沙平均粒径(m); '――墩前行进流速(m/s),以一般冲刷完成时流速记; '床沙启动流速(m/s),以张瑞瑾公式计算 %二d 10+M05 29M+0.000000605 d丿 水深(m); 粒径(m); ''——桥墩起冲速度(m/s) (d严3 kJv° ,以下式计算 v\}=0.645 ――指数,以下式计算 9.35+223lgd n K,=1.0 查墩形系数表得,计算墩宽 %=2.0m , v=v^=2.66m/s 起动流速 0.14 10+h 29d+0.000000605—r—jk/I/ia 0.5 fias9\014 (700035丿 10+18.89\05 29x0.00035+0.000000605=0.57m/s 0.00035/ 起冲流速 4、桥台冲刷 h=1.95fTa%G 5rZuf/! 又 (1)-取回归值,人 所以 如鬥) (2)-取上限值,''l|: : d 所以 %) 3、桥墩的最低冲刷线高程 H=H-hn-h,=39.61-18.89-2.84=17.88m pF[ 根据布设的桥台断面,水流对桥台冲刷的影响很小,不予考虑。 习题二 1、基本资料 3 某公路跨越一小河,设计流量卩'■■',河床比降•一,河槽粗糙系数'■,设计水位■": ,河槽横断面和设计流量下的水力计算如 下图。 路基设计高程在桥位处为104.20m。 试计算小桥孔径和相应的最小桥面 咼程 河槽横断面图 2、天然水力因素计算结果 天然水力因素计算表 桩号 高程 水深 平均水深 水宽 过水面积 0 102.5 0.909091 101.5 0 2 100.3 1.2 0.6 1.090909 0.654545 4.5 100 1.5 1.35 2.5 3.375 6.1 100.3 1.2 1.35 1.6 2.16 8.227273 101.5 0 0.6 2.127273 1.276364 10 102.5 累计 7.318182 7.465909 设计流量u: ■■',设计水位八」川,河槽最低点高程 100.00m,天然最大水深ht=15m0 __2 河槽过水面积人-河槽宽度a=mi,平均水深-|■■■■■,河槽 流速厂 3、临界水深 若小桥进出口取单孔、带锥坡,流速系数’,收缩系数•。 河 床加固选用碎石层上铺砌厚度20cm的单层片石,取加固允容流速’厂: ,桥下断面为矩形断面,桥下临界水深二为: 帀27 叫332 血=—=■=1.25171 kg9.8 1.3/t^—1.3x1.25—1.63>=l.Sni 则桥下水流为自由式出流。 4、桥孔长度 9.8X22 L=8=—-==5.59m 叫0.9X3,5 选用单孔标准跨径6.0m钢筋混凝土板桥,建筑高度为0.80m,净跨5.4m。 5、桥前水深H 22 叫3.5 H=h*=1.25H=2.02m 2g©2X9.8X0+9 6、桥面最低高程 H伽=Wrf+//+/+D=100+2.02+0.8+0.5=103.32m 取跨径为6.0m的小桥,桥面最低高程为103.32m,低于桥位断面处路基设计高程,是允许的。 7、根据路基设计高程,推算小桥孔径 路基设计高程104.20m,允许的最大桥前水深H为 H=%亠—5=104.2-0.5-0.8-100=Z问 桥下临界水深和临界流速,偏安全地略去桥前行进流速水头时:
- 配套讲稿:
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