桥涵-课程设计

1、中南大学桥 渡 课 程 设 计设计题目： 某桥桥渡设计及检算 学生姓名： 梁金宝 学 号： 1208111220 班 级： 土木工程1109班 指导老师： 魏 标 日期：2014年5月25日桥渡课程设计指导书1. 桥梁状况桥梁位于I级干线，桥址轴线及梁底标高见图1。桥下河床断面见图2，桥下河床的左滩主槽分界点为（137.49, 31.81）；桥下河床的右滩主槽分界点为（289.36, 31.60）；左滩、主槽、右滩的糙率系数分别为25、40、25。桥梁轴线与水流交角为90度。0号台的墩台线的X坐标为105.14米图1 桥址轴线及梁底标高2. 形态断面形态断面位于桥址上游120米处。形态断面处左

2、滩、主槽、右滩的糙率系数分别为25、50、25。其左滩主槽分界点为（107.01, 32.18）；右滩主槽分界点为（281.87, 32.18）。桥址与形态断面间的水面坡度为0.005弧度。 桥下河底线 形态断面图2 桥下河底线及形态断面坐标图3 桥墩宽度图（墩底顺水流方向长度3.5米）图4 基础（圆沉井）尺寸图 3号墩地质线标高（米） 流量系列年份及流量（立方米/秒） 图5 3号墩地质及流量系列3. 实测其他资料桥型为一般河流的一般大桥；洪水期没有漂浮物和泥石流； 测得浪高为0.27米。 含砂量特征为5公斤/立方米。桥下表层土为砂卵石。4. 要求（1） 计算形态断面水位关系曲线，并画图。（2

3、） 计算设计流量，画出流量统计（P-III曲线）图形。（3） 检算梁底水位。（4） 检算1号桥墩的基础埋置深度。（5） 检算3号桥墩的基础埋置深度。（6） 按水文计算要求修改设计（主槽内桥墩基础底标高都按3号墩处理），画出新的设计图。1、形态断面水位关系曲线计算1.1 形态断面形状根据设计资料，画出形态断面形状如下图：由于桥梁可认为位于稳定均匀流河段上，可以利用水利学中的谢才满宁公式计算各过水断面对应的的流速：由于断面可能包括左滩，右滩、主槽，各部分的参数相差较大，故需要分别计算，即先计算各个部分面积的流量，部分流量等于部分面积与部分平均流速的乘积： 计算全断面的流量： 则全断面的过水面积和断

4、面平均流速应为： 根据形态断面图可以计算得到水位关系中的、与水位高度的关系（具体计算数值见附表一），根据形态断面水位计算总和表可以画出形态断面水位关系图，如下图所示：2、设计流量计算2.1 经验频率计算根据给出的流量系列年份及流量，可知为含特大洪水系列的频率分析，其中特大洪水考证期：经验频率估算为：对于a项特大洪水：对于其余（n-l）项观测洪水为：具体计算结果见下表：该桥的年最大洪峰流量顺序号按年份顺序排列按大小排列经验频率(%)年份流量(m3/s)流量(m3/s)1193018000180002.042193117800178004.083196015000150006.1241961908

5、1190011.34519629807980716.55619632316869021.77719646754675426.98819653421675032.2919665678570037.4110196711900567842.631119685700564347.851219693216430053.061419701811342163.491419716750342163.491519722231321668.711619735643231673.921719744300231179.141819752311223184.351919763421181189.572019778690

6、90894.782.2 统计参数估算计算系列Qi的总流量：计算系列的平均流量：计算系列Qi的变异系数：根据以上表达式，及取N=48、a=3、l=1、n=18计算可以得到：平均流量为：变异系数：02.3 设计流量通过适线法确定一条和经验点群吻合较好的理论曲线以求得设计流量值，根据经验点的计算，分别选取、而保持、不变的这3条理论曲线进行比较，计算结果见下表。3条理论曲线计算值12520509095曲线号3.52.851.980.64-0.28-0.94-1.0213.523.0522.42561.46080.79840.32320.262520197.817512.413918.18382.145

7、81.21854.515243.272.711.940.71-0.22-1.04-1.1723.35442.95122.39681.51120.84160.25120.157619247.61693413752.88671.34829.11441.4904.33.392.781.960.68-0.25-0.99-1.133.44083.00162.41121.48960.820.28720.20819743.317223.213835.58547.34705.216481193.5将经验点群和理论曲线均描绘在海森几率格纸上，如下图所示：根据图形可看出、这条曲线和经验点群吻合较好，故取为理论频率

8、曲线，根据曲线可以得该桥的设计流量为：。3、梁底水位标高检算3.1确定设计流量通过时桥址断面水位标高根据形态断面的水位关系曲线可知当，形态断面的设计水位为：，河流接近明渠均匀流，故可得桥下水位为：桥下过水断面如下图所示：。3.2 计算桥下河床断面（水位 36.358m）根据桥下过水断面图及设计流量通过时的桥下水位高可得：桥下左滩：过水面积 湿周 水力半径 流速 流量 桥下主槽：过水面积 湿周 水力半径流速流量桥下右槽：过水面积 湿周 水力半径流速流量3.3 计算桥前壅水高度 扣除墩台阻水面积的桥下净面积为桥下流速为建桥前从桥孔部分通过的流量为查表6-2得，得桥前最大壅水高度取桥前壅水高度为：3

9、.4检算标高最高水位 由于梁底标高为37.31m，最高水位达到37.609m严重不满足水位净高要求，且已高出梁底，故梁底水位不满足要求，检算结果不合格四、检算1号桥墩的基础埋置深度1、计算一般冲刷（1）计算桥下河槽部分通过的设计流量（2） 计算河滩部分桥孔的过水净宽（3） 桥下河滩断面上的最大水深（4）桥下河槽断面上的平均水深（5）河滩水深1m时非粘性土的不冲刷流速查表6-13得：（按粒径为10mm）（6）计算桥墩水流侧向压缩系数河槽流速为设计速度，单孔跨径，查表6-12，（7） 计算桥下一般冲刷后的最大水深假设一般冲刷线深度在标高25.2m以上，（8） 一般冲刷线标高为36.358-16.4

10、59=19.899<25.2m，即假设不正确再假设一般冲刷线在25.2米以下，在22.7m以上，此时取此时算得，一般冲刷线标高为36.358-10.753=25.665m>25.2m，即假设不正确符合特例。则取地质线1为冲刷线，标高为25.2m。则（9） 计算桥下河槽的一般冲刷发生后，墩前行近流速为 2. 计算局部冲刷（1） 计算河床泥沙启动流速假定最低冲刷线位于标高22.7m以上，取（2） 墩型系数（3） 桥墩计算宽度 （4） 河床颗粒的影响系数（5） 墩前泥沙起冲流速（6）指数 (7) 桥墩局部冲刷 =2.352m 最低冲刷线标高为，说明假设正确3. 检查基础埋置深度冲刷总深度

11、=13.51m最低冲刷线标高=36.358-13.51=22.848m对于一般铁路桥，此时墩台基底最小埋深为查表6-14取3.5m，即基底至少应位于总冲刷线以下3.5m处的地基上。即基础底面必须埋置在标高为22.848-3.5=19.348m以下，而基础底面实际埋置深度标高为20.81m，所以基础埋置深度不满足规范要求的。取1号墩的基础底面实际埋置深度为18m.0号和6号同样。5、检算3号桥墩的基础埋置深度。5.1计算一般冲刷（1）计算桥下河槽部分通过的设计流量（2）计算单宽流量集中系数按平滩水位计算河宽 按平滩水位计算平均水深 （3）计算河槽桥孔部分的过水净宽 （4）桥下河槽断面上的最大水深

12、（5）桥下河槽断面上的平均水深 （6）与汛期含沙量有关的系数 （7）计算桥墩水流侧向压缩系数河槽流速为设计速度，单孔跨径，查表6-12，。（8）计算桥下一般冲刷后的最大水深假设一般冲刷深度为与22.7m以上、25.2m以下，即一般冲刷线位于中卵石，取取一般冲刷线标高=36.358-20.32=16.038<22.7m,故假设不正确。假设一般冲刷深度为与22.7m以下、5m以上，即取一般冲刷线标高=36.358-18.207=18.151m>5m，假设正确。（9）计算桥下河槽的一般冲刷发生后，墩前行近流速为4.2、局部冲刷计算（1）计算河床泥沙启动流速假定最低冲刷线位于标高以上，取

13、（2）墩型系数（3）桥墩计算宽度 （4）河床颗粒的影响系数（5）墩前泥沙起冲流速（6）指数 （7）桥墩局部冲刷 最低冲刷线标高，说明假设正确。4.3、检查基础埋置深度冲刷总深度最低冲刷线标高对于一般铁路大桥，当总冲刷深度超过20m时，基底埋置安全值为4m，即基底至少应位于总冲刷线以下4m处的地基下。故基础底面必须埋置在标高以下，而基础底面实际埋置深度标高，所以基础埋置深度不满足规范要求的。5、按计算结构修改设计经计算，水位和基础都不满足要求，故需要加大梁下净空和增大基础埋置深度。5.1 梁底标高设计由于铁路桥的桥下净空高出水位加后的最小高度为0.5m，即调整后的梁底标高为，约取为38.2m，所

14、以可以通过换梁、抬道等方法调整梁底标高，使其满足规定要求。5.2 基础埋深设计对于总冲刷线超过20m的一般铁路大桥，基底埋置安全值为4m，即基底至少应位于总冲刷线以下4m处的地基下，所以对3号桥墩有，墩台基底设计标高应为，即取标高为10m。2，4，5号同样。5.3 修改后的设计图附表一根据下图所示形态断面图可以计算得到水位关系中的、与水位高度的关系，具体计算数值见下表1。表1 水位关系值主槽 水位高度(m)湿周(m)过水面积(m2)水力半径(m)流速(m/s)流量 (m3/s)27.8700.000 0.000 0.000 0.000 28.87121.352117.571 0.969 3.4

15、62 406.996 29.87128.634242.144 1.882 5.390 1305.186 30.87135.916373.718 2.750 6.939 2593.269 31.87161.262516.372 3.202 7.681 3966.172 32.87175.972683.277 3.883 8.734 5967.892 33.87175.972863.820 4.909 10.212 8821.281 34.87175.9721038.680 5.903 11.547 11993.956 35.87175.9721213.540 6.896 12.809 15544

16、.722 36.87175.9721388.400 7.890 14.012 19454.368 37.87175.9721563.260 8.884 15.165 23707.083 左滩水位高度(m)湿周(m)过水面积(m2)水力半径(m)流速(m/s)流量 (m3/s)27.8700.000 0.000 0.000 0.000 28.8700.000 0.000 0.000 0.000 29.8700.000 0.000 0.000 0.000 30.8700.000 0.000 0.000 0.000 31.8700.000 0.000 0.000 0.000 32.870.92310

17、.319 0.345 0.870 0.277 33.872.82281.911 0.677 1.363 2.604 34.874.49314.841 1.077 1.858 8.992 35.876.16349.108 1.478 2.294 20.890 36.877.833714.714 1.878 2.691 39.598 37.879.50421.658 2.279 3.061 66.299 右滩水位高度(m)湿周(m)过水面积(m2)水力半径(m)流速(m/s)流量 (m3/s)27.8700.000 0.000 0.000 0.000 28.8700.000 0.000 0.000

18、 0.000 29.8700.000 0.000 0.000 0.000 30.8700.000 0.000 0.000 0.000 31.8700.000 0.000 0.000 0.000 32.8711.49323.965 0.345 0.870 3.448 33.8718.042720.307 1.125 1.913 38.841 34.8719.568338.645 1.975 2.783 107.533 35.8721.093958.135 2.756 3.475 202.014 36.8722.619578.777 3.483 4.062 319.965 37.8724.1451100.571 4.165 4.576 460.253 形态断面水位计算总和水位高度(m)流速(m/s)过水面积 (m2)流量 (m3/s)27.870.000 0.000 0.000 28