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ρ=2.5kg/m3；

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；

4）河槽糙率1

n c =41、1

n t

=30；

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+805、95K+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：d1=0.35mm，h1=0.80m；

下层：d2=0.35mm，h2=0.80m。

中值粒径d50=25mm，平均粒径d=23mm

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

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

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l=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。

2、用适线法推求理论频率曲线

计算系列平均流量Q̅

Q̅=1

N

(∑Q j

a

j=1

+

N−a

n−l

∑Q i

n

i=l+1

)=(0+

100−3

20−2

×110170)=6281.94m3/s

计算系列变差系数

C v=√

1

N−1

[∑(

Q j

Q̅

−1)

2

a

j=1

+

N−a

n−l

∑(

Q i

Q̅

−1)

2

n

i=l+1

] =√

1

99

(3.154048+

97

18

×1.19414)

=0.3112

应用矩适线法确定采用的统计参数和理论频率曲线。

（1）试取C v=0.30，m=4，C s=0.96

（2v，使得C s增大的更多，所以试取C v=0.34，m=3.21，C s=1.09

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》（JTG B01-2003）表，该桥总跨径应在100∼1000m之

间，属于大桥的范围。由表，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%时，Q =12860.92m3/s。

表5.0.2 桥涵分类

1、典型点的水力参数

用EXCEL表格绘出的过水断面图如下图所示：

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

Q =wC √RJ C =1n

R 16

式中：w ——过水断面面积

C ——谢才系数 R ——水力半径 J ——水力梯度 n ——糙率

桥位断面水力参数表

关系近似满足如下函数：y =68.85x 2−3628.23x +48547.45，当y =12860.92时，x =39.61。即当设计流量为12860.92m 3/s 时，设计水位为39.61m 。

四、确定桥长及布孔

前面已经求出设计水位h s =39.61m ，设计流量Q s =12860.92m 3/s ，按内插法求得桥下过水断面面积为A =5330.10m 2，桥下平均流速

v s =2.36+

39.61−

()

设计资料中给出了容许冲刷系数p =1.1，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h=39.61m时，天然河槽平均流速v c为

v c=v s=2.44m/s

采用桥孔净长公式计算最小桥孔净长度：

L j=K(Q s

Q c )

n

B c

式中：

L j——最小桥孔净长度（m）；

Q s——设计洪水流量（m3/s）；

Q c——设计洪水的河槽流量（m3/s）；

B c——河槽宽度（m）；

对于次稳定性河段，式中的K取0.95，n取0.87；则算出最小桥孔净长度为：

L j=0.95×()

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=520m，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：

设计流速v s采用天然河槽平均流速v c，则

μ=1−0.375v s

l j

=1−0.375×

2.44

98

=0.99

λ=b

l

=

2

100

=0.02

A j=

Q s

μpv s

=

A q=

A j

1−λ

=

4840.10

1−0.02

=4938.88m2

桥下过水断面实际面积A = 5330.10m2，大于上述计算的A q= 4938.88m2，说明布设方案符合需要的桥下最小过水面积。桥孔净长L j=520−2∗11= 498m，即为所求。