桥涵水文课程设计

设计题目：某桥桥渡设计及检算学生姓名：学号：班级：指导老师：魏标日期：2014年5月18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53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）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：38.7832.1831.4227.8727.8732.1833.2040.308.8333.3412.74114.0714.7116.998.18形态断面图（单位：m）左滩右滩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：21321ivRIn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iQ，部分流量等于部分面积i与部分平均流速iv的乘积：iiiQv计算全断面的流量Q：1niiQQ则全断面的过水面积和断面平均流速v应为：1nii，Qv。根据图示可以列出主槽面积函数以及湿周函数：27.8727.8727.87228.14,27.8731.420.2790.293231.4231.4227.87277.86449.075,31.4232.180.0230.2932568.204(32.18)174.86,32.1838.78HHHHHHHwHHH27.8727.87114.07,27.8731.420.2680.28131.4231.42139.95,31.4232.180.0230.281175.698,32.1838.78HHHHHRHH由于河滩断面形式简单，计算函数此处不再赘述。选取一定高度值代入函数计算，可得表一：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)27.8700.0000.0000.0000.00028.87121.352117.5710.9693.462406.99629.87128.634242.1441.8825.3901305.18630.87135.916373.7182.7506.9392593.26931.87161.262516.3723.2027.6813966.17232.87175.972683.2773.8838.7345967.89233.87175.972863.8204.90910.2128821.28134.87175.9721038.6805.90311.54711993.95635.87175.9721213.5406.89612.80915544.72236.87175.9721388.4007.89014.01219454.36837.87175.9721563.2608.88415.16523707.083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)27.8700.0000.0000.0000.00028.8700.0000.0000.0000.00029.8700.0000.0000.0000.00030.8700.0000.0000.0000.00031.8700.0000.0000.0000.00032.870.92310.3190.3450.8700.27733.872.82281.9110.6771.3632.60434.874.49314.8411.0771.8588.99235.876.16349.1081.4782.29420.89036.877.833714.7141.8782.69139.59837.879.50421.6582.2793.06166.299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)27.8700.0000.0000.0000.00028.8700.0000.0000.0000.00029.8700.0000.0000.0000.00030.8700.0000.0000.0000.00031.8700.0000.0000.0000.00032.8711.49323.9650.3450.8703.44833.8718.042720.3071.1251.91338.84134.8719.568338.6451.9752.783107.53335.8721.093958.1352.7563.475202.01436.8722.619578.7773.4834.062319.96537.8724.1451100.5714.1654.576460.253由上表得表二：表二：形态断面水位关系综合表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)27.870.0000.0000.00028.873.462117.571406.99629.875.390242.1441305.18630.876.939373.7182593.26931.877.681516.3723966.17232.878.685687.5615971.61733.8710.003886.0388862.72634.8711.1911082.16612110.48135.8712.3111280.78315767.62636.8713.3711481.89119813.93037.8714.3781685.48924233.635根据表二可以画出形态断面水位关系图，如下图所示：27.8728.8729.8730.8731.8732.8733.8734.8735.8736.8737.8738.870400120016002000056001120016800224002800003.67.210.814.418800w(m2)Q(m3/s)v(m/s)H(m)形态断面水位关系曲线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N：21148NTT经验频率估算为：对于a项特大洪水：)3,2,1(1MNMPM对于其余（n-l）项观测洪水为：1)11(11lnlmNaNaPim根据设计资料用Excel制得得含特大洪水的流量系列示意图如下：具体计算结果见表三：表三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)1193018000180002.042193117800178004.083196015000150006.12419619081190011.34519629807980716.55619632316869021.77719646754675426.98819653421675032.2919665678570037.4110196711900567842.631119685700564347.851219693216430053.061419701811342163.491419716750342163.491519722231321668.71619735643231673.921719744300231179.141819752311223184.351919763421181189.57201977869090894.782.2统计参数估算计算系列Qi的总流量：111jNanlTijijjNaQQqnl计算系列的平均流量Q：1111janlTijjjNaQQQqNNnl计算系列Qi的变异系数vC：2211111janTvjjjlNaCQQqQQNnl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：35738/Qms变异系数：4132.0350.725738vC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1.8sC、2.0sC、2.2sC而保持Q、vC不变的这3条理论曲线进行比较，计算结果见表四。表四3条理论曲线计算值(%)p12520509095曲线号35783/Qms3.52.851.980.64-0.28-0.94-1.0220.72vCpK3.523.0522.42561.46080.79840.32320.26251.8sCpQ20197.817512.413918.18382.14581.21854.5152435783/Qms3.612.912.000.61-0.31-0.89-0.9530.72vCpK3.603.102.441.440.780.360.322.0sCpQ20818.817927.314110.58327.54510.72081.91850.635783/Qms3.712.962.000.57-0.33-0.84-0.87910.72vCpK3.673.132.441.410.760.400.372.2sCpQ21223.618100.814110.58154.04395.72313.22139.7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35783/Qms、0.72vC、2.2sC这条曲线和经验点群吻合较好，且与历史观测值中的最大值最为贴近，故取为理论频率曲线，根据曲线可以得该桥的设计流量为：321223.6/PQms。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321223.6/PQms，形态断面的设计水位为：37.189xpHm，河流接近明渠均匀流，故可得桥下水位为：1200.00536.589xppHHm桥下过水断面如下图所示：。3.2计算桥下河床断面（水位36.589m）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28.087124.590132.677m湿周6.07931.71537.794xm水力半径132.6773.51137.794Rmx流速221133221253.5110.0054.084/vRImsn流量3132.6774.084541.853/Qvms桥下主槽：过水面积291.9031044.43771.81967.5581275.717m湿周14.0046116.3210.1987