法標結構物水力驗算課件

1、結構物水力計算 OVAN-MAKOKOU 道路排水系統(tǒng)主要由各種類型的邊溝、管涵和箱涵組成。道路排水系統(tǒng)水力計算主要研究在特定降雨條件下，不同匯水區(qū)域內(nèi)各種結構物的過水能力。本研究在最不利條件下對各種排水結構物進行水力驗算。(1) 最不利條件下各區(qū)域匯水面積Ø 土三角邊溝土三角邊溝匯水面積最大區(qū)域為PK29+200-PK29+660左側區(qū)域，該邊溝左側為土質(zhì)邊坡,其匯水面積為A1=3.5m×460m=0.001610KM2，其坡度為3/2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.9。該邊溝右側依次為5%土質(zhì)斜面，3%的瀝青混凝土路面，其匯水面積分別為，A2=1.5m

2、5;460m = 0.000690KM2 ，A3=4.8m×460m = 0.002208KM2。土質(zhì)斜面和瀝青混凝土徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.9。徑流系數(shù)（CIA）植被覆蓋性質(zhì)徑流系數(shù)數(shù)值坡度小于5% 坡度5至10% 坡度10至30% 坡度大于30%路基和路面光禿地塊或非覆蓋植物地塊受沖刷地塊小灌木覆蓋作物、糧食作物草原密集灌木、熱帶稀樹草原喬木林原始森林 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.85 0.9 0.9 0.65 0.7 0.75 0.8 0.3 0.35 0.45 0.5 0.2 0.25 0.30 0.45 0.18 0.2 0.25 0.3 總

3、的匯水面積為： A=A i = A1 + A2+ A3= 0.004508 KM2 Ø 混凝土三角邊溝混凝土三角邊溝匯水面積最大區(qū)域為PK28+940-PK29+660左側區(qū)域，其中29+200-29+660為土三角邊溝，該區(qū)段匯水面積在前面已計算出A1=0.004085KKM2 ，徑流系數(shù)C為0.9。混凝土三角邊溝左側為土邊坡，其匯水面積為，A2=4.5m×260m = 0.001170KM2 ，3/2土邊坡徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.9?；炷寥沁厹嫌覀葹榛炷谅访妫鋮R水面積A3=4.8m×260m = 0.001248KM2。瀝青混凝土徑流系

4、數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.9。 總的匯水面積為： A=A i = A1 + A2+ A3= 0.006503 KM2 Ø 混凝土矩形邊溝混凝土矩形邊溝匯水面積最大區(qū)域為PK15+700-PK16+060左測區(qū)域，該邊溝左側為土質(zhì)邊坡,其匯水面積為A1=5.5m×360m=0.001980KM2，其坡度為3/2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.9。該邊溝右側為3%的瀝青混凝土路面，其匯水面積分別為，A2=4.8m×360m = 0.001728KM2 。瀝青混凝土徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.9。 總的匯水面積為： A=A i = A1 +

5、 A2+ A3= 0.003708 KM2 Ø 800管涵800管涵匯水面積最大區(qū)域為PK19+076附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=0.015KM2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 1000管涵1000管涵匯水面積最大區(qū)域為PK17+27附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=0.025KM2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 1.0×1.0箱涵1.0×1.0箱涵匯水面積最大區(qū)域為PK36+577附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=0.03KM2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 1.5

6、5;1.5箱涵1.5×1.5箱涵匯水面積最大區(qū)域為PK42+402附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=0.06KM2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 2.0×1.5箱涵2.0×1.5箱涵匯水面積最大區(qū)域為PK46+546附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=0.15KM2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 2.0×2.0箱涵2.0×2.0箱涵匯水面積最大區(qū)域為PK32+667附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=0.25 KM2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 4.0×

7、3.0箱涵4.0×3.0箱涵匯水面積最大區(qū)域為PK51+167附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=1.693 M2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 2×（2.0×1.5）箱涵2×（2.0×1.5）箱涵匯水面積最大區(qū)域為PK72+580附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=0.500 KM2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 2×（2.0×2.0）箱涵2×（2.0×2.0）箱涵匯水面積最大區(qū)域為PK85+758附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=0.725 KM2，徑

8、流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。Ø 2×（3.0×2.0）箱涵2×（3.0×2.0）箱涵匯水面積最大區(qū)域為PK66+439附近區(qū)域，該區(qū)域匯水面積為A1=1.212KM2，徑流系數(shù)查表徑流系數(shù)（CIA）得C為0.75。(2) 相對集中時間的降雨強度i設計按照10年一遇30min相對集中降雨強度計算，查表 強度-持續(xù)時 間-頻率曲線可知，10年一遇30min相對降雨強度為176.5 mm/h。期限15分鐘30分鐘60分鐘90分鐘120分鐘180分鐘360分鐘720分鐘1080分鐘1440分鐘5年289.0155.3108.083.55

9、8.044.931.216.89.06.310年328.9176.5122.794.865.850.935.319.010.27.120年3366.9196.8136.7105.573.356.639.321.111.37.950年514.9222.9154.7119.482.964.044.423.812.88.9100年452.4242.3168.2129.890.169.548.325.913.89.6(3) 設計徑流量 由于總的匯水面積小于2 KM2，所以選用比率法計算設計徑流量。 公式：Q=0.278 *C * i * A 其中： Q：流量，以m3/S為單位， C：徑流系數(shù)， I：相

10、對集中時間的降雨強度，以mm/h為單位 A：盆地面積，以KM2為單位。 得出各種結構物設計徑流量分別為： Ø 土三角邊溝 Q = 0.278×0.9×176.5×0.004508= 0.199 m3/sØ 混凝土三角邊溝 Q = 0.278×0.9×176.5×0.006503= 0.287 m3/sØ 混凝土矩形邊溝Q = 0.278×0.9×176.5×0.003708= 0.164 m3/sØ 800管涵Q = 0.278×0.75×176

11、.5×0.015= 0.552 m3/sØ 1000管涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.025= 0.920 m3/sØ 1.0×1.0箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.030 = 1.104 m3/sØ 1.5×1.5箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.060 = 2.208 m3/sØ 2.0×1.5箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.

12、15 = 5.520 m3/sØ 2.0×2.0箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.25 = 9.200 m3/sØ 4.0×3.0箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×1.693 = 62.303 m3/sØ 2×（2.0×1.5）箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×0.500 = 18.400 m3/sØ 2×（2.0×2.0）箱涵Q = 0.278×0.75&

13、#215;176.5×0.725 = 26.680 m3/sØ 2×（3.0×2.0）箱涵Q = 0.278×0.75×176.5×1.212 = 44.602 m3/s(4) 各類型結構物過水能力計算Ø 土三角邊溝1. 土三角邊溝截面圖如下： 2. 通過曼寧公式計算可得土三角邊溝平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.033）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為

14、流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=1.25× 0.5÷2 = 0.3125 m2 L1= 0.707 + 0.901 = 1.608 m Rh1=A1 / L1 = 0.194 m S：邊溝縱坡，土三角邊溝最小縱坡值為S1 =0.5% 計算得出土三角邊溝最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.033×(0.194)2/3×（0.5%）1/2 = 0.72 (m/s) 3. 土三角邊溝的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m

15、2Q1 = V1 * A1 = 0.72×0.3125 = 0.225 m3/sØ 混凝土三角邊溝1.混凝土三角邊溝截面圖如下：2.通過曼寧公式計算可得混凝土三角邊溝平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=1.25× 0.5÷2 = 0.3125 m2 L1= 0.559 + 1.118 = 1.677 m

16、Rh1=A1 / L1 = 0.186 m S：邊溝縱坡，混凝土三角邊溝最小縱坡值為S1 =1.08% 計算得出混凝土三角邊溝最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.186)2/3×（1.08%）1/2 = 2.26 (m/s) 3.混凝土三角邊溝的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 2.26×0.3125 = 0.706 m3/sØ 混凝土矩形邊溝1.混凝土矩形邊溝截面圖如下：2.通過曼寧公

17、式計算可得混凝土矩形邊溝平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=0.6× 0.6 = 0.36 m2 L1= 0.6 + 0.6 + 0.6 = 1.8 m Rh1=A1 / L1 = 0.2 m S：邊溝縱坡，混凝矩形邊溝最小縱坡值為S1 =0.44% 計算得出混凝矩形邊溝最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2

18、= 1/0.015×(0.2)2/3×（0.44%）1/2 = 1.51 (m/s) 3.混凝矩形邊溝的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 1.51×0.36 = 0.54 m3/sØ 800管涵1. 800管涵截面圖如下：2.通過曼寧公式計算可得800管涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m

19、，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=3.14×0.4× 0.4 = 0.5024 m2 L1= 3.14×0.8 = 2.512 m Rh1=A1 / L1 = 0.2 m S：800管涵縱坡，800管涵最小縱坡值為S1 =0.5% 計算得出800管涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.2)2/3×（0.5%）1/2 = 1.61 (m/s) 3. 800管涵的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位

20、V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 1.61×0.5024 = 0.81 m3/sØ 1000管涵1. 1000管涵截面圖如下：2.通過曼寧公式計算可得1000管涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=3.14×0.5× 0.5 = 0.785 m2 L1=

21、3.14×1.0 = 3.14m Rh1=A1 / L1 = 0.25 m S：1000管涵縱坡，1000管涵最小縱坡值為S1 =0.5% 計算得出1000管涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.25)2/3×（0.5%）1/2 = 1.87 (m/s) 3. 1000管涵的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 1.87×0.785 = 1.47 m3/sØ 1.0×1.

22、0箱涵1、1.0×1.0箱涵截面圖如下：2、通過曼寧公式計算可得1.0×1.0箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=1.0×1.0 = 1.00 m2 L1=1.0 ×4= 4.00m Rh1=A1 / L1 = 0.25 m S：1.0×1.0箱涵縱坡，1.0×1.0箱涵最小縱坡值

23、為S1 =0.5% 計算得出1.0×1.0箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.25)2/3×（0.5%）1/2 = 1.87 (m/s) 3、 1.0×1.0箱涵的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 1.87×1.0= 1.87 m3/sØ 1.5×1.5箱涵1、1.5×1.5箱涵截面圖如下：2、通過曼寧公式計算可得1.5×1.5箱涵平

24、均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=1.5×1.5 = 2.25 m2 L1=1.5 ×4= 6.00m Rh1=A1 / L1 = 0.375 m S：1.5×1.5箱涵縱坡，1.5×1.5箱涵最小縱坡值為S1 =1.0% 計算得出1.5×1.5箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3

25、 * S11/2 = 1/0.015×(0.375)2/3×（1.0%）1/2 = 3.47 (m/s) 3、1.5×1.5箱涵的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 3.47×2.25= 7.81 m3/sØ 2.0×1.5箱涵1、2.0×1.5箱涵截面圖如下：2、通過曼寧公式計算可得2.0×1.5箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際

26、單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=2.0×1.5 = 3.00 m2 L1=1.5 ×2+2.0×2= 7.00m Rh1=A1 / L1 = 0.429 m S：2.0×1.5箱涵縱坡，2.0×1.5箱涵最小縱坡值為S1 =1.0% 計算得出2.0×1.5箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.429)2/3×

27、;（1.0%）1/2 = 3.79 (m/s) 3、2.0×1.5箱涵的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 3.79×3.00= 11.37 m3/sØ 2.0×2.0箱涵1、2.0×2.0箱涵截面圖如下：2、通過曼寧公式計算可得2.0×2.0箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半

28、徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=2.0×2.0 = 4.00 m2 L1=2.0×4= 8.00m Rh1=A1 / L1 = 0.5 m S：2.0×2.0箱涵縱坡，2.0×2.0箱涵最小縱坡值為S1 =0.5% 計算得出2.0×2.0箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.5)2/3×（0.5%）1/2 = 2.97 (m/s) 3、2.0×2.0箱涵的最小過水能力Q = V *

29、 A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 2.97×4.00= 11.88 m3/sØ 4.0×3.0箱涵1、4.0×3.0箱涵截面圖如下：2、通過曼寧公式計算可得4.0×3.0箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A

30、1=4.0×3.0 = 12.00 m2 L1=4.0×2+3.0×2= 14.00m Rh1=A1 / L1 = 0.857 m S：4.0×3.0箱涵縱坡，4.0×3.0箱涵最小縱坡值為S1 =1.0% 計算得出4.0×3.0箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.857)2/3×（1.0%）1/2 = 6.01 (m/s) 3、4.0×3.0箱涵的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A

31、：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 6.01×12.00= 72.12 m3/sØ 2×（2.0×1.5）箱涵1、2×（2.0×1.5）箱涵截面圖如下：2、通過曼寧公式計算可得2×（2.0×1.5）箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截面積和濕周長的比值。Rh=A/L， A為流體截面積，L為濕周長。 Rh1=A1/L1 A1=2×

32、2.0×1.5 = 6.00 m2 L1=2×（1.5×2+2.0×2）= 14.00m Rh1=A1 / L1 = 0.429 m S：2×（2.0×1.5）箱涵縱坡，2×（2.0×1.5）箱涵最小縱坡值為S1 =1.0% 計算得出2×（2.0×1.5）箱涵最小流速： V1 = K/n * Rh12/3 * S11/2 = 1/0.015×(0.429)2/3×（1.0%）1/2 = 3.79 (m/s) 3、2×（2.0×1.5）箱涵的最小過水能力Q = V * A 其中 Q：流量，以m3/S為單位 V：平均流速，以m/s 為單位 A：流體截面積，以m2Q1 = V1 * A1 = 3.79×6.00= 22.74 m3/sØ 2×（2.0×2.0）箱涵1、2×（2.0×2.0）箱涵截面圖如下：2、通過曼寧公式計算可得2×（2.0×2.0）箱涵平均流速V=K/n * Rh2/3 * S1/2 其中：V：平均流速，單位m/S. K：轉換常數(shù)，國際單位制中值為1 n: 曼寧系數(shù)（邊溝粗糙系素，查表得0.015）Rh：水力半徑，單位m，是流體截