混凝土桥课程设计.doc
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混凝土桥课程设计计算书
第一章混凝土桥课程设计任务书
1.设计题目：
客运专线40m预应力混凝土双线简支箱梁设计
2.设计资料
（1）桥面布置如图1所示，桥面宽度：
12.6m；
（2）设计荷载：
ZK活载；
（3）桥面二恒：
190KN/m；
（4）主梁跨径：
主梁全长40m；
（5）结构尺寸图，根据预应力混凝土简支箱梁桥的构造要求设计，可参照图1。
图1桥面布置图
3.设计依据
（1）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；
（2）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005）；
（3）《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设函（2005）157号）；
（4）《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》（铁建设函（2003）205号）；
（5）《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）；
4.设计内容
（1）进行上部结构的构造布置并初步拟定各部分尺寸。
（2）主梁的设计：
<1>主梁内力计算
<2>主梁预应力钢筋配置及验算
<3>行车道板内力计算及设计
<4>绘制主梁设计图（包括主梁构造图和配筋图）
5.设计成果要求：
设计计算书：
设计计算说明书用Word文档或手写。
整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范的要求。
封面、任务书和计算说明书用A4纸张打印，按封面、任务书、计算说明书的顺序一起装订成册，交指导老师评阅。
图纸：
要求图面整洁美观，比例适当，图中字体采用仿宋体，严格按制图标准作图。
图幅为A3图。
第二章主梁纵向计算
一、设计依据及设计资料
1、设计依据：
（1）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；
（2）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）；
（3）《京沪高速铁路设计暂行规定》（铁建设函（2004）157号）。
2、设计条件：
（1）线路情况：
有砟桥面，双线，线间距5.8m；。
（2）环境类别及作用等级：
环境作用等级为L1级；
（3）施工方法：
支架现浇施工。
3.结构形式：
（1）截面类型为单箱单室等高度简支箱梁，直线梁，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加强；
（2）桥跨布置：
梁长为40m，计算跨度为38.5m；
（3）桥面宽度：
挡砟墙内侧净宽9.6m，挡砟墙宽0.2m；人行道宽1.3m，人行道采用悬臂板方式；上顶板宽为12.6m。
4、设计荷载：
（1）恒载：
①结构构件自重：
按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）第4.2.1条采用；
②附属设施（二期恒载）：
二期恒载包括桥上轨道线路设备自重、道砟、防水层、人行道栏杆、挡砟墙、电缆槽及盖板、电气化立柱等附属设施重量。
桥面二期恒载取190+815/1000=190.815KN/m。
（2）活载：
①列车竖向活载纵向计算采用ZK活载；
②列车竖向活载横向计算采用ZK特种活载；
③横向摇摆力：
取100kN集中荷载作用在最不利位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢规顶面。
④人行道竖向静荷载：
按5kN/m。
（3）附加力：
①风力：
风力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）第4.4.1条采用；
②结构温度变化影响力：
按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）办理，整体升降温25℃，纵向温度荷载按顶板升温5℃考虑。
横向计算按升温、降温两种情况考虑温度变化的影响力，其计算模式如下：
图1-1温度变化计算模式图
③列车制动力：
桥上列车制动力和牵引力按单线竖向静活载的10%计算。
（4）特殊荷载：
①脱轨荷载：
不计动力系数，亦不考虑离心力，只考虑一线脱轨荷载，其他线路上不作用列车活载；
②地震力：
按《铁路工程抗震设计规范》办理，地震基本烈度为七度。
5、材料：
（1）预应力钢筋：
采用高强度低松弛钢绞线，钢绞线公称直径为15.2mm，公称面积为140，规格为12-7φ5和15-7φ5；标准强度fpk=1860MPa；1000h后应力松弛率不大于4.5%。
（2）普通钢筋：
当钢筋直径大于等于10mm时，采用HRB335钢筋；当钢筋直径小于10mm时，采用Q235钢筋。
（3）混凝土：
现浇箱型梁采用C50混凝土，轴心抗压标准值为33.5MPa，轴心抗拉标准值为3.1MPa。
6、锚固及张拉体系：
后张法施加预应力。
采用OVM锚，进行两端张拉。
预应力管道采用塑料波纹管成孔，对规格为12-7φ5的钢绞线，采用内径为90mm，外径为106mm的波纹管；对规格为15-7φ5的钢绞线，采用内径为100mm，外径为116mm的波纹管。
管道摩擦系数=0.2，管道偏差系数k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为6mm。
7、混凝土及钢筋的各项数据：
（1）预应力钢绞线：
抗拉计算强度为，弹性模量为。
在主力作用下，破坏强度安全系数K=2.0，则钢绞线的抗拉强度设计值应为。
（2）普通钢筋：
对Q235钢筋，弹性模量为；在主力作用下，其容许应力为。
对HRB335钢筋，弹性模量为；在主力作用下，其容许应力为。
（3）混凝土：
对C50混凝土，弹性模量为；其弯曲受压及偏心受压时的容许应力，有箍筋及斜筋时的主拉应力容许值为，纯剪应力容许值为，局部承压应力容许值为（A为计算底面积，Ac为局部承压面积）。
预应力混凝土结构重度按26计，钢筋混凝土结构重度按25计。
二、结构尺寸拟定
1、梁高：
由于设计受到中—活载强度、工后徐变等多方面制约，梁高经过反复比选，最后确定为3.2m等高度梁。
2、上翼缘
（1）翼缘宽度：
上翼缘悬臂宽度为3100mm，两腹板间宽度为5286mm。
（2）翼缘厚度：
按构造要求，顶板厚度不得小于200mm。
故对人行道，受力较小，顶板厚度取为240mm；对行车道板，受力较大，在跨中顶板厚度取为340mm，在支点处则增大至750mm。
3、腹板
为保证腹板能够承受相应的剪力，构造上要求腹板厚度不得小于150mm。
同时，为了能够在腹板中布置预应力钢束，取跨中腹板厚度为550mm，支座处腹板厚度则增大至1060mm。
受弯构件的翼缘应在与腹板相交处设置梗肋。
上、下翼缘梗肋之间的腹板高度，当无预应力竖筋时，不应大于腹板厚度的15倍。
故取上、下梗肋之间的腹板高度为1910mm。
4、下翼缘
按构造要求，底板厚度不得小于200mm，且在箱梁的端部必须设置横隔板。
故在跨中，底板厚度取为300mm，在支点处由于抗剪、抗弯的要求则增大至850mm。
对于桥面的布置，可见下图：
图2-1桥面布置图
三、荷载内力计算
1、恒载
（1）梁体自重g1：
用CAD软件对跨中截面和支座截面进行面域计算可得：
窄段截面（跨中截面）面积：
；
宽段截面（支座截面）面积：
所以，
取主梁的一半为研究对象，设宽段长度为7m，窄段长度为13m，窄段截面在距支座中心线6.25m处开始发生变化，至距支座中心线1.25m处变化成宽段截面。
由于主梁伸出支座段（伸出长度为0.75m）对于减小跨中截面弯矩有利，且其对支座截面产生的负弯矩（约为-112.19kN·m）也不是很大，所以，在计算主梁纵向受力时，忽略这部分恒载的作用。
则：
不均匀值：
%=35.3%
按照《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）第4.2.1条第四点的规定，当全跨度上的竖向恒载不均匀时，但实际的不均匀值与平均值相差不大于平均值的10%时，可按均匀计算。
由于此处的不均匀值已经超过10%，故不能采用均匀值计算。
此时，应采用对影响线分段加载的方法进行计算。
根据其竖向恒载的变化，可分三段加载，其加载情况如下图：
图3.3恒载分段加载示意图（单位：
mm）
，其加载长度为26m；
，其加载长度均为6.25m。
（2）附属设施（二期恒载）：
（3）恒载内力计算公式：
由于一恒分三段加载，故恒载计算值也应分三段累加，其值计算如下：
此时，恒载内力计算公式应为：
式中，、、分别为各恒载加载段对应的影响线面积。
2、活载（ZK活载）
（1）活载采用值：
活载采用ZK活载，其换算均布荷载可在《京沪高速铁路设计暂行规定》（铁建设函（2004）157号）“附录DZK标准活载的换算均布荷载值”中查得。
（2）列车活载冲击系数：
计算剪力时，；
计算弯矩时，，为梁的加载长度（m）。
对于本桥，
计算时为了偏于安全，都取1.100。
（3）活载内力计算公式：
活载内力采用换算均布活载在影响线上加载计算求得，此外，根据《京沪高速铁路设计暂行规定》（铁建设函（2004）157号）第6.2.9条第1点的规定，对于单线和双线的桥梁结构，各线均应计入ZK活载作用。
故，内力计算公式为：
式中，为列车活载动力系数，计算剪力和弯矩时使用不同的值；K为ZK活载换算均布荷载值；Ω为加载范围内同号影响线面积。
3、弯矩及剪力计算
（1）对支座截面，
其剪力、弯矩影响线如下图：
图3.4支座截面影响线图
①恒载作用时，
对剪力影响线，
故，
对弯矩影响线，
故，
②ZK活载作用时，
对剪力影响线，
由，查表得：
故，
对弯矩影响线，
故，
对距支座1.25m，1.982m，6.25m的变截面，以及和处进行类似计算，计算结果列于下表：
表3-1最大剪力表（单位：
kN）
主梁截面
支点截面
距支座1.25m
距支座1.982m
距支座6.25m
L/4截面
L/2截面
恒载
9347.38
8610.4
8178.79
5662.22
4495.28
0
ZK活载
3631.57
3426.71
3308.62
2633.92
2202.53
1111.86
最大剪力Q
12978.95
12037.11
11487.41
8296.14
6697.81
1111.86
说明：
上表已计入ZK活载动力系数1.100。
表3-2最大弯矩表（单位：
kN·m）
主梁截面
支点截面
距支座1.25m
距支座1.982m
距支座6.25m
L/4截面
L/2截面
恒载
0
11223.48
17368.81
46905.31
63534.93
83709.56
ZK活载
0
4311.02
6727.28
18409.53
25307.19
33728.95
最大弯矩M
0
15534.50
24096.09
65314.84
88842.12
117438.51
说明：
上表已计入ZK活载动力系数1.100。
4、内力组合：
本次计算只考虑主力的内力组合，且未考虑支座不均匀沉降对桥梁受力的影响。
此时，内力组合（主力）：
自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变。
四、钢束布置
由已给图纸可知钢束具体布置数据如下：
表4-1钢束竖弯平弯信息
钢束号
B1
B
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