混凝土桥课程设计.doc

1、. 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（200

2、5）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）(TB 10621-2009)； 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： 主梁内力计算 主梁预应力钢筋配置及验算 行车道板内力计算及设计 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

3、：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

4、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：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；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：列车竖向活载纵向计算采用ZK活载；列车竖向活载横向计算采用ZK特种活载； 横向摇摆力：取100kN集中荷载作用在最不利

5、位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢规顶面。人行道竖向静荷载：按5kN/m。（3）附加力：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；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：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；地震力：按铁路工程抗震设计规范办理，地震

6、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12-75和15-75；标准强度fpk=1860 MPa；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12-75的钢绞线，采用内径为90mm，外径为106mm的波纹

7、管；对规格为15-75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

8、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

9、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

10、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-112.19kNm）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

11、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D ZK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

12、，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；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 支座截面影响线图恒载作用时，对剪力影响线， 故，对弯矩影响线，故，ZK活载作用时，对剪力影响线，由，查表得

13、：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6.25mL/4截面L/2截面恒载9347.388610.48178.795662.224495.280ZK活载3631.573426.713308.622633.922202.531111.86最大剪力Q12978.9512037.1111487.418296.146697.811111.86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：kNm）主梁截面支点

14、截面距支座1.25m距支座1.982m距支座6.25mL/4截面L/2截面恒载011223.48 17368.8146905.3163534.9383709.56ZK活载04311.02 6727.2818409.5325307.1933728.95最大弯矩M015534.50 24096.0965314.8488842.12117438.51 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B1B