混凝土橋課程設(shè)計(jì)

1、混凝土橋課程設(shè)計(jì)計(jì)算書第一章 混凝土橋課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 設(shè)計(jì)題目： 客運(yùn)專線 40m 預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡(jiǎn)支箱梁設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)資料（1）橋面布置如圖 1 所示，橋面寬度： 12.6m；（2）設(shè)計(jì)荷載： ZK 活載；（3）橋面二恒： 190KN/m ；（4）主梁跨徑：主梁全長(zhǎng) 40m；（5）結(jié)構(gòu)尺寸圖，根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁橋的構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，可參照?qǐng)D1圖 1 橋面布置圖3. 設(shè)計(jì)依據(jù)（1）鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （ TB10002.1-2005 ）；（2）鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 TB10002.3-2005 ）；（3）鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 （鐵建設(shè)函（ 2005

2、）157 號(hào)）；（4）新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 （鐵建設(shè)函（ 2003）205 號(hào)）；（5）高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行） （TB 10621-2009） ；4. 設(shè)計(jì)內(nèi)容1）進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造布置并初步擬定各部分尺寸（2）主梁的設(shè)計(jì)：<1> 主梁內(nèi)力計(jì)算<2> 主梁預(yù)應(yīng)力鋼筋配置及驗(yàn)算<3> 行車道板內(nèi)力計(jì)算及設(shè)計(jì)<4> 繪制主梁設(shè)計(jì)圖（包括主梁構(gòu)造圖和配筋圖）5. 設(shè)計(jì)成果要求：設(shè)計(jì)計(jì)算書： 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書用 Word 文檔或手寫。整個(gè)說明書應(yīng)滿足計(jì)算過程完整、計(jì)算步驟清 楚、文字簡(jiǎn)明、符號(hào)規(guī)范的要求。封面、任務(wù)書和計(jì)算說明書用 A4 紙張

3、打印，按封面、任務(wù)書、計(jì)算說明 書的順序一起裝訂成冊(cè)，交指導(dǎo)老師評(píng)閱。圖紙： 要求圖面整潔美觀，比例適當(dāng)，圖中字體采用仿宋體，嚴(yán)格按制圖標(biāo)準(zhǔn)作圖。圖幅為A3 圖第二章 主梁縱向計(jì)算一、設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)資料1、設(shè)計(jì)依據(jù)：（1）鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （ TB10002.1-2005 ）；（2）鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （TB10002.3-2005 ）；（3）京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 （鐵建設(shè)函（ 2004）157 號(hào) ）。2、設(shè)計(jì)條件：（1）線路情況：有砟橋面，雙線，線間距 5.8m；。（2）環(huán)境類別及作用等級(jí)：環(huán)境作用等級(jí)為 L1 級(jí)；（3）施工方法：支架現(xiàn)澆施工。3. 結(jié)構(gòu)

4、形式：（1）截面類型為單箱單室等高度簡(jiǎn)支箱梁，直線梁，梁端頂板、底板及腹板局部向內(nèi)側(cè)加強(qiáng)；（2）橋跨布置：梁長(zhǎng)為 40m，計(jì)算跨度為 38.5m；3）橋面寬度：擋砟墻內(nèi)側(cè)凈寬 9.6m，擋砟墻寬 0.2m；人行道寬 1.3m，人行道采用懸臂板方式；上頂板寬為 12.6m4、設(shè)計(jì)荷載：（1）恒載： 結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重：按鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （TB10002.1-2005）第 4.2.1 條采用； 附屬設(shè)施（二期恒載）：二期恒載包括橋上軌道線路設(shè)備自重、 道砟、防水層、人行道欄桿、 擋砟墻、 電纜槽及蓋板、電氣化立柱等附屬設(shè)施重量。橋面二期恒載取 190+815/1000=190.815KN/m 。（

5、2）活載： 列車豎向活載縱向計(jì)算采用 ZK 活載； 列車豎向活載橫向計(jì)算采用 ZK 特種活載； 橫向搖擺力：取 100kN 集中荷載作用在最不利位置，以水平方向垂直線路中線作用于鋼規(guī)頂面 人行道豎向靜荷載：按 5kN/m 。（3）附加力： 風(fēng)力：風(fēng)力按鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （TB10002.1-2005 ）第 4.4.1條采用； 結(jié)構(gòu)溫度變化影響力：按鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （TB10002.1-2005 ）辦理，整體升降溫 25，縱向溫度荷載按頂板升溫 5考慮。橫向計(jì)算按升溫、降溫兩種情況考慮溫度變化的影響力，其計(jì)算模式如下：圖 1-1 溫度變化計(jì)算模式圖 列車制動(dòng)力：橋上列車制動(dòng)力和牽引力按

6、單線豎向靜活載的 10%計(jì)算。（4）特殊荷載： 脫軌荷載：不計(jì)動(dòng)力系數(shù)，亦不考慮離心力，只考慮一線脫軌荷載，其他線路上不作用列車活載； 地震力：按鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范辦理，地震基本烈度為七度。5、材料：2（1）預(yù)應(yīng)力鋼筋：采用高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，鋼絞線公稱直徑為15.2mm ，公稱面積為 140 mm2 ，規(guī) 格為 12-7 5和15-7 5；標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 fpk=1860 MPa ；1000h 后應(yīng)力松弛率不大于 4.5%。（2）普通鋼筋：當(dāng)鋼筋直徑大于等于 10mm 時(shí)，采用 HRB335 鋼筋；當(dāng)鋼筋直徑小于 10mm 時(shí)，采 用 Q235 鋼筋。（3）混凝土：現(xiàn)澆箱型梁采用 C50 混凝土

7、，軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)值為 33.5MPa，軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)值為 3.1MPa。6、錨固及張拉體系：后張法施加預(yù)應(yīng)力。 采用 OVM 錨，進(jìn)行兩端張拉。預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管成孔， 對(duì)規(guī)格為 12-7 5 的鋼絞線，采用內(nèi)徑為 90mm ，外徑為 106mm 的波紋管；對(duì)規(guī)格為 15-7 5 的鋼絞線，采用內(nèi)徑為 100mm ， 外徑為 116mm 的波紋管。管道摩擦系數(shù) =0.2 ，管道偏差系數(shù) k=0.0015 ，錨具變形和鋼束回縮量為 6mm。7、混凝土及鋼筋的各項(xiàng)數(shù)據(jù)：（1）預(yù)應(yīng)力鋼絞線：抗拉計(jì)算強(qiáng)度為 fp 0.9 f pk 1674MPa ，彈性模量為 Ep 1.95 105MPa 。在主力

8、 作用下，破壞強(qiáng)度安全系數(shù) K=2.0，則鋼絞線的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)為 fptd fp 837MPa 。ptd K（2）普通鋼筋：對(duì) Q235 鋼筋，彈性模量為 Es 2.1 105MPa ；在主力作用下，其容許應(yīng)力為 s 130 MPa 。對(duì) HRB335鋼筋，彈性模量為 Es 2.0 105MPa ；在主力作用下，其容許應(yīng)力為 s 180MPa 。（3）混凝土：對(duì) C50 混凝土，彈性模量為 Ec 3.55 104 MPa ；其彎曲受壓及偏心受壓時(shí)的容許應(yīng)力 b 16.8MPa ，有箍筋及斜筋時(shí)的主拉應(yīng)力容許值為 tp1 2.79MPa ，純剪應(yīng)力容許值為 c 1.55MPa ， 局部承壓應(yīng)

9、力容許值為 c1 13.4 AA （A為計(jì)算底面積， Ac為局部承壓面積）。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)重度按 26 kN / m3計(jì)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)重度按 25kN /m3計(jì)。二、結(jié)構(gòu)尺寸擬定1、梁高：由于設(shè)計(jì)受到中 活載強(qiáng)度、 工后徐變等多方面制約， 梁高經(jīng)過反復(fù)比選， 最后確定為 3.2m 等高度梁。2、上翼緣（1）翼緣寬度：上翼緣懸臂寬度為 3100mm，兩腹板間寬度為 5286mm 。（2）翼緣厚度：按構(gòu)造要求，頂板厚度不得小于 200mm 。故對(duì)人行道，受力較小，頂板厚度取為 240mm ；對(duì)行車道 板，受力較大，在跨中頂板厚度取為 340mm ，在支點(diǎn)處則增大至 750mm 。3、腹板為保證

10、腹板能夠承受相應(yīng)的剪力，構(gòu)造上要求腹板厚度不得小于 150mm 。同時(shí)，為了能夠在腹板中 布置預(yù)應(yīng)力鋼束，取跨中腹板厚度為 550mm ，支座處腹板厚度則增大至 1060mm 。受彎構(gòu)件的翼緣應(yīng)在與腹板相交處設(shè)置梗肋。上、下翼緣梗肋之間的腹板高度，當(dāng)無預(yù)應(yīng)力豎筋時(shí)， 不應(yīng)大于腹板厚度的 15 倍。故取上、下梗肋之間的腹板高度為 1910mm 。4、下翼緣按構(gòu)造要求，底板厚度不得小于 200mm ，且在箱梁的端部必須設(shè)置橫隔板。故在跨中，底板厚度取為 300mm ，在支點(diǎn)處由于抗剪、抗彎的要求則增大至 850mm 。對(duì)于橋面的布置，可見下圖：圖 2-1 橋面布置圖三、荷載內(nèi)力計(jì)算1、恒載（1）梁

11、體自重 g1：用 CAD 軟件對(duì)跨中截面和支座截面進(jìn)行面域計(jì)算可得： 窄段截面（跨中截面）面積： A窄 94130.91cm2 ； 寬段截面（支座截面）面積： A 寬 153418.09cm2 所以， g1窄 A窄 94130.91 10-4 26 244.7404kN /m-4g1寬 A寬 153393.19 10-4 26 398.8222kN /m取主梁的一半為研究對(duì)象，設(shè)寬段長(zhǎng)度為 7m，窄段長(zhǎng)度為 13m ，窄段截面在距支座中心線 6.25m 處 開始發(fā)生變化，至距支座中心線 1.25m 處變化成寬段截面。由于主梁伸出支座段（伸出長(zhǎng)度為 0.75m）對(duì) 于減小跨中截面彎矩有利，且其對(duì)

12、支座截面產(chǎn)生的負(fù)彎矩（約為 -112.19kN ·m ）也不是很大，所以，在計(jì) 算主梁縱向受力時(shí)，忽略這部分恒載的作用。則：g 2 g1窄l窄 g1寬l寬2 244.7404 13 398.8222 6.25 294.767kN /mL38.5不均勻值：398.8222- 294.767100 %=35.3%294.767按照鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （TB10002.1-2005）第 4.2.1 條第四點(diǎn)的規(guī)定，當(dāng)全跨度上的豎向恒載 不均勻時(shí)，但實(shí)際的不均勻值與平均值相差不大于平均值的10%時(shí)，可按均勻計(jì)算。由于此處的不均勻值已經(jīng)超過 10%，故不能采用均勻值計(jì)算。此時(shí)，應(yīng)采用對(duì)影響線

13、分段加載的方法進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)其豎向恒載的變化，可分三段加載，其加載情況如下圖：圖 3.3 恒載分段加載示意圖（單位： mm ）g1 g1窄 244.74kN /m ，其加載長(zhǎng)度為 26m；g1 g1 g1寬 398.83kN / m ，其加載長(zhǎng)度均為 6.25m。（2）附屬設(shè)施（二期恒載） g2 ：g2 190.815kN /m（3）恒載內(nèi)力計(jì)算公式：由于一恒分三段加載，故恒載計(jì)算值也應(yīng)分三段累加，其值計(jì)算如下：g g1 g2 244.740 190.815 435.555kN / mg' g1' g2 398.822190.815589.63k7N/ mg g 1 g2 39

14、8.822190.815589.63k7N/m 此時(shí)，恒載內(nèi)力計(jì)算公式應(yīng)為： N g' 1 g 2 g'' 3式中，3分別為各恒載加載段對(duì)應(yīng)的影響線面積2、活載（ ZK 活載）（1）活載采用值：活載采用 ZK活載，其換算均布荷載可在 京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 （鐵建設(shè)函（ 2004）157 號(hào)）“附 錄 D ZK 標(biāo)準(zhǔn)活載的換算均布荷載值 ”中查得。（2）列車活載沖擊系數(shù)：計(jì)算剪力時(shí)，計(jì)算彎矩時(shí)，對(duì)于本橋，0.9961.4940.913 ；0.851 ，L 為梁的加載長(zhǎng)度（ m ）0.99638.5 0.20.9131.0790.851 1.10038.5 0.2計(jì)算時(shí)

15、為了偏于安全，都取 1.100（3）活載內(nèi)力計(jì)算公式：活載內(nèi)力采用換算均布活載在影響線上加載計(jì)算求得，此外，根據(jù)京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（鐵建設(shè)函（2004）157號(hào)）第 6.2.9條第 1點(diǎn)的規(guī)定，對(duì)于單線和雙線的橋梁結(jié)構(gòu)， 各線均應(yīng)計(jì)入 ZK活載作用。故，內(nèi)力計(jì)算公式為： N 2K式中， 為列車活載動(dòng)力系數(shù)，計(jì)算剪力和彎矩時(shí)使用不同的值； K為 ZK活載換算均布荷載值； 為 加載范圍內(nèi)同號(hào)影響線面積。3、彎矩及剪力計(jì)算（1）對(duì)支座截面，其剪力、彎矩影響線如下圖：圖 3.4 支座截面影響線圖 恒載作用時(shí)，對(duì)剪力影響線，1 (1 32.25) 6.25 5.7427m2 38.5(32.25

16、6.25) 26 13.0000m38.5 38.56.25 6.2538.50.5073m故， Q0.000 g589.637 5.7427 435.555 13.0000 589.637 0.5073 9347.38kN 對(duì)彎矩影響線， 1 2 3 0m2故， M0.000 g' 1 g 2 g'' 3 0kN m ZK活載作用時(shí)，對(duì)剪力影響線，11 38.5 19.25m287.12 84.93由 L 38.5m, 0 ，查表得： K 87.12 (38.5 36.0) 85.7513kN /m 40.0 36.0故， Q0.000 1 2K 1.100 2 85

17、.7513 19.25 3631.57 kN對(duì)彎矩影響線，20m2故， M 0.000 2 2K 0.0000kN m對(duì)距支座 1.25m，1.982m，6.25m的變截面，以及 L和L 處進(jìn)行類似計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列于下表 ：42表 3-1 最大剪力表（單位： kN ）主梁截面支點(diǎn)截面距支座 1.25m距支座 1.982m距支座6.25mL/4截面L/2截面恒載9347.388610.48178.795662.224495.280ZK活載3631.573426.713308.622633.922202.531111.86最大剪力Q12978.9512037.1111487.418296.1466

18、97.811111.86說明：上表已計(jì)入 ZK 活載動(dòng)力系數(shù) 1.100表 3-2 最大彎矩表(單位： kN ·m )主梁截面支點(diǎn)截面距支座 1.25m距支座 1.982m距支座 6.25mL/4截面L/2截面恒載011223.4817368.8146905.3163534.9383709.56ZK活載04311.026727.2818409.5325307.1933728.95最大彎矩M015534.5024096.0965314.8488842.12117438.51說明：上表已計(jì)入 ZK 活載動(dòng)力系數(shù) 1.1004、內(nèi)力組合：本次計(jì)算只考慮主力的內(nèi)力組合，且未考慮支座不均勻沉降

19、對(duì)橋梁受力的影響 此時(shí)，內(nèi)力組合(主力) ：自重二期恒載預(yù)加力 +收縮徐變。四、鋼束布置由已給圖紙可知鋼束具體布置數(shù)據(jù)如下：表 4-1 鋼束豎彎平彎信息鋼束號(hào)B1B2B2'F1F2F3F4F5F6F7F8豎彎彎起角度 (°)36433334444曲率半徑 R(m)8101515151515151588平彎彎起角度 (°)140.330.85333曲率半徑 R(m)2020202020202020202020表 4-2 鋼束豎彎起彎點(diǎn)至跨中距離計(jì)算表鋼束號(hào)彎起高度彎起角度曲率半徑L1(mm)y2(mm)y1(mm)x3(mm)x2(mm)x1(mm)y(mm)(

20、76;)R(mm )B110038000194010.96489.0361730.800418.68817140.513B2480610000424054.781425.2193718.7931045.28514525.922B2'480415000654036.539443.4616017.4641046.34712226.188F1,F26103150001119020.557589.44310797.749785.0397707.211F3,F48403150001399020.557819.44313597.749785.0394907.211F5,F6107041500016

21、49036.5391033.46115967.4641046.3472276.188F7,F81300480001849019.4881280.51218211.314558.052520.634表 4-3 各計(jì)算截面的鋼束位置及鋼束群重心位置計(jì)算表(單位： mm )截面鋼束號(hào)x4R(m m)彎起高度 y(mm)x5x5 tana0aiap四分點(diǎn)B1未彎起150150643.610B2未彎起150150B2'未彎起150150F1、F26109665506.521350453.479F3、F48409665506.521550883.479F5、F610709665675.843750

22、1144.157F7、F813009665675.8439501574.157距支座6.25mB1未彎起150150764.626B2未彎起150150B2'80015000150171.349F1,F26106290329.645350630.355F3,F48406290329.6455501060.355F5,F610706290439.8407501380.160彎鋼束起彎距離計(jì)算表F7,F813006290439.8409501810.160距支座1.982 mB11248000150150.961989.861B24802022212.521150417.479B2'

23、;4802022141.392150488.608F1,F26102022105.969350854.031F3,F48402022105.9695501284.031F5,F610702022141.3927501678.608F7,F813002022141.3929502108.608距支座1.25mB1100129067.606150182.3941036.939B24801290135.584150494.416B2'480129090.206150539.794F1,F2610129067.606350892.394F3,F4840129067.6065501322.394

24、F5,F61070129090.2067501729.794F7,F81300129090.2069502159.794支點(diǎn)B1100402.096150247.9041119.362B2480404.204150625.796B2'480402.797150627.203F1,F2610402.096350957.904F3,F4840402.0965501387.904F5,F61070402.7977501817.203F7,F81300402.7979502247.203曲率表 4-4 平 點(diǎn)至跨中彎起高度z(mm)彎起角度半徑(°)R(mmL1(mm)z2(mm)z

25、1(mm)x3(mm)x2(mm)x1(mm)束長(zhǎng)度計(jì)算F14712000022903.04643.9542115.489349.04816825.463表表F2265420000379048.719216.2813093.2861395.12914801.585F3110.32000022900.27410.7262237.641104.71916947.640F4231320000379027.409203.5913266.9991046.71914976.282F5230.852000022902.20120.7992141.661296.69516851.644F61973200003

26、79027.409169.5913266.9991046.71914976.282F797320000229027.40969.5911766.9991046.71916476.282F8163320000379027.409135.5913266.9991046.71914976.282鋼束號(hào)半徑R(mm)彎起角度(°)曲線長(zhǎng)度(cm)靠近錨固端 直線段長(zhǎng)度 (cm)直線長(zhǎng)度(cm)有效長(zhǎng)度(cm)鋼束預(yù)留長(zhǎng)度(cm)鋼束長(zhǎng)度(cm)B18000341.89173.321714.053858.511504008.51B2100006104.72373.931452.593862.4

27、81504012.48B2'150004104.72603.221222.623861.111504011.11F1,F215000378.541081.26770.723861.041504011.04F3,F415000378.541361.64490.723861.801504011.80F5,F6150004104.721600.65227.623865.971504015.97F7,F88000455.851825.5852.063866.981504016.98五、截面幾何特性計(jì)算1、計(jì)算毛截面的截面特性利用 CAD 軟件計(jì)算控制截面的毛截面截面特性(1)1/4L 截面1/

28、4L 截面的截面尺寸圖如下：圖 5.1 1/4L 截面圖(單位： mm )利用 CAD創(chuàng)建面域，計(jì)算得到如下結(jié)果： (單位： dm)面域面積:1050.3651周長(zhǎng) :431.0627邊界框:X: 0.0000 - 126.0000Y: 0.0000 - 32.0000質(zhì)心:X: 63.0000Y: 19.4582慣性矩:X: 530765.5136Y: 5077713.2348慣性積:XY: 1287605.8477旋轉(zhuǎn)半徑 :X: 22.4792Y: 69.5287 主力矩與質(zhì)心的 X-Y 方向 :I: 133075.6854 沿 1.0000 0.0000J: 908814.0038 沿

29、 0.0000 1.0000 對(duì)距支座 6.25m，1.982m，1.25m 變截面，以及跨中截面進(jìn)行相似計(jì)算2、計(jì)算毛截面各分塊的截面特性利用 CAD 軟件計(jì)算控制截面的毛截面各分塊的截面特性。 （1）跨中截面：上翼緣部分（包括上翼緣板和上承托） ， 用于計(jì)算的 CAD 面域圖如下：圖 5.5 上翼緣部分截面圖（單位： dm ）執(zhí)行操作后，可得到如下結(jié)果：面積:509.3400周長(zhǎng):258.5557邊界框:X: 0.0000 - 126.0000Y: 0.0000 - 6.9000質(zhì)心:X: 63.0000Y: 4.1535慣性矩:X: 9990.2376Y: 2630809.6982慣性積

30、:XY: 133279.8327旋轉(zhuǎn)半徑:X: 4.4288Y: 71.8689面域主力矩與質(zhì)心的 X-Y 方向 :I: 1203.2504 沿 1.0000 0.0000J: 609239.2382 沿 0.0000 1.0000 下翼緣部分（包括下翼緣板和下承托） ，用于計(jì)算的 CAD 面域圖如下：執(zhí)行操作后，可得到如下結(jié)果：58.2776面域 面積:217.4922周長(zhǎng):127.9522邊界框:X: 0.0000質(zhì)心:X: 29.1388Y: 2.1219慣性矩:X: 1440.0330Y: 259909.1644慣性積:XY: 13447.4210旋轉(zhuǎn)半徑:X: 2.5731Y: 34

31、.5692主力矩與質(zhì)心的X-Y 方向 :I: 460.7892 沿 1.0000 0.0000J: 75243.0610 沿 0.0000 1.0000Y: 0.00006.0000對(duì) 1/4L 截面，距支座 6.25m，1.982m ，1.25m 的變截面進(jìn)行類似計(jì)算3、計(jì)算各控制截面的幾何特性 由于本橋采用滿堂支架現(xiàn)澆施工，所以在本設(shè)計(jì)中，需要計(jì)算傳力錨固（預(yù)加應(yīng)力）階段和使用荷載 作用階段（運(yùn)營(yíng)階段）的截面應(yīng)力，以考察箱梁在彈性階段的工作狀態(tài)是否正常。按鐵路橋規(guī)第 6.3.1 條的規(guī)定，計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)截面應(yīng)力時(shí)，對(duì)于后張法結(jié)構(gòu)，在鋼筋管道 內(nèi)壓注水泥漿以前，應(yīng)采用被管道削弱的靜混凝

32、土并計(jì)入非預(yù)應(yīng)力鋼筋后的換算截面（即凈截面） （注：對(duì) 于配置較少非預(yù)應(yīng)力鋼筋的構(gòu)件（一般指不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的構(gòu)件）計(jì)算換算截面時(shí)，可不考慮非預(yù)應(yīng)力 鋼筋）；在建立了鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力后，則采用全部換算截面（但對(duì)受拉構(gòu)件、受彎及大偏心受壓構(gòu) 件中運(yùn)營(yíng)荷載作用時(shí)的受拉區(qū)，不計(jì)管道部分） 。所以，對(duì)預(yù)加應(yīng)力階段，作用有預(yù)壓力和梁自重，因還未 壓漿，受力構(gòu)件按凈截面計(jì)算；對(duì)運(yùn)營(yíng)階段，作用有梁自重、預(yù)應(yīng)力、二期恒載和活載，受力構(gòu)件按成橋 后的換算截面計(jì)算（計(jì)管道部分，截面全截面受壓） 。（1）截面面積及慣性矩計(jì)算采用前面已經(jīng)計(jì)算得到的換算截面來近似計(jì)算截面面積和慣性矩。 在預(yù)加應(yīng)力階段，凈截面面積

33、Aj A A凈截面慣性矩 I j IIi A ( yjs yi)2式中， A、I混凝土毛截面面積和慣性矩；Ii管道自身慣性矩之和；A管道總面積(成孔總面積) ；yjs凈截面重心到主梁上緣的距離， yjs= Si/ Ai；yi分塊面積重心到主梁上緣的距離計(jì)算中，成孔面積 A 1010.62 2011.6 2 2996.14cm244 在運(yùn)營(yíng)階段，換算截面面積A0 A (np 1) Ap換算截面慣性矩 I0 I (np 1) Ap ( y0s yi)2式中， Ap預(yù)應(yīng)力鋼筋總面積；y0s換算截面重心到主梁上緣的距離；np預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量之比，即npEpEc51.95 1053.5

34、5 1045.49。計(jì)算中， Ap 420 140 58800mm2 588cm2根據(jù)以上計(jì)算方法，可計(jì)算各截面的截面特性。2) 截面靜距計(jì)算預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土在預(yù)加應(yīng)力階段和運(yùn)營(yíng)階段都要產(chǎn)生剪應(yīng)力，這兩個(gè)階段的剪應(yīng)力應(yīng)該疊加。在每一階段中，凡是中心軸位置和截面突變處的剪應(yīng)力，都需要計(jì)算。在傳力錨固階段和運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)計(jì)算的截支點(diǎn)截面及變截面圖 5.17 靜距計(jì)算圖式在傳力錨固階段，凈截面的中性軸（稱凈軸）位置產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力，應(yīng)該與運(yùn)營(yíng)階段在凈軸位置 產(chǎn)生的剪應(yīng)力疊加；在運(yùn)營(yíng)階段，換算截面的中性軸（稱換軸）位置產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力，應(yīng)該與傳力錨固階段在換軸位 置產(chǎn)生的剪應(yīng)力疊加。故對(duì)每一個(gè)荷載作用階段

35、，需要計(jì)算四個(gè)位置的剪應(yīng)力，即需計(jì)算下面幾種情況的靜距：a a-a 線以上（或以下）的面積對(duì)中性軸（凈軸和換軸）的靜距；b b-b 線以上（或以下）的面積對(duì)中性軸（凈軸和換軸）的靜距；c凈軸（ j-j ）以上（或以下）的面積對(duì)中性軸（凈軸和換軸）的靜距；d換軸（ 0-0 ）以上（或以下）的面積對(duì)中性軸（凈軸和換軸）的靜距； 根據(jù)上述方法可計(jì)算各截面的靜矩。3）截面幾何特性總表將計(jì)算結(jié)果匯總于下表。表 5-1 控制截面幾何特性計(jì)算總表名稱符號(hào)單位截面跨中四分點(diǎn)距支座 6.25m距支座 1.982m距支座 1.25m支座混凝土凈截面凈面積Aj2 cm91134.77102040.37106358.

36、80129282.51143793.70150397.05凈慣性矩Ij4 cm1179962002.381277943201.771317745410.511633302005.041760914567.571809574814.50凈軸到截面上緣距離yjscm116.06121.58123.63133.54136.99138.31凈軸到截面下緣距離yjxcm203.94198.42196.37186.46183.01181.69截面抵抗矩上緣Wjs3 cm10166436.6210511431.4710659054.5712230412.7112854551.7813083937.19下緣W

37、jx3 cm5785955.7836440483.5936710415.6268759732.6189621833.5169959412.673對(duì)凈軸靜矩上翼緣部分Sa-j3 cm4512725.024897989.885048905.176237033.436825477.427169924.17凈軸以上部分Sj-j3 cm4636104.075110840.205304343.576646548.067313131.947692991.82換軸以上部分S0-j3 cm4631230.725107027.845301203.466645220.297312175.647692290.53下翼

38、緣部分Sb-j3 cm3591401.913746015.223845205.365175436.636207346.506636985.51鋼束群重心到凈軸距離ejcm160.36134.06119.9187.4779.3269.76混凝土換算截面換算面積A02 cm96772.77107678.37111996.80134920.51149431.70156035.05換算慣性矩I04 cm1316848904.971374457041.711395274367.641675116073.601795485831.141836404278.00換軸到截面上緣距離y0scm125.42128

39、.61129.68137.22140.00140.84換軸到截面下緣距離y0xcm194.58191.39190.32182.78180.00179.16截面抵抗矩上緣W0s3 cm10499661.3910686771.410759070.0312207562.6112825049.7213038686.69下緣W0x3 cm6767586.0777181556.6327331338.6649164634.0859974829.98710250236.1對(duì)換軸靜矩上翼緣部分Sa-03 cm4512725.025266874.255370073.326459938.557023508.6573

40、46703.77凈軸以上部分Sj-03 cm5075359.935536696.945682154.606916089.647554353.177908076.59換軸以上部分S0-03 cm5166443.615540509.315685294.716917417.417555309.477908777.87下翼緣部分Sb-03 cm4288610.124142927.854136130.245418063.856423009.936836959.81鋼束群重心到換軸距離e0cm151.01127.03113.8583.7976.3167.22六、截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算：對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁，應(yīng)按破壞

41、階段法進(jìn)行抗彎強(qiáng)度計(jì)算，以保證結(jié)構(gòu)破壞時(shí)有足 夠的安全度?？箯潖?qiáng)度計(jì)算包括正截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算和斜截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算，由于還 未進(jìn)行箍筋配筋計(jì)算，此處僅計(jì)算正截面抗彎強(qiáng)度。因跨中截面和四分點(diǎn)截面受外荷 載作用的彎矩較大，故檢算這兩個(gè)截面就可保證全梁的正截面抗彎強(qiáng)度。1、跨中正截面強(qiáng)度計(jì)算（1）等效截面計(jì)算：由“五、截面特性計(jì)算 ”的計(jì)算知，上翼緣部分的面積為 A0 50934cm2。設(shè)頂板的等效厚度為 hf ，有效寬度為 bf 1260cm ，則：由面積相等，有： bf hf A0A 50934.00所以， hf A0 50934.00 40.424cm ，計(jì)算時(shí)取 hf=40.4cm 。f bf

42、1260此時(shí)，等效截面的梁高取為 h=314.2cm ，較實(shí)際梁高 3.2m 是偏于安全的。 等效截面如下圖：圖 20 等效工形截面圖（單位： mm ）（2）抗彎強(qiáng)度計(jì)算：因本梁采用全預(yù)應(yīng)力，未配置非預(yù)應(yīng)力鋼筋作為受力主筋，故不容許截面上下翼 緣出現(xiàn)拉應(yīng)力。根據(jù)鐵路橋規(guī)第 6.2.3 條中關(guān)于翼緣處于受壓區(qū)的工字形截面受彎構(gòu)件的計(jì)算規(guī)定，可有：假定受壓區(qū)高度為 x，則：C50 混凝土軸心抗壓極限強(qiáng)度 fc 33.5MPa ， 預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉計(jì)算強(qiáng)度 fp 0.9 f pk 0.9 1860 1674MPa ， 跨中預(yù)應(yīng)力鋼絞線面積 Ap 420 140 58800mm2， 上翼緣的平均厚度是

43、 h'f 404mm ，有效寬度是 b'f 12600mm， 預(yù)應(yīng)力筋重心到梁底的距離為 a p 435.714 mm ， 計(jì)算高度 h0 h ap 3142 435.714 2706.286 mm。判斷截面類型：Q f pAp 1674 58800 10-3 9.84312 104kNfcbf 'hf ' 33.5 12600 404 10 3 1.705284 105 kNf pAp fcbf 'hf '故，該截面屬于第一類 T形截面，即中性軸在上翼緣板內(nèi)，應(yīng)按寬度為 b'f 的矩形截面計(jì)算f p Apf cbf '9.843

44、12 10 4 10333.5 12600233.194mm 0.4hp 0.4 2706.286 1082mm' x 6M u fcb'f x(h0 ) 33.5 12600 233.194 (2706.286 233.194) 10 6 243429.38kN m 2KM d 2.0 117899.09 235798.18 kN m故，跨中正截面強(qiáng)度符合要求2、四分點(diǎn)正截面強(qiáng)度計(jì)算（1）等效截面計(jì)算：由“五、截面特性計(jì)算 ”的計(jì)算知，上翼緣部分的面積為 A0 52425cm2設(shè)頂板的等效厚度為 hf ，有效寬度為 bf 1260cm ，則：由面積相等，有： bf hf A0

45、所以，hf bAf0 521422650.00 41.607cm，計(jì)算時(shí)取 hf=41.6cm此時(shí)，等效截面的梁高取為 h=314.2cm ，較實(shí)際梁高 3.2m 是偏于安全的。 等效截面如下圖：圖 20 等效工形截面圖（單位： mm ）2）抗彎強(qiáng)度計(jì)算：假定受壓區(qū)高度為 x，則：上翼緣的平均厚度是 h'f 416mm ，有效寬度是 b'f 12600mm，預(yù)應(yīng)力筋重心到梁底的距離為 ap 643.610mm ，計(jì)算高度 h0 h ap 3142 643.610 2498.390mm 。判斷截面類型：Q fpAp 1674 58800 10-3 9.84312 104kNfcb

46、f 'hf ' 33.5 12600 416 10 3 1.755936 105kNf pAp fcbf 'hf '故，該截面屬于第一類 T形截面，即中性軸在上翼緣板內(nèi)，應(yīng)按寬度為 b'f 的矩形 截面計(jì)算f pApfcbf '439.84312 104 10333.5 12600233.194mm 0.4hp 0.4 2706.286 1082mmMu fcb'f x(h0 x) 33.5 12600 233.194 (2498.390 233.194) 10 6 222968.93kN m 2KM d 2.0 89187.59 178

47、375.18 kN m故，四分點(diǎn)正截面強(qiáng)度符合要求綜上，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件正截面抗彎強(qiáng)度滿足規(guī)范規(guī)定七、預(yù)應(yīng)力損失與有效預(yù)應(yīng)力計(jì)算1、預(yù)加應(yīng)力預(yù)加應(yīng)力是鋼束控制應(yīng)力 con，根據(jù)鐵路橋規(guī)第 6.4.1 條的規(guī)定，在預(yù)加應(yīng)力 的過程中，對(duì)鋼絞線，其錨下控制應(yīng)力值應(yīng)符合下式條件：con=pl+ L0.75fpk。所以，取 con=0.69 f pk=0.69 ×1860=1283.4MPa 。2、預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算( 1)鋼絲束與管道間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失 L1 張拉時(shí)，由于鋼筋與管道間的摩擦引起的應(yīng)力損失按下式計(jì)算：L1 con1 e ( kx)式中 鋼筋與管道壁之間的摩擦系數(shù)，取 =0.2 ；從

48、張拉端至計(jì)算截面的長(zhǎng)度上，鋼筋彎起角之和 (rad)；k考慮每米管道對(duì)其設(shè)計(jì)位置的偏差系數(shù)，取 k=0.0015 ；x從張拉端至計(jì)算截面的管道長(zhǎng)度 (m)。 布置在底板內(nèi)的預(yù)應(yīng)力束只有豎彎， 是鋼束在豎平面內(nèi)曲線管道部分的夾角之 和，按絕對(duì)值相加； 而布置在腹板內(nèi)的預(yù)應(yīng)力束不僅有豎彎也有平彎， 應(yīng)為雙向彎曲 夾角之和。因此可計(jì)算各控制截面的預(yù)應(yīng)力損失L1 ，其計(jì)算結(jié)果列于表 7-12）錨頭變形、鋼筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失L2由于錨頭變形、鋼筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失按下式計(jì)算：L2Ep式中， L預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效長(zhǎng)度；L錨頭變形，鋼筋回縮，接縫壓縮值，查鐵路橋規(guī)表6.3.4-2 。對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土

49、梁，當(dāng)計(jì)算由于錨具變形、鋼筋回縮等引起的應(yīng)力損失時(shí)，可考慮與張拉鋼筋時(shí)管道間摩擦方向相反的摩擦作用。計(jì)算反向摩阻時(shí)，管道摩擦系 數(shù)和偏差系數(shù)可近似采用計(jì)算正向摩阻時(shí)所用值。對(duì)于兩端張拉且對(duì)稱布置的預(yù)應(yīng)力筋，考慮反向摩阻后，錨下預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力及應(yīng)力不動(dòng)點(diǎn)（錨具、鋼筋回縮引起的應(yīng)力損失為零的點(diǎn)）的位置和應(yīng)力可按下列公式試算確定：圖 7.1 反向摩阻計(jì)算圖 當(dāng) x1<l m<x 2 時(shí)，(k r )1 2kl con m(lm x1) 當(dāng) x2<lm<l/2 時(shí)，lmk1 l EPconcon 122(x22 x12)2(x2 x1) r 當(dāng) lm>l/2 時(shí)，表明應(yīng)力不動(dòng)點(diǎn)不存在，此時(shí)0 con 1 kl 2 (x22x1)(1 rx2 x1) ll2 l Epl式中， l錨具變形及鋼筋回縮值（ m），對(duì)無頂壓的夾片式錨，取 l=6mm ；con錨下張拉控制應(yīng)力（ MPa）；0 錨下預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力（ MPa）；Ep 預(yù)應(yīng)力筋彈性模量（ MPa）； 鋼