中南大學(xué)混凝土橋課程設(shè)計(jì)

1、混凝土橋課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 班 級： 學(xué)生姓名： 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013.09.04 中南大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁系二一三年九月第一部分 混凝土橋課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1. 設(shè)計(jì)題目：客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡支箱梁設(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：120KN/m；（4）主梁跨徑：主梁全長36m；（5）結(jié)構(gòu)尺寸圖，根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋的構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，可參照圖1。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）

2、；（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）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、文字簡明、符號(hào)規(guī)范的要求。封

3、面、任務(wù)書和計(jì)算說明書用A4紙張打印，按封面、任務(wù)書、計(jì)算說明書的順序一起裝訂成冊，交指導(dǎo)老師評閱。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。第二部分 混凝土橋課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一、結(jié)構(gòu)尺寸擬定梁高：3.2m(梁高與跨度比滿足1/111/15)腹板厚：0.8m(變截面在距支座截面7.25m處 )頂板厚：0.35m底板厚：0.3m(變截面在距支座截面7.25m處)具體尺寸見附圖1跨中截面如下（單位：mm）：二、 內(nèi)力計(jì)算及組合荷載與內(nèi)力的計(jì)算如下：橋跨L=36 m恒載：一期恒載q，二期恒載活載：列車活載荷載1恒載由CAD計(jì)算截面特性得（單位：dm），

4、面積:1122.7618周長:446.6111慣性矩: X: 149265.6411一期恒載：由題目知二期恒載：=120恒載：q=+=400.692恒載內(nèi)力取支座截面、截面、跨中截面進(jìn)行計(jì)算支座截面：處截面: 跨中截面：3.活載由規(guī)范規(guī)定，只計(jì)入列車荷載（不計(jì)人行道活載）,設(shè)計(jì)荷載使用ZK活載沖擊系數(shù)式中取2所以活載內(nèi)力按照換算均布活載在影響線上加載計(jì)算：式中 K換算均布活載，查高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范取用加載范圍內(nèi)相應(yīng)影響線面積分別計(jì)算各截面內(nèi)力如下：（1） 支座截面剪力彎矩影響線如下（左為剪力影響線，右為彎矩影響線，下同）：剪力：2由查表得其中為加載長度，為最大縱坐標(biāo)位置（下同）M=0由于是雙線，

5、按照90%的折減：M=0（2）截面剪力彎矩影響線如下剪力：由查表得彎矩：2由查表得由于是雙線，按照90%的折減：（3）跨中處剪力彎矩影響線如下剪力：2由查表得彎矩：由查表得由于是雙線，按照90%的折剪：4內(nèi)力組合（1）剪力組合（KN）支座恒載7212.423606.210活載1667.931015.58514.10控制剪力8880.354621.79514.10（2）彎矩組合(KN.m)支座恒載048683.8464911.78活載012051.4016060.88控制彎矩060735.2480972.66三、 預(yù)應(yīng)力筋計(jì)算與布置1.預(yù)應(yīng)力筋的計(jì)算（1）受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋假定只有受拉區(qū)配有預(yù)應(yīng)力

6、鋼筋板頂平均厚梁截面可換算成如下I形截面（單位：mm）在跨中截面對壓應(yīng)力作用點(diǎn)取矩：查表取K=2.0 假定2900mm解得：45426.18預(yù)應(yīng)力筋使用半徑為15.2mm（A=139mm2）的鋼筋組成的鋼絲束取腹板為16束的，底板為12束的12所以實(shí)際139×（12×12+16×16）=5560045426.18滿足（2）梁預(yù)加應(yīng)力階段在梁預(yù)加應(yīng)力階段，要滿足（式1）在正常運(yùn)營階段，截面下緣不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，要滿足（式2）=3.1MPa =/0.8張拉力N=0.75××=61299000N由CAD計(jì)算截面特性可知主軸距離上、下邊緣的距離慣性矩1

7、.49×10則由式1，代入數(shù)據(jù)得：由式2，代入數(shù)據(jù)得：根據(jù)構(gòu)造要求及具體條件預(yù)應(yīng)力筋配筋如下圖（單位mm）此時(shí)滿足要求2. 預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置在縱向腹板預(yù)應(yīng)力筋彎起角度a取8，底板取4，在平面內(nèi)N2、N4、N6、N8預(yù)應(yīng)力筋平彎角度取4， N3、N5、N7、N9取8計(jì)算特征尺寸數(shù)據(jù)如下預(yù)應(yīng)力筋立面單位（mm）RDABTCEN1150003501046.35 5005.23 523.81 14330.96 4493.64 N2、N3200006502783.46 4624.99 1398.54 13836.47 3271.91 N4、N5200009502783.46 6759.60 1

8、398.54 11701.86 5427.50 N6、N72000012502783.46 8894.21 1398.54 9567.25 7583.09 N8、N92000015502783.46 11028.82 1398.54 7432.64 9738.67 預(yù)應(yīng)力筋平面RDABTCEN2、4、6、8150003491046.35 4990.93 523.81 14345.26 4479.31 N3、5、7、9150006492087.59 4617.88 1048.90 14193.22 3614.36 具體布置見圖2、圖3.四、主梁計(jì)算1.截面強(qiáng)度檢算按照翼緣位于受拉區(qū)的I字形截面受

9、彎構(gòu)件檢算（1）正截面強(qiáng)度檢算=hp=3200-=2730mm，（用C50混凝土）， K=2 根據(jù)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 ,=6528.4mm所以，不滿足要求，不能按照寬度為的矩形截面計(jì)算此時(shí)：確定中心軸位置代入數(shù)解得x=107.3mm滿足（0=1092）mm由，代入數(shù)得： 80972.66×106×2=1.619×1011 33.5×（1600×107.3×（2730-107.3/2）+(6528.4-1600)×410.7×（2730-410.7/2）=1.867×強(qiáng)度滿足要求（

10、2）斜截面強(qiáng)度檢算斜截面抗彎強(qiáng)度檢算斜截面最不利的位置在預(yù)應(yīng)力筋還未彎起的范圍內(nèi)由=55600mm2，M=80972.66KN.m ， K=2左邊=2×80972.66=161945.32 KN.m=1.62×右邊=1323×55600×（3200-471.4/2）+0=左邊<右邊滿足要求斜截面抗剪強(qiáng)度檢算由前面的預(yù)應(yīng)力筋的構(gòu)造可知，所有的預(yù)應(yīng)力筋都有彎起由得不滿足，所以需要適量的布置斜筋與箍筋。2.應(yīng)力檢算預(yù)加力在構(gòu)建正截面上產(chǎn)生的軸向力、剪力及彎矩計(jì)算公式圖形如下3.預(yù)應(yīng)力損失用后張法進(jìn)行張拉張拉時(shí)，由于鋼筋與管道間的摩擦引起的應(yīng)力損失（用金屬

11、波紋管）由于錨頭變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應(yīng)力損失分批張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，先張拉鋼筋對混凝土的彈性壓縮引起的應(yīng)力損失由于鋼筋松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失（1）運(yùn)營階段：跨中截面支座截面（2）換算截面特性（由CAD計(jì)算）慣性矩 I=3.222面積 A=11533418mm2（MPa）(N)(N)(N.mm)(mm)跨中截面927.9251592555.0907.45×10101443.61支座截面980.7654173421.686229755.3213.3×1010614.364.混凝土法向應(yīng)力驗(yàn)算代入數(shù)得：跨中截面上緣跨中截面下緣支座截面上緣支座截面下緣c（單位：MPa）1.96

12、+9.55=11.5111.63-14.97=-3.354.348.64由表可知壓應(yīng)力滿足要求跨中截面下緣拉應(yīng)力不滿足要求所以跨中截面下緣需要配置一定量的普通鋼筋以防止混凝土被拉壞。5.混凝土剪應(yīng)力驗(yàn)算計(jì)算公式：剪應(yīng)力 ,分析可知，最大剪應(yīng)力在中性軸上S（mm3）（MPa）P（MPa）跨中截面588271734800支座截面58827173482.171.55滿足要求6.混凝土主應(yīng)力驗(yàn)算（該部分尚未計(jì)算）主拉應(yīng)力主拉應(yīng)力代入數(shù)得（單位：MPa）跨中截面11.5100011.4支座截面8.7100.83-0.088.8由表可知主壓應(yīng)力滿足要求主拉應(yīng)力滿足要求7.撓度檢算計(jì)算公式：對于不允許開裂的

13、構(gòu)件=0.78所以撓度滿足要求8.局部承壓檢算計(jì)算公式：其中：底板采用HVM15-12錨具，腹板采用HVM15-16錨具底板HVM15-12錨具錨板直徑175mm，墊板厚取210mm，波紋管內(nèi)徑90mm，所以滿足腹板HVM15-16錨具錨板直徑210mm，墊板厚325mm，波紋管內(nèi)徑100mm，所以滿足9.抗裂性檢算，跨中下緣：不滿足要求支座下緣：滿足要求所以，需要在梁跨中截面附近段的下緣配置受力鋼筋，才能滿足抗裂性要求10.施加預(yù)應(yīng)力階段，上緣滿足要求下緣不滿足要求，所以下緣需要在張拉預(yù)應(yīng)力筋之前進(jìn)行必要構(gòu)造措施，以防止混凝土損壞。五、行車道板計(jì)算及設(shè)計(jì)橋面布置如下：1. 恒載道砟重=20&

14、#215;0.35×1=7人行道的恒載（?。┩鈧?cè)道砟板重=25×1×0.14=3.5（距離梁中心5m）橋面板自重=0.4107×25×1=10.27（1）恒載內(nèi)力根據(jù)各恒載作用可得如下所示恒載作用圖示，由于梁沿中心對稱，只算一側(cè)內(nèi)力，即在圖上取控制截面A、B、C、D、E分別算得其內(nèi)力A截面內(nèi)力為：B截面內(nèi)力為：C截面內(nèi)力為：D截面內(nèi)力為：E截面內(nèi)力為：2. 活載人行道活載列車活載由于鋼軌的分栽作用，順梁方向的分布長度取1.2米，枕木長2.5米，軌枕下的墊層厚度為0.35米，假定活載自枕木向下按450角擴(kuò)散。則面積S=1.2×（2.5+

15、0.35×2）=3.84m2均布活載集度為：沖擊系數(shù)h=0.35m取2懸臂板腹板之間可知，沖擊系數(shù)相差很小，取平均值 1.35所以，均布活載集度（1）活載內(nèi)力活載圖式如下A截面內(nèi)力為：B截面內(nèi)力為：C截面內(nèi)力為：D截面內(nèi)力為：E截面內(nèi)力為：3.內(nèi)力組合控制內(nèi)力=活載最大值+恒載 對于彎矩，上緣受拉為負(fù)，下緣受拉為正內(nèi)力截面恒載活載控制內(nèi)力剪力Q（）8.5622.410.9651.7463.25115.000026.7944.0170.841.45101.42142.86彎矩M（）-2.57-0.72-3.29-77.0-33.26-110.26-27.2642.815.54-48.0328.47-19.56-77.0-33.26-110.264.配筋及最小配筋率的檢算配筋計(jì)算公式為式中， 取 則有代入數(shù)計(jì)算得ABCDE282632350350632-3.2