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COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING CENTRAL SOUTH UNIVERSITY CENTRAL SOUTHU NIVERSITY 混凝土橋課程設計 指導老師： 班 級： 姓 名： 學 號： 中南大學土木工程學院橋梁系 二〇一二年九月 第一部分 混凝土橋課程設計任務書 1. 設計題目：客運專線40m預應力混凝土雙線簡支箱梁設計 2. 設計資料 （1） 橋面布置如圖1所示，橋面寬度：12.6m； （2） 設計荷載：ZK活載； （3） 橋面二恒：200KN/m； （4） 主梁跨徑：主梁全長40m； （5） 結(jié)構(gòu)尺寸圖，根據(jù)預應力混凝土簡支箱梁橋的構(gòu)造要求設計，可參照圖1。 圖1 橋面布置圖 3. 設計依據(jù) （1）《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》（TB10002.1-2005）； （2）《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》TB10002.3-2005）； （3）《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計暫行規(guī)定》（鐵建設函（2005）157號）； （4）《新建鐵路橋上無縫線路設計暫行規(guī)定》（鐵建設函（2003）205號）； （5）《高速鐵路設計規(guī)范（試行）》(TB 10621-2009)； 4. 設計內(nèi)容 （1）進行上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造布置并初步擬定各部分尺寸。 （2）主梁的設計： <1> 主梁內(nèi)力計算 <2> 主梁預應力鋼筋配置及驗算 <3> 行車道板內(nèi)力計算及設計 <4> 繪制主梁設計圖（包括主梁構(gòu)造圖和配筋圖） 5. 設計成果要求： 設計計算書：設計計算說明書用Word文檔或手寫。整個說明書應滿足計算過程完整、計算步驟清楚、文字簡明、符號規(guī)范的要求。封面、任務書和計算說明書用A4紙張打印，按封面、任務書、計算說明書的順序一起裝訂成冊，交指導老師評閱。 圖紙：要求圖面整潔美觀，比例適當，圖中字體采用仿宋體，嚴格按制圖標準作圖。圖幅為A3圖。 第二部分 混凝土橋課程設計計算說明書 一、結(jié)構(gòu)尺寸擬定 梁高：3.2m(梁高與跨度比滿足1/11~1/15) 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)力計算及組合 荷載與內(nèi)力的計算如下： 橋跨L=40 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計算截面特性得（單位：dm）， 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：=200 恒載：q=+=480.69 2．恒載內(nèi)力 取支座截面、截面、跨中截面進行計算 支座截面： 處截面: 跨中截面： 3. 活 載 由規(guī)范規(guī)定，只計入列車荷載（不計人行道活載）,設計荷載使用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算： 式中 K——換算均布活載，查《高速鐵路設計規(guī)范》取用 ——加載范圍內(nèi)相應影響線面積 分別計算各截面內(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，為最大縱坐標位置（下同） M=0 由于是雙線，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 9613.8 4806.9 0 活 載 1790.77 1085.29 546.0 控制剪力 11404.57 5892.2 546.0 （2）彎矩組合(KN.m) 支座 恒 載 0 72103.5 96138.0 活 載 0 12981.63 17302.52 控制彎矩 0 85085.13 113440.52 三、 預應力筋計算與布置 1.預應力筋的計算 （1）受拉區(qū)預應力鋼筋 假定只有受拉區(qū)配有預應力鋼筋 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 對壓應力作用點取矩： 查表取 K=2.0 假定2900mm 解得：50119.45 預應力筋使用半徑為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 實際139（1212+1616）=5560050119.45 滿足 （2）梁預加應力階段 在梁預加應力階段，要滿足 （式1） 在正常運營階段，截面下緣不允許出現(xiàn)拉應力，要滿足 （式2） =3.1MPa ==/0.8 張拉力N=0.75=77562000N 由CAD計算截面特性可知 主軸距離上、下邊緣的距離 慣性矩 1.4910 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應力筋配筋如下圖（單位mm） 此時 滿足要求 2.預應力鋼筋的布置 在縱向 腹板預應力筋彎起角度a取8，底板取4， ， ， ， ， 在平面內(nèi) N2、N4、N6、N8預應力筋平彎角度取4， N3、N5、N7、N9取8 計算特征尺寸數(shù)據(jù)如下 預應力筋 立 面 單位（mm） 　 R D A B T C E N1 15000 350 1046.35 5005.23 523.81 14330.96 4493.64 N2、N3 20000 650 2783.46 4624.99 1398.54 13836.47 3271.91 N4、N5 20000 950 2783.46 6759.60 1398.54 11701.86 5427.50 N6、N7 20000 1250 2783.46 8894.21 1398.54 9567.25 7583.09 N8、N9 20000 1550 2783.46 11028.82 1398.54 7432.64 9738.67 預應力筋 平 面 　 R D A B T C E N2、4、6、8 15000 349 1046.35 4990.93 523.81 14345.26 4479.31 N3、5、7、9 15000 649 2087.59 4617.88 1048.90 14193.22 3614.36 具體布置見圖2、圖3. 四、主梁計算 1.截面強度檢算 按照翼緣位于受拉區(qū)的I字形截面受彎構(gòu)件檢算 （1）正截面強度檢算 =hp=3200-=2730mm，（用C50混凝土） ， K=2 根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》 , ==6528.4mm 所以 ，不滿足要求，不能按照寬度為的矩形截面計算 此時： 確定中心軸位置 代入數(shù)解得x=471.4mm 滿足（0==1092）mm 由 ，代入數(shù)得： { 113440.521062=2.2691011 } {33.5（1600471.4（2730-471.4/2）+(6528.4-1600)410.7（2730-410.7/2））=2.342 強度滿足要求 （2）斜截面強度檢算 ①斜截面抗彎強度檢算 斜截面最不利的位置在預應力筋還未彎起的范圍內(nèi) 由 =55600mm2 ，，M=113440.52KN.m ， K=2 左邊=2113440.52=226881.03 KN.m=2.27 右邊=167455600（3200--471.4/2）+0= 左邊<右邊 滿足要求 ②斜截面抗剪強度檢算 由前面的預應力筋的構(gòu)造可知，所有的預應力筋都有彎起 由得 不滿足 ，所以需要適量的布置斜筋與箍筋。 2.應力檢算 預加力在構(gòu)建正截面上產(chǎn)生的軸向力、剪力及彎矩計算公式 圖形如下 3.預應力損失 用后張法進行張拉 張拉時，由于鋼筋與管道間的摩擦引起的應力損失（用金屬波紋管） 由于錨頭變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應力損失 分批張拉預應力筋時，先張拉鋼筋對混凝土的彈性壓縮引起的應力損失 由于鋼筋松弛引起的預應力損失 （1）運營階段： 跨中截面 支座截面 （2）換算截面特性（由CAD計算） 慣性矩 I=3.222 面積 A=11533418mm2 （MPa） (N) (N) (N.mm) (mm) 跨中截面 1211.77 67374677.21 0 9.731010 1443.61 支座截面 1278.70 70630484.83 8122260.42 4.31010 614.36 4.混凝土法向應力驗算 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+9.55 =11.51 11.63-14.97 =-3.35 4.34 8.64 由表可知壓應力 滿足要求 跨中截面下緣拉應力 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.混凝土剪應力驗算 計算公式：剪應力 ,分析可知，最大剪應力在中性軸上 S（mm3） （MPa） P（MPa） 跨中截面 5882717348 0 0 支座截面 5882717348 2.83 2.02 滿足要求 6.混凝土主應力驗算 主拉應力 主拉應力 代入數(shù)得 （單位：MPa） 跨中截面 11.51 0 0 0 11.4 支座截面 8.71 0 0.83 -0.08 8.8 由表可知主壓應力 滿足要求 主拉應力 滿足要求 7.撓度檢算 計算公式： 對于不允許開裂的構(gòu)件 =0.78 所以 撓度滿足要求 8.局部承壓檢算 計算公式： 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.施加預應力階段 ， 上緣 滿足要求 下緣 不滿足要求， 所以下緣需要在張拉預應力筋之前進行必要構(gòu)造措施，以防止混凝土損壞。 五、行車道板計算及設計 橋面布置如下： 1. 恒 載 道砟重 =200.351=7 人行道的恒載（取） 外側(cè)道砟板重 =2510.14=3.5（距離梁中心5m） 橋面板自重 =0.4107251=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 角擴散。 則 面積S=1.2（2.5+0.352）=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，下緣受拉為正 內(nèi) 力 截 面 恒 載 活 載 控制內(nèi)力 剪 力Q （） 8.562 2.4 10.96 51.74 63.25 115.0 0 0 0 26.79 44.01 70.8 41.45 101.42 142.86 彎 矩M （） -2.57 -0.72 -3.29 -77.0 -33.26 -110.26 -27.26 42.8 15.54 -48.03 28.47 -19.56 -77.0 -33.26 -110.26 4.配筋及最小配筋率的檢算 配筋計算公式為 式中 ， 取 則有 代入數(shù)計算得 A B C D E 282 632 350 350 632 -3.29 -110.26 15.54 -19.56 -110.26 242 592 310 310 592 38332.8 93772.8 49104 49104 93772.8 85.8 1175.8 316.5 398.3 1175.8 B、C截面彎矩最大，配筋為： 直徑12mm，間距90mm的鋼筋，各截面計算如下 A B C D E 配筋 538.56 1256.64 628.32 628.32 1256.64 0.23 0.21 0.2 0.2 0.21 結(jié)論：對比各控制截面鋼筋設計面積與計算面積可知，各控制截面設計面積均大于計算面積，且, 滿足要求 中南大學土木工程學院橋梁系 朱 俊 樸 二〇一二年九月