中南大学 混凝土桥 课程设计

1、混凝土桥课程设计中南大学土木工程桥梁方向混凝土桥课程设计双直线有砟简支梁桥箱梁设计姓名： 班级：土木工程 班学号：指导老师： 2011年9月6日桥梁设计任务书一、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、高速铁路设计规范(试行)TB10621-2009；二、设计基本情况1、双直线40m有砟简支梁桥（线间距5.0m）2、桥式结构及桥面布置：见CAD图。三、主要技术标准3.1 设计荷载3.1.1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。混凝

2、土容重取。二期恒载：190kN/m。3.1.2混凝土收缩徐变环境条件按野外一般条件计算，相对湿度取70%。根据老化理论计算混凝土的收缩徐变，系数如下：徐变系数终极极值：2.0（混凝土龄期6天）徐变增长速率：0.0055收缩速度系数：0.00625收缩终极系数：0.000173.1.3设计活载（1）列车纵向活载采用“ZK活载”。（2）竖向动力冲击系数：按铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)办理：其中冲击系数1+=1+*6/（30+L），=4*(1-h)2.0,L为桥梁跨度。3.1.4结构温度变化影响力按铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1)办理。整体升降温25，纵向温度荷载按

3、顶板升温5考虑。对于单箱单室箱形截面，其横向计算按升温、降温两种情况考虑温度变化的影响力，其计算模式如下： 3.1.12荷载组合：按可能的最不利组合情况进行计算。组合（主力）：自重二期恒载预加力+收缩徐变+列车活载组合（主+附）： 自重二期恒载预加力+收缩徐变+列车活载+温度变化3.2 建筑材料3.2.1混凝土梁体混凝土强度等级采用C50混凝土；3.2.2预应力筋(1)纵向预应力筋采用抗拉强度标准值为fpk=1860MPa、弹性模量为Ep=195GPa，公称直径为15.20mm高强度、低松驰钢绞线，其技术条件符合其技术条件符合现行国家标准预应力混凝土用钢绞线（GB 5224）的规定；3.2.3

4、普通钢筋普通钢筋: HRB335钢筋应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB-1499）, Q235钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB-13013）。四、主要设计指标4.1各梁部设计均按全预应力构件考虑，其主要设计指标见下表：序号项 目检算条件控制条件1设计安全系数强度安全系数主力K2.2主+附K1.982预应力筋（Mpa）预加应力时的锚下钢绞线控制应力con 0.75fpk运营荷载作用下钢绞线应力p 0.60fpk3混凝土应力（Mpa）运营荷载作用下混凝土压应力主力： c 0.50fc主+附：c 0.55fc运营荷载作用下混凝土拉应力ct 0运营荷载作用下混凝土最大剪应力无竖向预应力时c

5、0.17fc抗裂荷载作用下混凝土主拉应力tp 0.7fct抗裂荷载作用下混凝土主压应力cp 0.60fc注：fpk 为预应力钢绞线抗拉强度标准值；fc、fct 分别为混凝土的轴向抗压、抗拉极限强度。五、梁部计算5.1 计算程序采用同济大学“桥梁博士3.1”。5.2 梁部纵向计算计算荷载包括恒载、活载、温度变化、预应力及混凝土收缩、徐变等。六图纸绘制要求本次施工图各尺寸、数量表及附注除保证准确无误外，还要尽量统一；图面布置要均匀、合理，对应关系明确。钢筋编号标注尽量就空白处标注。总体要求：图幅高度按297mm或420mm出图；尺寸标注以mm为单位；字体：仿宋_GB2312，高宽比0.7；字高：尺

6、寸标注2.5mm，标题3.5mm，附注3.5mm，数量表内：2.5mm。其他2.53.5mm；标注线离目标线5mm左右，箭头1.5mm，起点偏移0.5 mm，从尺寸线偏移0.5mm，引线超出尺寸线1mm；分段标注后需有总标注；半截面尺寸标注需标“全宽/2”；标题离最外侧尺寸线15mm左右；线宽：细线（绿色）0.15mm，粗线（红色）：0.35mm,请分别分层。方案设计一、计算模型计算软件采用桥梁博士V3. 0版，采用平面梁单元建模，全桥共离散为54个单元和55个节点，支点节点号为2和54，其中2号节点设为固定铰支座，54号节点设为滑动铰支座。计算模型如图1所示。图2.1 桥梁有限元分析离散图二

7、、计算荷载2.1 重及二期恒载结构自重按26kN/m3计算，二期恒载为190kN/m。2.2 ZK车辆荷载及动力作用双线按规范新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定规定。ZK车辆荷载冲击系数值： 计算剪力时： 计算弯矩时：对于本桥： ，计算时为偏安全都取1.099计算2.3 双线中活载作用下按铁路桥涵设计基本规范规定，两线同时作用时，取折减系数0.9。其中本桥冲击系数：三、弯矩图 下图中绿色代表最小抗力；红色代表最大内力（其中内力已按规范乘了安全系数，其中主力组合时为2.0，附加力组合时为1.8）。图3.1 主力组合弯矩包络图（中活载） 单位（kN.m）图3.2 主力+附加力组合弯矩

8、包络图（中活载） 单位（kN.m）图3.3 主力组合弯矩包络图（ZK活载） 单位（kN.m）图3.4 主力+附加力组合弯矩包络图（ZK活载） 单位（kN.m）四、支承反力结果下表中列出了各单项荷载作用下各支承反力值：表4.1 支承反力表（kN）支反力荷载中-活载 ZK活载 恒载（KN）98109810活载（KN）（含动力系数）max47203470min-7.17-0.626主力组合（KN）max1450013300min98109810主+附组合（KN）max145001330min98109810说明：中活载中已经计入冲击系数。五、计算成果纵向计算内力组合：组合(主力)：自重二期恒载预加力

9、+收缩徐变+支座不均匀沉降组合(主+附)：自重二期恒载预加力+收缩徐变+支座不均匀沉降+制动力+温度变化5.1 混凝土截面应力验算运营荷载作用下混凝土压应力应满足：主力组合： 主力+附加力组合：混凝土拉应力：抗裂荷载作用下应满足：混凝土主拉应力主压应力5.1.1 混凝土截面正应力验算表5.1 中活载作用下正应力验算表（Mpa）位置主力组合主力+附加力组合上缘最大应力上缘最小应力下缘最大应力下缘最小应力上缘最大应力上缘最小应力下缘最大应力下缘最小应力跨中截面11.57.610.31.612.37.610.61.6支点截面2.11.48.88.62.01.28.88.6表5.2 ZK活载作用下正应

10、力验算表（Mpa）位置主力组合主力+附加力组合上缘最大应力上缘最小应力下缘最大应力下缘最小应力上缘最大应力上缘最小应力下缘最大应力下缘最小应力跨中截面10.87.610.42.411.87.610.62.3支点截面1.91.89.08.63.01.08.98.6（1）由计算得运营荷载作用下混凝土最大压应力主力组合：主力+附加力组合：（2）由计算得运营荷载作用下混凝土未出现拉应力，即下图图中红、绿、蓝、粉色分别代表上缘最大、最小应力值及下缘最大、最小应力值（正值代表压应力）图5.1 主力组合正应力包络图（中活载） 图5.2 主力+附加力组合正应力包络图（中活载）图5.3 主力组合正应力包络图（Z

11、K活载） 图5.4 主力+附加力组合正应力包络图（ZK活载）5.1.2 混凝土截面主应力验算 表5.3 主应力验算表（Mpa）（压应力为正，拉应力为负）位置中活载作用ZK活载作用主力组合主力+附加力组合主力组合主力+附加力组合最大压应力最大拉应力最大压应力最大拉应力最大压应力最大拉应力最大压应力最大拉应力跨中截面13.1-1.914.3-2.013.3-2.014.3-2.0支点截面9.6-1.29.9-1.39.6-1.29.9-1.3（1）由计算得混凝土主拉应力主力组合最大值,小于要求的主力+附加力最大值，小于要求的。（2）由计算得主压应力：主力组合最大值，小于要求的主力+附加力组合最大值

12、，小于要求的由此得主应力满足要求。 图 5.5 主力组合主应力包络图（中活载） 单位：Mpa 图 5.6 主力组合主应力包络图（中活载） 单位：Mpa 图 5.7 主力+附加力组合主应力包络图（ZK活载） 单位：Mpa 图 5.8 主力+附加力组合主应力包络图（ZK活载） 单位：Mpa注：上图图中绿色代表最大主压应力，红色代表最大主拉应力5.1.3 混凝土截面剪应力验算 剪应力的最值出现在支点截面，现列出两种活载作用的支点截面剪应力。表5.4 中活载作用下剪应力验算结果（Mpa）主力组合主力+附加力组合最大剪应力最小剪应力最大剪应力最小剪应力2.3-2.32.3-2.3表5.5 ZK活载作用下

13、主应力验算结果（Mpa）主力组合主力+附加力组合最大剪应力最小剪应力最大剪应力最小剪应力2.1-2.12.1-2.1（1）由计算得运营荷载作用下混凝土最大剪应力:主力组合剪应力最大值,小于要求的主力+附加力最大值，小于要求的；由此得主应力满足要求。图5.9 主力组合剪应力包络图（中活载） 单位：Mpa图 5.10 主力+附加力组合剪应力包络图（中活载） 单位：Mpa图 5.11 主力组合剪应力包络图（ZK活载） 单位：Mpa图 5.12 主力+附加力组合剪应力包络图（ZK活载） 单位：Mpa注：上图图中绿色代表最大剪应力，红色代表最小剪应力5.2 混凝土正截面抗裂验算计算结果的应力值为铁路桥涵

14、钢筋混凝土结构设计规范(TB10002.3-2005)第6.3.9条的()，因此只要该值小于（此桥跨中截面 =0.9889），由计算得跨中正截面在抗裂组合作用下小于，因此抗裂满足规范要求。 图5.13 抗裂组合作用下正应力包络图（中活载）图5.14 抗裂组合作用下正应力包络图（ZK活载）注：上图图中绿色代表上缘最小应力，红色代表下缘最小应力。5.3 结构极限强度验算5.3.1正截面抗弯强度验算对于简支梁，正截面抗弯强度控制截面为跨中截面（其算得的安全系数最小）。由计算得跨中截面：（1）中活载作用下主力组合安全系数为，大于本桥要求的2.20；主力+附加力组合安全系数为，大于本桥要求的1.98；（

15、2）ZK活载作用下主力组合安全系数为，大于本桥要求的2.20；主力+附加力组合安全系数为，大于本桥要求的1.98。5.4活载作用下的竖向挠度验算在静中活载作用下，跨中竖向最大挠度为14.8mm（向下）小于规范允许的竖向挠度值 L/800=40000/800=50mm。在ZK静活载作用下，跨中竖向最大挠度为12.6mm（向下）小于规范允许的竖向挠度值 L/1000=40000/1000=40mm。所以竖向挠度值满足要求。5.5恒载作用下的竖向挠度验算和反拱度设置恒载作用下在跨中引起的最大挠度值为23.2mm（向上），按（恒载+1/2活载=23.2-14.8/2=15.8mm）挠度值反向设置,其它位置按二次抛物线过渡。5.6 梁端竖向转角和工后徐变验算(1)在ZK静活载作用下，梁端最大竖向转角为0.87；在静中活载作用下，梁端最大竖向转角为1；小于规范要求的2（有碴轨道）,所以满足要求。(2）梁体最大工后徐变在跨中值为16mm，满足规范要求的有碴桥面梁的徐变上拱值