中南大学混凝土桥课程设计

1、中南大学混凝土桥课程设计书姓 名： * 学 号： * 班 级： 土木*班指导老师： *20*年*月混凝土桥课程设计任务书1. 设计题目：客运专线38m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：166KN/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

2、结构耐久性设计暂行规定（铁建设函（2005）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：<1> 主梁内力计算<2> 主梁预应力钢筋配置及验算<3> 行车道板内力计算及设计<4> 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

3、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：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。目 录一、结构尺寸拟定1二、荷载内力计算及组合 11、荷载与内力的计算 12、内力组合 3三、预应力筋估算 41、数据计算 42、预应力钢筋的布置 6四、主梁计算 71、截面强度检算 72、应力检算 83、预应力计算 9五、行车道板计算及设计 141、恒载142、活载153、内力组合164、配筋及最小配筋率的检算17参考文献 19设计计算书一、结构尺寸拟定 梁高：3.2m(梁高与跨度比满足1/111/15) 腹板厚：

4、0.8m(变截面在距支座截面7.25m处 ) 顶板厚：0.35m 底板厚：0.3m(变截面在距支座截面7.25m处) 具体尺寸见附图1二、 荷载内力计算及组合1、荷载与内力的计算桥跨L=38 m，荷载按恒载（一期恒载+二期恒载）和活载计算。（1）恒载 计算截面特性（单位：m）：面积Ac= 11.227618 m2，周长l=4.466111m惯性矩Ix= 14.92656411m4一期恒载：二期恒载：=166恒载：q=+=446.69（2）恒载内力 取支座截面、截面、跨中截面进行计算 支座截面： 处截面: 跨中截面：（3）活载 设计荷载使用ZK活载。冲击系数 活载内力按照换算均布活载在影响线上加

5、载计算： 式中 K换算均布活载； 加载范围内相应影响线面积。A：支座截面剪力弯矩影响线如下（左为剪力影响线，右为弯矩影响线，下同 ）：剪力：2由查表得 其中为加载长度，为最大纵坐标位置（下同） M=0线路为双线，折减系数为1.8：M=0B： 截面剪力弯矩影响线如下：剪力： 由查表得 弯矩：2 由查表得 线路为双线，折减系数为1.8： C：跨中处剪力弯矩影响线如下：剪力：2 由 查表得 弯矩： 由查表得 线路为双线，折减系数为1.8：2、内力组合剪力组合计算表（单位：KN）支座恒载0活载控制剪力12974.1176746.343927.113弯矩组合计算表(单位：KN.m)支座恒载0活载0控制弯

6、矩096493.225128646.188三、预应力筋估算1、数据计算假定只有受拉区配有预应力钢筋板顶平均厚梁截面可换算成如下I形截面（单位：mm）在跨中截面对压应力作用点取矩： 钢绞线标准强度 K=2.0 假定2900mm 得： 预应力筋使用半径为15.2mm（A=139mm2）的钢筋组成的钢丝束取腹板为16束的 ， 底板为12束的14实际139×（12×14+16×16）=58936 在梁预加应力阶段，要满足（1）在正常运营阶段，截面下缘不允许出现拉应力，要满足 （2）=3.1MPa =/0.8张拉力N=0.75××=82215720N主轴

7、距离上、下边缘的距离惯性矩 1.49×10代入（1）：解得：代入（2）：解得：再根据构造要求及具体条件预应力筋配筋如下图（单位mm），满足要求。2、预应力钢筋的布置在纵向腹板预应力筋弯起角度a取8，底板取4， ， ， ， ， 在平面内N2、N4、N6、N8预应力筋平弯角度取4， N3、N5、N7、N9取8计算特征尺寸数据如下预应力筋立面特征尺寸表（单位：mm）RDABTCEN1150003501046.35 5005.23 523.81 14330.96 4493.64 N2、N3200006502783.46 4624.99 1398.54 13836.47 3271.91 N4、

8、N5200009502783.46 6759.60 1398.54 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 预应力筋平面特征尺寸表（单位：mm）RDABTCEN1150003501046.35 5005.23 523.81 14330.96 4493.64 N2、N3200006502783.46 4624.99 1398.54 13836.47 3271.91 N4、N5200009

9、502783.46 6759.60 1398.54 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 具体布置见图2、图3.四、主梁计算1、截面强度检算按照翼缘位于受拉区的I字形截面受弯构件检算（1）正截面强度检算： =hp=3200-=2730mm（用C50混凝土），K=2 根据铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 ,=6528.4mm所以 ，不满足要求，不按照宽度为的矩形截面计算。确

10、定中心轴位置 得x=471.404mm 满足（0=1092）mm由 ，代入数得：=128646.188×106×2=2.573×1011 =2.642×满足要求。（2）斜截面强度检算a、斜截面抗弯强度检算斜截面最不利的位置在预应力筋还未弯起的范围内=55600mm2 ，M=128646.188KN.m， K=2，带入数据得2×128646.188=226081.03 KN.m=2.573×<满足要求。b、斜截面抗剪强度检算所有的预应力筋都有弯起，由得： 不满足 ，所以需要适量的布置斜筋与箍筋。2、应力检算预加力在构建正截面上产生

11、的轴向力、剪力及弯矩计算公式计算图形如下：3、预应力计算 采用后张法进行张拉。张拉时，由于钢筋与管道间的摩擦引起的应力损失（用金属波纹管）： 由于锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失： 分批张拉预应力筋时，先张拉钢筋对混凝土的弹性压缩引起的应力损失： 由于钢筋松弛引起的预应力损失： （1）运营阶段跨中截面：支座截面： 换算截面特性： I=3.223 A=11551766mm2a、混凝土法向应力验算代入数得：跨中截面上缘：c=1.963+10.741=12.704 MPa跨中截面下缘：c=11.621-16.868=-5.247MPa支座截面上缘c=4.423 MPa支座截面下缘c=8.6

12、92 MPa由计算数据知压应力 ，满足要求；跨中截面下缘拉应力，不满足要求。故跨中截面下缘需要配置一定量的普通钢筋以防止混凝土被拉坏。b、混凝土剪应力验算剪应力，最大剪应力在中性轴上 。剪应力验算表S（m3）（MPa）P（MPa）跨中截面5.88300支座截面5.8832.8562.084 ，满足要求。c、混凝土主应力验算主拉应力 主拉应力 剪应力验算表（单位：MPa）跨中截面12.70400012.704支座截面8.69200.772-0.0628.754主压应力 ，满足要求；主拉应力，满足要求。d、挠度检算 代入得： 挠度满足要求。e、局部承压检算 要求其中：底板采用HVM15-12锚具，

13、腹板采用HVM15-16锚具，底板HVM15-12锚具锚板直径175mm，垫板厚取210mm，波纹管内径90mm代入得： 满足要求。腹板HVM15-16锚具锚板直径210mm，垫板厚325mm，波纹管内径100mm。代入得： 满足要求。f、抗裂性检算，跨中下缘：不满足要求。支座下缘：满足要求。需要在梁跨中截面附近段的下缘配置受力钢筋，才能满足抗裂性要求（2）施加预应力阶段 ， 上缘： 满足要求。下缘：不满足要求。下缘需要在张拉预应力筋之前进行必要构造措施，以防止混凝土损坏。五、行车道板计算及设计桥面布置如下图：1、恒载道砟重：=20×0.35×1=7人行道的恒载（取）：外侧

14、道砟板重：=25×1×0.14=3.5（距离梁中心5m）桥面板自重：=0.4107×25×1=10.27 根据各恒载作用可得如下页所示恒载作用图示。由于梁沿中心对称，只算一侧内力，即在图上取控制截面A、B、C、D、E分别算得其内力。A截面内力为：B截面内力为：C截面内力为：D截面内力为：E截面内力为：2、活载人行道活载： 列车活载：由于钢轨的分栽作用，顺梁方向的分布长度取1.2米，枕木长2.5米，轨枕下的垫层厚度为0.35米，假定活载自枕木向下按450 角扩散。 面积：S=1.2×（2.5+0.35×2）=3.84m2均布活载集度为：

15、冲击系数：h=0.35m ，取2 悬臂板： 腹板之间 ：冲击系数相差很小，取平均值 1.35 均布活载集度：活载示意图：A截面内力为：B截面内力为：C截面内力为：D截面内力为：E截面内力为：3、内力组合 控制内力=活载最大值+恒载，对于弯矩，上缘受拉为负，下缘受拉为正。内力组合计算表内力截面恒载活载控制内力剪力Q（）8.562.410.9651.7463.25114.9900026.7944.0170.8041.45101.42142.87弯矩M（）-2.57-0.72-3.29-77.00-33.26-110.26-27.2642.8015.54-48.0328.47-19.56-77.00-33.26-110.264、配筋及最小配筋率的检算 配筋计算公式为式中：取 则配筋检算表ABCDE282632350350632-3.29-110.2615.54-19.56-110.2624259231031059238332.893772.8491044910493772.885.81175.8316.5398.31175.8C截面（跨中）