40m预应力混凝土双线桥简支箱梁设计毕业设计说明书

40m预应力混凝土双线桥简支箱梁设计所属系部：机电系专业：路桥技术班级：姓名：学号：指导老师：提交时间：目录1工程概况 工程概况石家庄至济南铁路客运专线，起自石家庄市，沿途经衡水市、沧州市、德州市，终至济南市，预计2017年底建成通车，届时石家庄至济南车程将由现在最快4小时缩短至1小时20分。本设计的白马河大桥上部结构为预应力连续箱梁结构，梁体为单箱单室等高度截面，顶板、底板及腹板局部向内侧加厚结构。桥的标准跨径为40m，主梁全长为39.96m，计算跨径为39.00米。半幅桥宽12m，配合25m的整体式路基。预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15~1/25，标准设计中高跨比约在1/18~1/19，本桥梁取用2200mm的主梁高度，根据地质水文确定桥梁为三孔布置。本桥为预应力混凝土桥，混凝土：主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C50；预应力钢筋：《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的钢绞线，每束7根，全梁配6束，fpk=1860Mpa。按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋金属波纹管和夹片式锚具。

设计依据及计算资料设计依据《桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；《桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）；《混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设函（2005）157号）；《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》（铁建设函（2003）205号）；《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）。设计活载双直线40m有砟简支梁桥（线间距5.0m）；ZK活载。梁别截面类型为单箱单室等高度简支箱梁，直线梁，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加强；桥跨布置：梁长为40m，计算跨度为38.5m；桥面宽度：挡砟墙内侧净宽9.6m，挡砟墙宽0.2m，人行道宽1.3m，人行道采用悬臂板方式，上顶板宽12.6m。材料混凝土：梁体混凝土强度等级采用C50混凝土：混凝土容重取。预应力筋：采用抗拉强度标准值为=1860Mpa、弹性模量Ep=195Gpa，公称直径为15.20mm高强度、低松弛钢绞线，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；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）。锚固及张拉体系后张法施加预应力。采用OVM锚，进行两端张拉。预应力管道采用塑料波纹成孔。对规格为的钢绞线，采用内径为90mm，外径为105的波纹管；对规格为的钢绞线，采用内径为100mm，外径为116mm的波纹管。管道摩擦系数=0.2，管道偏差系数k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为6mm。混凝土及钢筋的各项数据预应力钢绞线：抗拉计算强度为，弹性模量为。在主力作用下，破坏强度安全系数K=2.0。则钢绞线的抗拉强度设计值应为=837Mpa。普通钢筋：对Q235钢筋，弹性模量为。在主力作用下，其容许应力为[]=130Mpa。对HRB335钢筋，弹性模量为，在主力作用下，其容许应力为[]=180Mpa。混凝土：C50混凝土，弹性模量为=3.55Mpa；其弯曲受压及偏心受压时的容许应力[]=16.8Mpa，有箍筋及斜筋时的主拉应力容许值为[]=2.79Mpa，纯剪应力容许值为，局部承压应力容许值为[]=（A为计算底面积，为局部承压面积）。预应力混凝土结构重度为26计。钢筋混凝土结构重度按25计。

结构尺寸拟定桥面布置（1）桥面布置如图3-1所示，桥面宽度：12.6m；（2）设计荷载：ZK活载；（3）桥面二恒：190KN+07KN=197KN；（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3-1。图3-1桥面布置图上翼缘翼缘宽度：上翼缘悬臂高度为3100mm，两腹板间宽度为5286mm。翼缘厚度：按构造要求，顶板厚度不得小于200mm，故对人行道，受力较小。顶板厚度取为240mm；对行车道班，受力较大，在跨中顶板厚度为340mm，在支点则增大至750mm。腹板为保证腹板能够承受相应的剪力，构造上要求腹板厚度不得小于150mm，同时，为了能够在腹板中布置预应力钢束，取跨中腹板厚度为550mm，支座处腹板厚度则增大至1060mm。受弯构件的翼缘应在与腹板相交处设置梗肋。上、下翼缘梗肋之间的腹板高度，当无预应力竖筋时，不赢大于腹板厚度的15倍。故取上、下梗肋之间的腹板高度为1910mm。下翼缘按构造要求，底板厚度不得小于200mm，且在箱梁的端部必须设置横隔板。故在跨中，底板厚度取为300mm，在支点处由于抗剪、抗弯的要求则增大至850mm。

设计荷载及内力组合恒载结构构件自重：按《桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）第4.2.1条采用；附属设施（二期恒载）：二期恒载包括桥上轨道线路设备自重、道砟、防水层、人行道栏杆、挡砟墙、电缆槽及盖板、电气化立柱等附属设施重量，桥面二期恒载取190+07=197。活载列车竖向活载纵向计算采用ZK活载；列车竖向活载横向计算采用ZK特种活载；横向摇摆力：取100KN集中荷载作用在最不利位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢规项面。人行道竖向静荷载：按4。附加力风力：风力按《桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）第4.4.1条采用：结构温度变化影响力：按《桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）办理，整体升降温25，纵向温度荷载按顶板升温5考虑。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：列车制动力：桥上列车制动力和牵引力按单线竖向静活载的10%计算。特殊荷载脱轨荷载：不计动力系数，亦不考虑离心力，只考虑一线脱轨荷载，其他线路上不作用列车活载；地震力：按《铁路工程抗震设计规范》办理，地震基本烈度为七度。荷载内力计算及组合计算模型：荷载与内力的计算恒载自重及二期恒载：结构自重按26kN/m3计算，借助CAD，求得各截面的面积：跨中I-I截面：W1=9.41581m2II-II截面：W2=10.9475m2III-III截面W3=13.2282m2IV-IV截面：W4=14.6798m2V-V截面：W5=15.3409m2IV-IV和V-V截面的面积差不多，且IV-IV截面段较小，为方便和安全起见，并为一个界面，以V-V计。各段的自重集度为:二期恒载为g5=190+07=197kN/m。（2）恒载作用下各截面的内力支座处：弯矩：0剪力：1/8截面处：弯矩：剪力：变截面（7m）：弯矩：剪力：1/4截面：弯矩：剪力：3/8截面：弯矩：剪力：1/2截面：弯矩：剪力：Q=0恒载作用下的内力见表4-1：表4-1自重与二期恒载内力结果内力截面弯矩(kN.m)剪力（kN）支座处09518.4241/8处33168.8706706.8001/4处68709.6734418.0793/8处85277.5212209.0421/2处90800.0930变截面（7m）52751.1085743.530

预应力的估算及布置数据计算假定只有受拉区配有预应力布筋预应力：0.75×1860=1395MPa；张拉控制应力为1283.4MPa。假定只有受拉区配有预应力钢筋，可计算出顶板的横截面积：板顶平均厚梁截面可换算成如下形截面（单位：）5-1等效T型截面图2.在跨中截面对压应力作用点取矩：查表取K=2.0假定3000mm预应力筋使用公称直径为15.2mm（A=139mm2）的钢筋组成的钢丝束。腹板处为16束的，底板为12束的和2束的所以:实际139×(18×15+12×12）=5754653758.200满足要求。3.确定预应力钢筋容许偏心的上限和下限:根据预应力梁预加应力阶段及梁自重作用时上翼缘混凝土的容许拉应力：…………（5-1）在使用荷载作用下，截面下缘混凝土不允许出现拉应力：…………（5-2）式中：——预加应力阶段和使用阶段的有效预压力；——分别为梁自重、二期恒载和活载产生的弯矩；——构件截面对上边缘和下边缘的截面抵抗矩；——预加应力阶段和使用阶段的容许偏心值；——截面的上核心距和下核心距。其中查规范得：=3.08MPa；==/0.8；张拉力：由CAD计算截面特性可知：主轴距离上、下边缘的距离分别为：1.442m，1.7m惯性矩则由式1，代入数据得：由式2，代入数据得：预应力钢筋的布置根据构造要求及具体条件预应力筋配筋如下图（单位mm）5-2预应力筋配筋图此时满足要求根据《桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）6.5.2规定当管道的直径大于55时，其管道净距不应小于管道外径。6.5.3规定管道表面与结构表面之间的保护层厚度与顶面和底面都不应小于1倍的管道直径，并不小于50，在结构底面不应小于60。在纵向，采用ovm15-15时成孔直径为90mm。5-3腹板预应力计算图计算公式：，，，，腹板预应力筋弯起角度a取7，底板取5，在立面内：F8、F7、F6、F5预应力筋a=4；F4、F3、F2、F1的a=3，B1为3；B2的a=6；B2’为4。在平面内：F8，F7，F6，F4预应力筋平弯角度取3;F2取4;F1取1；F5取0.85；F3取0.3。

主梁界面强度及应力验算跨中强度验算由于不容许上下翼缘出现拉应力。由《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范》中6.2.3条翼缘处于受压区，可得：假定受压区高度为，查表知；；上翼缘的平均厚度是；上翼缘的有效宽度是预应力筋到截面底面的距离：。判断截面类型：由可知，该截面属于第一截面类型，按矩形截面计算：强度符合要求。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由，，，满足要求。斜截面抗剪强度检算由前面的预应力筋的构造可知，所有的预应力筋都有弯起。由不满足，所以需要适量的布置斜筋与箍筋。正应力检算应力检算根据梁所受荷载的不同分为预加应力阶段和运营阶段两部分,其中预加应力阶段只有一期恒载的作用,运营阶段不仅有一期恒载还有二期恒载以及活载的作用。根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》可以采用以下公式进行计算：预加应力阶段：其中跨中截面支座截面：使用阶段：其中跨中截面：支座截面：将各阶段相应的荷载带入相应公式即可求得预加应力阶段和运营阶段的正应力，整理以后可得下表：表6-1正应力检算表阶段预加力阶段使用阶段截面跨中支座跨中支座位置上缘下缘上缘下缘上缘下缘上缘下缘53692.332053692.332O92400.383092400.383O0032348.052O9.076514.07869.076514.07869.41215.33259.41215.332511.65517.0104811.65517.0104812.60817.7787812.60817.77878030362251.53659243.45752747.1252950.6989504.8195283.7899504.8195283.7591.603610.739831.603610.739831.17672.02331.335581.86441.37861.82140.8612.3392.2015.5320.7675.9613.16515.81811.0415.89222.61322.61322.61322.61318.42518.42518.42518.425注：=1\*GB3①本计算书中以压应力为正，拉应力为负，代入公式计算时均只代入绝对值；=2\*GB3②使用阶段：当时主力加附加力组合作用时规定即，对不容许开裂的构件。=3\*GB3③预加力阶段：规定即，即。通过检验，以上均满足要求。剪应力检算由《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》可得计算公式：;--是截面处的预应力筋切线与水平线间的夹角。计算截面选取跨中截面和支座截面,则通过计算可得和计算表如下：表6-2和计算表截面支座截面跨中截面计算点换算截面中性轴换算截面中性轴12968.272942.2857.7655.5352140110017.77912.6082.6470.3764136.220017.01011.6557.6735.2141.81.80.876003.8890.679注：由规定6.3.15知，即以上都满足要求。梁斜截面主应力检算选取变截面为计算截面，变截面的几何特性按跨中截面几何特性计算偏安全。计算点选取上梗点，换算截面中性轴，和下梗点三个地方。（1）压应力计算由《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》6.3.7可知：梁斜截面的混凝土主拉应力和主压应力，应按如下公式计算：主应力的计算公式为：=1\*GB3①主拉应力：=2\*GB3②主压应力:。法向应力：式中：——计算纤维处混凝土的有效预压应力；由于本梁并未配竖向预应力筋，所以竖向压应力：；计算点上梗点下梗点中性轴5.0315.0315.0319076517.289076517.289076517.281603.611603.611603.61486.71723.337.55211.65511.65511.6558.91217.4725.8021.81.81.872904.29072904.29072904.29012.60812.60812.608524.31685.705.45717.54503.455-0.0735.803表6-3计算表（2）剪应力计算由《规范》可知：弯起预应力筋预加力产生的剪力：--是截面处的预应力筋切线与水平线间的夹角。表6-4和计算表计算点上梗点下梗点中性轴8310.5388310.5388310.5385.4574.5415.53511001100110012.60812.60812.6083.2702.7213.3162365.3112365.3112365.31111.65511.65511.6555.1584.6795.2141.81.81.80.9520.8630.9624.9284.0295.001通过上述计算可以得到主拉应力和主压应力的计算值，列为下表：6-5主拉应力和主压应力计算表计算点上梗点下梗点中性轴7.8176369481.6254605485.7794962880004.9278779534.0287943335.000758889-2.08108160-1.9722280-0.885910592.3810816033.2972228012.885910589注：1.上述数值是以压应力为正，负值说明是拉应力；主拉应力规定：对不容许开裂的构件，即，以上均满足；主压应力规定:当时主力加附加力组合作用时规定即,以上均满足；由(TB10002.3-2005）的6.3.9的规定值斜截面的抗裂性满足要求。混凝土正截面抗裂验算查表得，经计算得：满足要求

结论在半年的毕业设计过程中，我遇到了很多困难，也收获了很多知识，我遇到的困难主要有下面几点：设定结构尺寸时我遇到了困难，后来我是通过老师的帮助翻阅了很多的规范要求才最终确定了下来。在使用CAD制图时我也遇到了很多问题，最后通过同学之间的交流