40米简支箱梁计算书

实用文档PAGE1目录TOC\o"1-2"\u1设计要求 21.1设计依据 21.2设计基本情况 21.3主要技术标准 21.4主要设计指标 31.5梁部计算 41.6图纸绘制要求 42计算说明 42.1结构体系 42.2施工方法 43模型及荷载 43.1计算模型 43.2计算荷载 54全梁弯矩包络图 55支承反力结果 76计算成果 76.1混凝土截面应力验算 86.2混凝土正截面抗裂验算 126.3正截面抗弯强度验算 126.4活载作用下的竖向挠度验算 126.5恒载作用下的竖向挠度验算和反拱度设置 136.6梁端竖向转角和工后徐变验算 136.7使用阶段钢束应力验算结果 137施工阶段应力验算 1340m有砟简支梁桥设计说明书1设计要求1.1设计依据《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)；《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)；《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》(铁建设函（2005）285号)；1.2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1.3主要技术标准1.3.1设计荷载(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；C50混凝土容重取26kN/m3；二期恒载:190kN/m。(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：0.00017(3)设计活载a.列车纵向活载采用“ZK活载”，中-活载检算(注意根据规范进行折减)b.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+μ=1+α*6/（30+L），α=4*(1-h)≤2.0,L为桥梁跨度。(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：(5)荷载组合按可能的最不利组合情况进行计算:组合Ⅰ（主力）：自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+列车活载组合Ⅱ（主+附）：自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+列车活载+温度变化1.3.2建筑材料(1)混凝土梁体混凝土强度等级采用C50混凝土；(2)预应力筋a.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》（GB5224）的规定；b.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》(GB1499),Q235钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB13013）。1.4主要设计指标1.4.1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K≥2.2主+附K≥1.982预应力筋

（Mpa）预加应力时的锚下钢绞线控制应力σcon≤0.75fpk运营荷载作用下钢绞线应力σp≤0.60fpk3混凝土应力

（Mpa）运营荷载作用下混凝土压应力主力σc≤0.50fc主+附σc≤0.55fc运营荷载作用下混凝土拉应力σct≤0运营荷载作用下混凝土最大剪应力无竖向预应力时τc≤0.17fc抗裂荷载作用下混凝土主拉应力σtp≤0.7fct抗裂荷载作用下混凝土主压应力σcp≤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。1.5梁部计算1.5.1计算程序采用同济大学“桥梁博士3.1”。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。1.5.3全梁弯矩包络图(单位KN•m)1.5.4计算成果(1)营运阶段正截面强度计算表主力作用下强度安全系数主+附作用下强度安全系数2.6大于2.22.34大于1.98(2)营运阶段截面应力计算(单位:Mpa)荷载组合上缘最

大应力上缘最

小应力下缘最

大应力下缘最

小应力最大

剪应力最大

主应力最小

主应力主力组合5.65.64.44.41.27.30主+附组合6.75.44.62.81.28.60需要满足以上表格列出的设计指标(3)活载作用下的挠度值满足《新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定》第6.3.1条及第6.3.2条有关规定。(4)恒载挠度值及预拱度设置恒载作用下引起的最大挠度值18mm。预拱度按（恒载+1/2活载）挠度值反向设置。5.4.6梁端竖向折角和工后徐变1.5.5全梁支点反力表支反力荷载P1P2恒载(KN)活载(KN)(含动力系数)maxmin主力组合（KN）maxmin主+附组合（KN）maxmin1.6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：(1)图幅高度按297mm或420mm出图。(2)尺寸标注以mm为单位。(3)字体:仿宋_GB2312，高宽比0.7。(4)字高:尺寸标注2.5mm,标题3.5mm,附注3.5mm,数量表内:2.5mm,其他2.5～3.5mm。(5)标注线离目标线5mm左右，箭头1.5mm，起点偏移0.5mm，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。(6)线宽：细线（绿色）0.15mm，粗线（红色）：0.35mm,请分别分层。2计算说明2.1结构体系本桥为双线有碴简支箱梁桥，桥梁全长40m，支点间距38.8m，桥面宽12.6m（线间距为5.0m），采用预应力混凝土简支箱梁。由于设计受到中—活载强度、工后徐变等多方面制约，梁高经过反复比选，最后确定为3.2m等高度梁。截面布置详见桥梁结构图。梁体圬工采用C50混凝土，纵向预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线，钢绞线公称直径15.20mm，规格为12-7φ5，钢束张拉控制应力为1250MPa，普通钢筋采用HRB335和Q235，各项材料弹性模量及强度数值依照《铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)2.2施工方法采用满堂支架现浇法施工。3模型及荷载3.1计算模型计算软件采用桥梁博士V3.0.3版，采用平面梁单元建模，全桥共离散为30个单元和31个节点，支点节点号为2和30，其中2号节点设为固定铰支座，30号节点设为滑动铰支座。计算模型如图1所示。图3.1桥梁有限元分析离散图3.2计算荷载(1)自重及二期恒载结构自重按26kN/m3计算，二期恒载为190kN/m。(2)ZK车辆荷载及动力作用双线按规范《新建时速200～250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：a.计算剪力时：b.计算弯矩时：对于本桥：计算时为偏安全都取1.099计算(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。其中冲击系数1+μ=1+α*6/（30+L），α=4*(1-h)≤2.0，L为桥梁跨度。对于本桥：1+μ=1+2*6/（30+40）=1.171(4)温度影响按《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：(5)混凝土收缩徐变:按规范（JTGD62-2004）附录F取用；(6)制动力考虑其与冲击力组合，取一线竖向静活载的10%计算。4全梁弯矩包络图下图中外曲线代表最小抗力；内曲线代表最大内力（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4.1主力组合弯矩包络图(中—活载)单位:KN.m图4.2主力+附加力组合弯矩包络图(中—活载)单位:KN.m图4.3主力组合弯矩包络图(ZK活载)单位:KN.m图4.4主力+附加力组合弯矩包络图(ZK活载)单位:KN.m5支承反力结果表5.1支承反力表（KN）墩号自重+二恒中—活载ZK活载主力(中—活载)主力(ZK活载)29640406033801370013020309640406033801370013020说明：已计入ZK活载冲击系数1.099和中活载冲击系数1.1716计算成果纵向计算内力组合组合Ⅰ(主力):自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变组合Ⅱ(主+附):自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+温度变化6.1混凝土截面应力验算(1)运营荷载作用下混凝土压应力应满足:主力组合:σc≤0.50fc；主力+附加力组合:σc≤0.55fc；混凝土拉应力:σct≤0；(2)抗裂荷载作用下应满足:混凝土主拉应力σtp≤0.7fct；主压应力σcp≤0.60fc6.1.1混凝土截面正应力验算表6.1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11.27.78.02.412.47.78.12.4支点

截面3.52.87.97.04.22.48.17.4表6.2ZK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10.97.77.93.012.17.78.13.0支点

截面2.81.88.77.53.01.69.07.5(1)由计算得运营荷载作用下混凝土最大压应力σc主力组合:σc=11.2≤0.50fc=16.8；主力+附加力组合:σc=12.4≤0.55fc=18.4由计算得运营荷载作用下混凝土未出现拉应力，即σct≤0下图图中曲线从上至下分别代表: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6.1主力组合正应力包络图(中—活载)图6.2主力+附加力组合正应力包络图(中—活载)图6.3主力组合正应力包络图(ZK活载)图6.4主力+附加力组合正应力包络图(ZK活载)6.1.2混凝土截面主应力验算表6.3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13.6-1.415.0-1.413.1-0.614.6-0.7支点

截面8.9-1.39.1-1.48.9-1.29.1-1.2(1)由计算得混凝土主拉应力σtp：主力组合最大值σtp=1.4Mpa，小于要求的0.70fct=0.7*3.1=2.17MPa；主力+附加力最大值σtp=1.4Mpa，小于要求的0.70fct=0.7*3.1=2.17MPa。(2)由计算得主压应力σcp：主力组合最大值σcp=13.6Mpa，小于要求的0.6fc=0.6*33.5=20.1；主力+附加力组合最大值σcp=15.0Mpa，小于要求的0.6fc=0.6*33.5=20.1；由此得主应力满足要求。下图图中上曲线代表最大主压应力，下曲线代表最大主拉应力图6.5主力组合主应力包络图（中—活载）单位:Mpa图6.6主力+附加力组合主应力包络图（中—活载）单位:Mpa图6.7主力组合主应力包络图（ZK活载）单位:Mpa图6.8主力+附加力组合主应力包络图（ZK活载）单位:Mpa6.1.3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6.4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2.30-2.302.30-2.30表6.5ZK活载作用下主应力验算结果(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2.10-2.102.10-2.10由计算得运营荷载作用下混凝土最大剪应力τcmax：主力组合剪应力最大值τcmax=2.30MPa，小于要求的0.17fc=5.7MPa；主力+附加力最大值剪应力最大值τcmax=2.30，小于要求的0.17fc=5.7MPa；由此得主应力满足要求。下图图中上曲线代表最大剪应力，下曲线代表最小剪应力图6.9主力组合剪应力包络图(中—活载)单位:Mpa图6.10主力+附加力组合剪应力包络图(中—活载)单位:Mpa图6.11主力组合剪应力包络图(ZK活载）单位:Mpa图6.12主力+附加力组合剪应力包络图(ZK活载）单位:Mpa6.2混凝土正截面抗裂验算计算结果的应力值为《铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)第6.3.9条的(Kfσ-σc)，因此只要该值小于γfct（此桥跨中截面γ=0.994），由计算得跨中正截面在抗裂组合作用下Kfσ-σc=1.4Mpa小于γfct=3.08，因此抗裂满足规范要求。下图上曲线代表上缘最小应力，下曲线表下缘最小应力图6.13抗裂组合作用下正应力包络图(中—活载)图6.14抗裂组合作用下正应力包络图(ZK活载）6.3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276387/123042=2.246，大于本桥要求的2.20；主力+附加力组合安全系数为276387/110738=2.496，大于本桥要求的1.98(2)ZK活载作用下主力组合安全系数为276387/118983=2.323，大于本桥要求的2.20；主力+附加力组合安全系数为276387/107084=2.466，大于本桥要求的1.986.4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11.6mm(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9.8mm(向下)，小于规范允许