客运专线40m预应力混凝土双线简支箱梁设计.docx

混凝土桥课程设计COLLEGE OF CIVIL ENGINEERINGCENTRAL SOUTH UNIVERSITYCENTRAL SOUTHU NIVERSITY 混凝土桥课程设计指导老师： 班 级： 姓 名： 学 号： 中南大学土木工程学院桥梁系 二一二年九月第一部分 混凝土桥课程设计任务书1. 设计题目：客运专线40m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：200KN/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： 主梁内力计算 主梁预应力钢筋配置及验算 行车道板内力计算及设计 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。第二部分 混凝土桥课程设计计算说明书一、结构尺寸拟定 梁高：3.2m(梁高与跨度比满足1/111/15) 腹板厚：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跨中截面如下（单位：mm）：二、 内力计算及组合荷载与内力的计算如下：桥跨L=40 m恒载：一期恒载q ，二期恒载活载：列车活载荷载1恒 载 由CAD计算截面特性得（单位：dm），面积:1122.7618周长:446.6111惯性矩: X: 149265.6411 一期恒载： 由题目知二期恒载：=200恒载：q=+=480.692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 载由规范规定，只计入列车荷载（不计人行道活载）,设计荷载使用ZK活载冲击系数 式中 取2 所以 活载内力按照换算均布活载在影响线上加载计算： 式中 K换算均布活载，查高速铁路设计规范取用 加载范围内相应影响线面积分别计算各截面内力如下：（1） 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由于是双线，按照90%的折减：M=0（2） 截面剪力弯矩影响线如下剪力：由查表得 弯矩：2由查表得 由于是双线，按照90%的折减： （3）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 由于是双线，按照90%的折剪： 4内力组合（1）剪力组合 （KN） 支座恒 载9613.84806.90活 载1790.771085.29546.0控制剪力11404.575892.2546.0（2）弯矩组合(KN.m)支座恒 载072103.596138.0活 载012981.6317302.52控制弯矩085085.13113440.52三、 预应力筋计算与布置1.预应力筋的计算（1）受拉区预应力钢筋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： 查表取 K=2.0 假定2900mm 解得：50119.45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12所以 实际139（1212+1616）=5560050119.45 满足（2）梁预加应力阶段在梁预加应力阶段，要满足（式1）在正常运营阶段，截面下缘不允许出现拉应力，要满足（式2）=3.1MPa =/0.8张拉力N=0.75=77562000N由CAD计算截面特性可知主轴距离上、下边缘的距离惯性矩 1.4910则由式1，代入数据得：由式2，代入数据得：根据构造要求及具体条件预应力筋配筋如下图（单位mm）此时 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、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RDABTCEN2、4、6、8150003491046.35 4990.93 523.81 14345.26 4479.31 N3、5、7、9150006492087.59 4617.88 1048.90 14193.22 3614.36 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，不能按照宽度为的矩形截面计算此时： 确定中心轴位置 代入数解得x=471.4mm 满足（0=1092）mm由 ，代入数得： 113440.521062=2.2691011 33.5（1600471.4（2730-471.4/2）+(6528.4-1600)410.7（2730-410.7/2）=2.342强度满足要求（2）斜截面强度检算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=55600mm2 ，M=113440.52KN.m ， K=2左边=2113440.52=226881.03 KN.m=2.27右边=167455600（3200-471.4/2）+0=左边右边 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的轴向力、剪力及弯矩计算公式图形如下3.预应力损失 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（2）换算截面特性（由CAD计算）惯性矩 I=3.222 面积 A=11533418mm2（MPa）(N)(N)(N.mm)(mm)跨中截面1211.7767374677.2109.7310101443.61支座截面1278.7070630484.838122260.424.31010614.364.混凝土法向应力验算代入数得：跨中截面上 缘跨中截面下 缘支座截面上 缘支座截面下 缘c（单位：MPa）1.96+9.55=11.5111.63-14.97=-3.354.348.64由表可知压应力 满足要求跨中截面下缘拉应力 不满足要求所以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。5.混凝土剪应力验算计算公式：剪应力 ,分析可知，最大剪应力在中性轴上 S（mm3）（MPa）P（MPa）跨中截面588271734800支座截面58827173482.832.02 满足要求6.混凝土主应力验算主拉应力 主拉应力 代入数得 （单位：MPa）跨中截面11.5100011.4支座截面8.7100.83-0.088.8由表可知主压应力 满足要求主拉应力 满足要求7.挠度检算计算公式：对于不允许开裂的构件 =0.78所以 挠度满足要求8.局部承压检算计算公式： 其中：底板采用HVM15-12锚具，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，所以 满足腹板HVM15-16锚具锚板直径210mm，垫板厚325mm，波纹管内径100mm，所以 满足9.抗裂性检算 ， ，跨中下缘： 不满足要求支座下缘：满足要求所以，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10.施加预应力阶段 ， 上缘 满足要求下缘不满足要求，所以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：1. 恒 载道砟重=200.351=7人行道的恒载（取）外侧道砟板重=2510.14=3.5（距离梁中心5m）桥面板自重=0.4107251=10.27（1）恒载内力根据各恒载作用可得如下所示恒载作用图示，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。 则面积S=1.2（2.5+0.352）=3.84m2均布活载集度为：冲击系数 h=0.35m 取2 悬臂板 腹板之间 可知，冲击系数相差很小，取平均值 1.35所以，均布活载集度（1）活载内力活载图式如下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 力截 面恒 载活 载控制内力剪 力Q（）8.5622.410.9651.7463.25115.000026.7944.0170.841.45101.42142.86弯 矩M（）-2.57-0.72-3.29-77.0-33.26-110.26-27.2642.815.54-48.0328.47-19.56-77.0-33.26-110.264.配筋及最小配筋率的检算配筋计算公式为式中， 取 则有 代入数计算得ABCDE282632350350632-3.29-110.2615.54-19.56-110.26242