中南大学混凝土桥课程设计汇总

1、混凝土桥课程设计指导教师：班 级：学生姓名：设计时间： 中南大学土木工程学院桥梁系二一三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：120KN/m；（4）主梁跨径：主梁全长36m ；（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1r."?2迪2 渤!2500J1r31111 1丄1 - 1 IL:1. aJ Lh J I B " * 1 r " r B *j -aj» - j 4.&

2、gt;L. II 1-1i1;k-”-一1 -一 一 ”X,f4J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：<1>主梁内力计算<2>主梁预应力钢筋

3、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）跨中截面如下（单位：mm）:腹板厚：0.8m（变截面在距

4、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、内力计算及组合荷载与内力的计算如下： 桥跨L=36 m恒载q :期恒载q,，二期恒载q2活载：列车活载q31 .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：5 A 1122.761810-225 280.69 kN / m由题目知二期恒载：q2=120 kN /m恒载：q= q +q2 =400.69 kN / m2 .恒载内力1取支座截面、丄1截面、跨中截面进行计算4ql支座截面：V步72

5、12.42kNM 0kN mql 1V q l 3606.21N124处截面：24ql 1 q 1M - l - -l 48683.84 kN m2 42 4Vq丄l2 20kN跨中截面：2Mql 1lq1l64911.78kN m2 2223. 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11630 L式中 41 h 2取2所以 11.1818活载内力按照换算均布活载在影响线上加载计算：K内力 10.5909 K2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

6、矩影响线，下同） ：1剪力：36 1 18m22由丨36m,0查表得K 87.12kN/m其中丨为加载长度，为最大纵坐标位置（下同）V 0.5909 87.12 18 926.63kNM=0由于是双线，按照90%的折减：V 926.63 2 0.9 1667.93kNM=01（2） l截面4剪力弯矩影响线如下1 2 剪力：27 0.75 10.125m22由丨 27m,0查表得 K 94.305kN/mV 0.5909 10.125 94.305 564.21kN1弯矩：-36 7.5 135m221由 I 36m,-查表得 K 83.93kN / m4M 0.5909 135 83.93 6

7、695.22kN m由于是双线，按照90%的折减：V 564.21 2 0.9 1015.58kNM 6695.22 2 0.9 12051.40kN m（3）跨中处剪力弯矩影响线如下1剪力：18 0.5 4.5m22由 I 18m,0 查表得 K 107.41kN /mV 0.5909 107.41 4.5 285.61kN弯矩：1 36 10 180m221由 I 36m,-查表得 K 83.89kN / m2M 0.5909 83.89 180 8922.71kN m由于是双线，按照90%的折剪：V 285.61 2 0.9 514.10kNM 8922.71 2 0.9 16060.8

8、8kN m4 .内力组合(1)剪力组合(KN)支座114112恒载7212.423606.210活载1667.931015.58514.10控制剪力8880.354621.79514.10(2)弯矩组合(KN.m)支座114112恒载048683.8464911.78活载012051.4016060.88控制弯矩060735.2480972.66三、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 hf =2258809 2 (12600-800 2)=410.7mm梁截面可换算成如下I形截面(单位：mm )在跨中截面Ih对压应力作用点取矩：K

9、M Apfp(h。-寸)查表取 fpk = 1470MPa fp=0. 9fpk K=2.0假定 h°=2900mm解得：Ap 45426.18 mm2预应力筋使用半径为15.2mm(A=139mm 2)的钢筋组成的钢丝束取腹板为16束的16 15. 2，底板为12束的1215.2所以实际 Ap= 139 x( 12 x 12+16 x 16 ) =55600 mnf 45426.18 mnf满足(2 )梁预加应力阶段在梁预加应力阶段，要满足NPi N Pi .epi M g 一-+TAcWcWc-0.7ftk （式 1）在正常运营阶段，截面下缘不允许出现拉应力，要满足Npe Npe

10、epe M gi +M g 2 + M q+-0 （式 2）AcWcWcftk=3.1MPaN =Nr= Npe/0.8张拉力 N=0.75 X fpk X Ap= =61299000N由CAD计算截面特性可知主轴距离上、下边缘的距离y1=1246.29mmy2 =3200-y1=1953.71mm惯性矩 Ix= 1.49 X 10 13mm4则w； = 1.20 1010mm393wc=7.63 109mm3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 ）O目PO300J -12500B00 . B4S31r?5CNDO gzUJ6S849 “B

11、OD .250098'7帝巧T3ZIS B-S H-9 61-團團 S £)l£-8g gCNCM0E 0B HOE0 0 0 EB此时ep：150 122 +650 162=y2 -22=1483.71mm12 +16epiepepe满足要求2. 预应力钢筋的布置在纵向梁z端斷支就Bj. Tc严&?卜Da腹板预应力筋弯起角度a取80，底板取40 ,B ，T Rta n, A Rsi na , tana2BL0ET，C -Xi-B Tcosa2在平面内N2、N4、N6、N8预应力筋平弯角度取 4 0 , N3、N5、N7、N9取8°计算特征尺寸数据

12、如下预应力筋单位立面（mm）RDABTCEN1150003501046.355005.23523.8114330.964493.64N2、N3200006502783.464624.991398.5413836.473271.91N4、N5200009502783.466759.601398.5411701.865427.50N6、N72000012502783.468894.211398.549567.257583.09N8、N92000015502783.4611028.821398.547432.649738.67预应力筋平面RDABTCEN2、4、6、8150003491046.354

13、990.93523.8114345.264479.31N3、5、7、9150006492087.594617.881048.9014193.223614.36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h0 =h p=3200-150 122+6502 212 +16162=2730mm，fc=33. 5MP(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b+2c+12hf -,3bf = b+2c+12hf =6528.4mm所以fpAp fcbfhf，不满足要求，不能按照宽度为bf的矩形截

14、面计算 此时：确定中心轴位置 fpAp二fcbx+(b'f-b)h'f代入数解得x=107.3mm满足(0= 2a ) x (0.4hp=1092)mmIx ， h f由 KMfcbx(h0-)+(bf-b)hf(h0-r)，代入数得： 80972.66 X 106 X 2=1.619 X 1011 N.mm33.5 X ( 1600 X 107.3 X (2730-107.3/2) +(6528.4-1600) X 410.7 X(2730-410.7/2) =1.867 X 1011Nmm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

15、弯起的范围内由 KMfp( ApZp+ ApbZpb)AP =55600mm 2， fp=0.9fpk = 1323MPa，K=2左边=2 X 80972.66=161945.32 KN.m=1.62X 1011N.m右边=1323 X 55600 X (3200-2 2150 12 +650 16122+1$-471.4/2)+0= 1.83 1011N.m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 Vb=0.9 fp ApbSin a 得vb=0.9 1470 55600sin (4 122 +8 162)/ (122+162) =8

16、403623.409 NVcv 0kv=2 11364.566 103=2272913血不满足kv Vcv+Vb，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Npp ap +A，B cosaQPPAPB sinaM P NPe0e)=pApyp+ pApbYpbCOsa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)L1=1-e-(+kx)L1con由于锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失L2Ep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L4 = np ? c ?Z

17、由于钢筋松弛引起的预应力损失L5con(1)运营阶段:跨中截面支座截面5cr 1.95 10L4 = np ?c?Z=4 0=03.55 10(2)换算截面特性(由CAD计算)惯性矩 1=3.222 1013mmly1 =1285.64mmy2=1914.36 mm面积 A=11533418mm2P= con-损失(MPa)Np(N)Qp(N)M P (N.mm)e°(mm)跨中 截面927.9251592555.0907.45 X 10 101443.61支座 截面980.7654173421.686229755.3213.3 X 10 10614.364. 混凝土法向应力验算NN

18、pyA IMyII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 c 0.5fc=16.75MPa满足要求跨中截面下缘拉应力 tp 0.7fct=2.17MPa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。QSI b5. 混凝土剪应力验算S (mm 3)（MPa）P( MPa)跨中截面588271734800支座截面58827173482.171.55计算公式：剪应力,分析可知，最大剪应力在中性轴上0.17 fc满足要求6. 混凝土主应力

19、验算（该部分尚未计算） 主拉应力七卩=亠严二（；cy）2+: 主拉应力。卩=亠（ cx2 cy）2+ 2kfi My。cx= cl +I一10cy=0egVpb?Sbl代入数得（单位：MPa ）CXcyctpcp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ep 0.5fe=16.75MPa满足要求主拉应力tp 0.7fet=2.17MPa满足要求7. 挠度检算计算公式:5 Ml48 BL800对于不允许开裂的构件P lEc I 04Ec=3.55 10 MPa1341。=1.49 10 mm4=0.78±=0.88820.50.95 -0

20、.45=0.961所以17P 1ECI0=4.5 10 N .mm5 Ml 2 2536000Ad =(450 2) -45=2538328.32 mm A 271688 fc=33.5MPa， KCf =1.5(113440.52 10所以 满足 KcfNcfcAc 腹板HVM15-16 锚具锚板直径210mm，垫板厚325mm，波纹管内径100mm-9.631010)L“方5.1844548 B484.5 10800挠度满足要求8.局部承压检算计算公式：KcfNcfcAc 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2

21、10mm，波纹管内径90mmAc=(17522+210)2=271688.86mm2Ac=(210+325)2 -(90)22=574518.76mm2Ad =(450 2)2-452 =2538328.324 mm22538328-32=2.10271688fc=33.5MPa , , KCf =1.5所以满足 KcfNcfcAc9. 抗裂性检算K fc + fct , = 0 K f =2 , fct =3.1MPafc ' W0 f '跨中下缘：不满足要求支座下缘：Kf -( c+ fct)0满足要求才能满足抗裂性要求所以，需要在梁跨中截面附近段的下缘配置受力钢筋,10.

22、 施加预应力阶段y1=1246.30mm， y2=1953.70mm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：道砟重qi =20 X 0.35 X 1=7 kN / m人行道的恒载（取4kN/m2）q24 1 4kN /m外侧道砟板重Q, =25 X 1 X 0.14=3.5 kN （距离梁中心 5m ）桥面板自重q3 =0.4107 X 25 X 仁 10.27 kN / m(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

23、其内力Q 0kNMe(710.27)72.22 kN m (下缘受拉)2.42.4(710.27)2.41.2 - 77.0A截面内力为:40.610.270.68.56kNMa（410.27)0.60.6/22.57 kNm （上缘受拉）Q3.541.371.610.273.151.737 kNB截面内力为：Mb3.51.741.32.45>71.60.810.273.13.11 / 277kNm （上缘受拉）C截面内力为:D截面内力为:Q (710.27)1.5526.79 kNMD77.0 - (710.27) 2.40.85(710.27) 0.852235.6kN m上缘受拉)

24、E截面内力为:me(710.27)2.441.45kN77kN m上缘受拉）人行道活载q14 1 4kN / m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 X( 2.5+0.35 X 2 ) =3.84m2均布活载集度为：p=(1+ ) 200 =52.083(1+ )(KN/m 悬臂板)3.841冲击系数630 L1腹板之间61.3430 4.8h=0.35m可知，冲击系数相差很小，取平均值1.35200 2 p=(1+ )=52.083 1.35=67.61KN/m2 所以，均布活载集度3.84(1 )活载内力活载图式如下Qa4 0.62.4kNA截面内力为：Ma40.60.3 0.72kN m上缘受拉Qb40. 667.610.963.25 kNB截面内力为：Mb40.6(3.1 - 0.65)67.610.90.91 / 233.26 kN n上缘受拉C截面内力为：67.61KN/aQ0kNMC67.611.5(1.50.9) - 67.611.5(1.5/20.9) - 33.3642.8 kN mF缘受拉D截面内力为:Q67.61(1.5 -