混凝土桥课程设计-计算书-中南大学土木(范本)

1、中南大学土木工程专业本科生课程设计 题目:双直线40m有砟简支梁桥箱梁设计班级:土木0703班学号: 1201070318姓名:危大结指导老师:戴公连2011年01月梁体计算说明书计算说明一、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、新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定(铁建设函(2005285号;二、设计基本情况1、双直线40m有砟简支梁桥(线间距5.0m2、桥式结构及桥面布置:见CAD图。三、主要技术标准3.1 设计荷载二期恒载:190kN/m。环境条件按野外一般条件计算,相对湿

2、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(1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。(2竖向动力冲击系数:按铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005办理: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: 按可能的最不利组合情况进行计算。组合(主力:自重+二期恒载+预加力+收缩徐变+列车活载

3、组合(主+附:自重+二期恒载+预加力+收缩徐变+列车活载+温度变化3.2 建筑材料梁体混凝土强度等级采用C50混凝土;(1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(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。四、主要设计指标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: fc 、fct 分别为混凝土的轴向抗压、抗拉

4、极限强度。 五、梁部计算5.1 计算程序采用同济大学“桥梁博士3.0”。 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。2.1计算模型 图2.1 桥梁有限元分析离散图2.2 计算荷载1、自重及二期恒载结构自重按26kN/m 3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200250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: 计算剪力时:10.913=+ 计算弯矩时:20.851+ 对于本桥:.040494.12=+-=,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

5、同时作用时,取折减系数0.9。其中本桥冲击系数:171.140306211=+=+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;3全梁弯矩包络图下图中绿色代表最小抗力;红色代表最大内力(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3.1 主力组合弯矩包络图(中活载单位(kN.m 图3.2 主力+附加力组合弯矩包络图(中活载单位(kN.m 图3.3

6、主力组合弯矩包络图(ZK活载单位(kN.m 图3.4 主力+附加力组合弯矩包络图(ZK 活载 单位(kN.m 4支承反力结果表4.1 支承反力表(kN 5计算成果纵向计算内力组合组合(主力:自重+二期恒载+预加力+收缩徐变+支座不均匀沉降 组合(主+附: 自重+二期恒载+预加力+收缩徐变+支座不均匀沉降+制动力+温度变化5.1 混凝土截面应力验算运营荷载作用下混凝土压应力应满足 主力组合:c f 5.0c 主力+附加力组合:c f 55.0c 混凝土拉应力0ct 抗裂荷载作用下应满足 混凝土主拉应力ct f 7.0tp ;表5.1 中活载作用下正应力验算表(Mpa 表5.2 ZK 活载作用下正

7、应力验算表(Mpa (1由计算得运营荷载作用下混凝土最大压应力c(2由计算得运营荷载作用下混凝土未出现拉应力,即0ct 下图图中红、黄、蓝、绿色分别代表上缘最大、最小应力值及下缘最大、最小应力值(正值代表压应力 图5.1 主力组合正应力包络图(中活载 图5.2 主力+附加力组合正应力包络图(中活载 图5.3 主力组合正应力包络图(ZK 活载 图5.4 主力+附加力组合正应力包络图(ZK活载表5.3 主应力验算表(Mpa(压应力为正,拉应力为负 (1由计算得混凝土主拉应力tp:(2由计算得主压应力cp:下图图中红色代表最大主压应力,绿色代表最大主拉应力 图 5.5 主力组合主应力包络图(中活载单

8、位:Mpa 图 5.6 主力组合主应力包络图(中活载单位:Mpa 图 5.7 主力+附加力组合主应力包络图(ZK活载单位:Mpa 图 5.8 主力+附加力组合主应力包络图(ZK活载单位:Mpa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5.4 中活载作用下剪应力验算结果(Mpa 表5.5 ZK活载作用下主应力验算结果(Mpa (1由计算得运营荷载作用下混凝土最大剪应力cmax:主力组合剪应力最大值cmax=2.75,小于要求的0.17fc=5.7MPa;主力+附加力最大值剪应力最大值cmax=2.75,小于要求的0.17fc=5.7MPa;由此得主应力满足要求。下图图中红

9、色代表最大剪应力,绿色代表最小剪应力 图5.9 主力组合剪应力包络图(中活载单位:Mpa 图 5.10 主力+附加力组合剪应力包络图(中活载单位:Mpa 图 5.11 主力组合剪应力包络图(ZK活载单位:Mpa 图 5.12 主力+附加力组合剪应力包络图(ZK活载单位:Mpa5.2 混凝土正截面抗裂验算因此抗裂满足规范要求。下图图红代表上缘最小应力,绿代表下缘最小应力。 图5.13 抗裂组合作用下正应力包络图(中活载 图5.14 抗裂组合作用下正应力包络图(ZK活载5.3 结构极限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

10、组合安全系数为264077/119243=2.215,大于本桥要求的2.20;主力+附加力组合安全系数为256000/11600=2.215,大于本桥要求的1.98;(2ZK活载作用下主力组合安全系数为264077/115124=2.294,大于本桥要求的2.20;主力+附加力组合安全系数为264077/115124=2.294,大于本桥要求的1.98。安全系数为82.13/18.37=4.47,大于要求的2.0。5.4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28.4mm(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

11、大挠度为9.8mm(向下,小于规范允许的竖向挠度值L/1000=40000/1000=40mm。所以竖向挠度值满足要求。5.5恒载作用下的竖向挠度验算和反拱度设置恒载作用下在跨中引起的最大挠度值为40.0mm(向上,需设置反拱度,按(恒载+1/2活载=40-11.8/2=34.1mm挠度值反向设置,其它位置按二次抛物线过渡。5.6 梁端竖向转角和工后徐变验算:(1在ZK静活载作用下,梁端最大竖向转角为0.91;在静中活载作用下,梁端最大竖向转角为1.06;小于规范要求的2(有碴轨道,所以满足要求。(2梁体最大工后徐变在跨中,其值为17.1mm,满足规范要求的有碴桥面梁的徐变上拱值不宜大于20mm的要求。5.7使用阶段钢束应力验算结果使用阶段主力组合下钢束最大应力结果见下表所示:表