【高铁跨河混凝土桥主梁设计计算案例4200字】

高铁跨河混凝土桥主梁设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u25451高铁跨河混凝土桥主梁设计计算案例 14151.1强度验算 176621.1.1正截面强度验算 1125261.1.2斜截面强度验算 46677根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》规定，受弯构件斜截面的抗剪强度计算按照下列公式： 4108431.2.1正截面抗裂验算 7163261.2.2斜截面抗裂验算 828799表5-4斜截面抗裂性验算结果 9911.3应力验算 9194271.3.1施工阶段应力 952211.3.2预应力钢筋应力验算 1092781.3.3运营阶段应力验算 1114469d.运营阶段荷载作用下，预应力筋最大拉应力符合要求： 13287791.4挠度验算 16271331.4.1竖向挠度验算 1623337表5-10竖向挠度验算结果 16268611.4.2横向挠度验算 16273801.4.3梁端转角验算 1613657在正常使用极限状态下，对于预应力混凝受弯构件挠度进行计算，先按下列计算公式计算构件抗弯刚度： 171.1强度验算预应力混凝土受弯构件强度验算主要有正截面强度验算和斜截面强度验算。当预应力钢筋的含筋量配置差不多，受拉区混凝土不会再工作，预应力钢筋和非预应力钢筋都会达到各自标准抗拉设计强度；受压区混凝土应力无限接近甚至达到抗压设计强度，非预应力钢筋数值无限接近甚至达到其抗压设计强度，假设受压区混凝应力分布呈矩形分布。1.1.1正截面强度验算根据《铁路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》，其正截面强度按下式验算：①当符合下列条件（5-1）应按宽度为的矩形截面验算中性轴位置按下式确定：（5-2）（5-3）式中——混凝土的抗压极限强度——混凝土受压破坏时预应力筋中的应力——预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比——预应力钢筋的抗压计算强度——预应力钢筋中心处混凝土的有效预压应力；——混凝土压应力为时，预应力钢筋中的有效预应力——截面有效高度——受压区非预应力钢筋的抗压计算强度——受压区非预应力钢筋的截面面积——矩形截面宽度——截面受压区高度——预应力钢筋和非预应力钢筋的截面面积——预应力钢筋和非预应力钢筋的抗拉计算强度计算正截面强度公式：(5-5)M——计算弯矩。此时x应符合下列条件：并且时(5-6）当不符合公式(4-1)确定的条件时，计算中截面腹板受压作用应被考虑，不容忽视，其正截面强度公式为：（5-7）根据以上各式，可先假定截面的中性轴不会超出受压翼缘外，然后按（4-2）式计算出各截面的受压区高度，并比较其与受压区翼缘厚度的大小。若满足假设，可按（4-3）式计算正截面抗弯强度；反之，则考虑腹板受压区高度，并按（4-4）式计算正截面强度。受压区高度受拉区预应力钢束的重心距上缘高度为：截面有效高度正截面强度又由于在最不利荷载组合下，,正截面强度满足要求表5-1正截面强度计表截面节点X（m）H0(m)截面抗力设计值计算安全系数规范要求安全系数边支点20.1421.702127936.32-337.6401-378.911.98边跨1/460.1351.653165889.3537124.0424.4691.98边跨1/2100.4876.513732779.16-53764.06-13.6301.98边跨3/4161.237.2011503720.8-268101.5中支点201.0169.4662548371.84-627510.01-4.0611.98中跨1/4241.1098.1071675144.50-313203.06-1.3491.98中跨1/2281.1586.7131363809.02-545210.80-2.5011.98中跨3/4320.5321.762526296.9662631.068.4031.98跨中360.1141.646114686.28-31320.81-3.6621.981.1.2斜截面强度验算根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》规定，受弯构件斜截面的抗剪强度计算按照下列公式：(5-8)(5-9）（5-10） ，（5-11）式中——截面抗剪强度安全系数；——通过斜截面顶端的正截面的最大计算剪力；——斜截面内混凝土与箍筋共同承受的剪力；——与斜截面相交的预应力筋所承受的剪力；——腹板宽度；——由受拉区纵向钢筋（包括纵向预应力钢筋、预应力弯起钢筋以及非预应力纵向钢筋）中应力合力点至受压边缘的高度；——斜截面受拉区的纵向钢筋配筋率；——一个截面上的箍筋总面积；——箍筋间距；——混凝土极限抗拉强度。表5-2斜截面强度计算表截面节点有效高度(m)腹板宽度(m)配筋率()()边支21.7021.20.1245510.2210841629.25边跨1/461.6531.01.9027238.8210731612.72边跨1/2106.5131.42.2039598.5055218298.06边跨3/4147.7201.82.3252731.461273219136.20中支点209.4661.20.4080387.0100中跨1/8248.1071.82.3255379.061202118067.76中跨1/4286.7131.42.2040814.4853618057.58中跨3/8321.7621.01.3025539.2027034062.61跨中361.6461.00.8023051.3800表5-3斜截面强度计算表截面节点()()安全系数是否满足要求边支247139.47-2677.49-17.60是边跨1/4628851.545771.291.0是边跨1/21047896.5614969.013.2是边跨3/41471871.66240001.303.0是中支点2080387.01-32153.20-2.5是中跨1/82473446.82-22951.86-3.2是中跨1/42848872.06-13573.96-3.6是中跨3/83229601.81-5381.66-1.5是跨中3623051.381906.9612.1是1.2抗裂验算1.2.1正截面抗裂验算根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》，受弯构件、大偏心受拉或大偏心受压构件，正截面抗裂计算公式：(5-12）式中——抗裂安全系数；——计算荷载在截面受拉区边缘的混凝土中产生的正应力；——扣除相应阶段的预应力损失之后的混凝土预压应力；——考虑混凝土塑性的修正系数；——混凝土抗拉极限强度；——换算截面中性轴以下的面积对中性轴的面积矩；——换算截面的抵抗矩。（5-13）（5-14）在短期效应组合下：表5-4控制截面下缘抗裂验算表截面位置()()()()是否满足要求边支上缘0.721.351.450.4013.6是边跨1/4上缘4.860.978.260.6213.3是边跨1/2上缘10.021.3614.78-0.30-49.3是边跨3/4上缘13.961.2818,44-0.32-57.7是中支点上缘9.101.3813.931.1012.6是中跨1/8上缘13.881.2718.33-0.31-59.2是中跨1/4上缘10.011.3314.67-0.90-16.4是中跨3/8上缘3.900.977.300.03243.3是跨中上缘-0.500.952.830.813.48是1.2.2斜截面抗裂验算根据《铁路规范》，斜截面抗裂性满足要求：（5-15）式中——按抗裂性计算的主拉应力；——按抗裂性计算的主压应力；和按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》求得：（5-16）（5-17）表5-5斜截面抗裂性验算结果截面最大主拉应力()限值()是否满足要求边支1.1313.5是边跨1/40.1523.5是边跨1/20.4223.5是边跨3/40.1863.5是中支点0.6523.5是中跨1/40.4653.5是中跨1/21.0013.5是中跨3/40.6423.5是跨中0.3183.5是表5-4斜截面抗裂性验算结果截面最大主压应力()限值()是否满足要求边支4.32024是边跨1/49.94024是边跨1/212.70224是边跨3/413.44824是中支点7.45224是中跨1/412.53924是中跨1/212.00124是中跨3/410.3424是跨中8.00524是1.3应力验算1.3.1施工阶段应力传力锚固或存梁阶段，混凝土的正应力应符合要求如下：（5-18）式中——混凝土压应力；——系数，C60混凝土为0.75；——混凝土拉应力；——在预加应力或存梁阶段，混凝土抗压和抗拉极限强度。表5-5施工阶段应力验算结果截面最大压应力()施工阶段是否满足要求最大拉应力()施工阶段是否满足要求边支1.5033CS44是0.1603CS43是边跨1/44.7671CS44是0.3408CS43是边跨1/26.7023CS49是0.1105CS32是边跨3/49.6162CS49是0.2461CS23是中支点10.4513CS49是0.4043CS8是中跨1/410.410CS49是0.3561CS8是中跨1/28.9021CS49是0.2023CS17是中跨3/46.9103CS47是0.2301CS26是跨中1.5723CS47是0.1503CS38是传力锚固时，混凝土压应力最大为10.41，小于0.75；混凝土拉应力最大为0.41，小于0.7。混凝土应力符合要求。1.3.2预应力钢筋应力验算预应力筋张拉时，锚下控制张拉应力(5-19）受拉区预应力钢筋拉应力最大：未开裂阶段（5-20）允许开裂阶段（5-21）预应力钢筋应力计算公式;(5-22）（5-23）Mk按作用标准值组合计算弯矩值y0构件换算截面重心轴至受拉区或受拉区计算处距离表5-6预应力筋拉应力验算表截面Mk(KN·m)I0(m4)y0(m)(Mpa)(Mpa)(Mpa)左边支点0.0068.041.380.001201.631201.63边跨1/4189764.3564.831.0117.641187.961201.60边跨1/2216432.5259.861.9541.021162.591207.61边跨3/4110320.0161.631.029.261138.861148.12左中支点-235016.3170.021.63-29.641079.641050.00中跨1/449824.6060.860.361.02986.13987.15中跨1/2129643.0259.201.8724.02931.64959.66本设计中控制张拉应力最大值取1207.61，小于1207.85，故满足要求。1.3.3运营阶段应力验算(1)混凝土应力a.正截面混凝土压应力扣除全部全部预应力损失：在恒载作用下：在主力组合作用下：在主力+附加力作用下：表5-7运营阶段混凝土压应力验算结果截面恒载组合主力组合主+附组合是否满足要求是否满足要求是否满足要求边支点1.4616是1.4820是1.4822是边跨1/41.1016是6.0520是6.2222是边跨1/27.3216是8.1220是8.4022是边跨3/43.3016是4.1520是4.0122是中支点7.8416是7.9120是8.1522是中跨1/87.0316是7.3820是7.8422是中跨1/47.0216是7.4220是7.8022是中跨3/84.7216是1.9520是6.5022是跨中4.5016是4.8020是4.3022是b.正截面混凝土拉应力如果构件不允许出现拉应力，在运营阶段荷载下：如果构件允许出现拉应力但不允许开裂，在运营阶段荷载下：表5-8运营阶段混凝土正截面拉应力验算结果截面(MPa)限值是否满足要求边支-0.680是边跨1/4-4.010是边跨1/2-4.650是边跨3/4-1.810是中支点-3.250是中跨1/8-1.610是中跨1/4-4.020是中跨3/8-4.250是跨中-3.800是c.混凝土剪应力运营阶段荷载作用下，没有竖向预应力钢筋的构件：（5-24）本设计中没有设置竖向预应力钢筋，混凝土剪应力验算结果如表：表5-8混凝土剪应力验算结果截面()限值()是否满足要求边支--是边跨1/4-0.626.29是边跨1/2-1.016.29是边跨3/4-0.946.29是中支点1.236.29是中跨1/4--是中跨1/2--是中跨3/41.166.29是跨中--是d.运营阶段荷载作用下，预应力筋最大拉应力符合要求：(5-25)本设计中一共配置了43种形状的预应力筋，其中N-15为备用束，不计入其中。每根钢束的最大拉应力验算结果如下表。表5-9预应力筋最大拉应力验算结果钢束号()()是否满足要求N-11046.031116.00是N-21072.051116.00是N-31084.021116.00是N-41092.151116.00是N-51101.101116.00是N-61108.781116.00是N-71110.171116.00是N-81107.691116.00是N-91101.201116.00是N-101101.021116.00是N-111097.131116.00是N-121092.051116.00是N-131086.031116.00是N-141081.011116.00是N-161032.011116.00是钢束号()()是否满足要求N-171040.381116.00是N-181049.111116.00是N-191057.651116.00是N-201056.031116.00是N-211054.211116.00是N-221052.051116.00是N-231050.121116.00是N-241052.481116.00是N-251050.011116.00是N-261068.011116.00是N-271071.121116.00是N-281069.031116.00是N-291026.141116.00是N-301034.451116.00是N-311070.011116.00是N-321054.931116.00是N-331052.011116.00是N-341051.511116.00是N-351003.051116.00是N-361030.011116.00是N-371040.051116.00是N-381043.981116.00是N-391038.151116.00是N-401034.011116.00是N-411026.151116.00是N-421021.051116.00是N-431013.021116.00是1.4挠度验算1.4.1竖向挠度验算梁体的竖向变形、变位限值符合要求：本次设计的高速铁路连续梁桥的列车时速为300km/h，主跨长度为60m大于80m，故在ZK竖向静活载相应的梁体扰度限值为跨度的L/1600。连续梁桥的竖向挠度，不用考虑列车竖向静活载作用，其余的应计入温度影响条件。梁体竖向挠度按下列情况最不利的一条取值：列车竖向静活载作用下产生的扰度值加上0.5倍温度引起的扰度值。2)0.63倍列车竖向静活载作用下产生的扰度值加上全部温度引起的扰度值。表5-10