中南大學(xué) 混凝土橋 課程設(shè)計

1、混凝土橋課程設(shè)計中南大學(xué)土木工程橋梁方向混凝土橋課程設(shè)計雙直線有砟簡支梁橋箱梁設(shè)計姓名： 班級：土木工程 班學(xué)號：指導(dǎo)老師： 2011年9月6日橋梁設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計依據(jù)1、鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范（TB10002.1-2005）；2、鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB10002.3-2005）；3、高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)TB10621-2009；二、設(shè)計基本情況1、雙直線40m有砟簡支梁橋（線間距5.0m）2、橋式結(jié)構(gòu)及橋面布置：見CAD圖。三、主要技術(shù)標準3.1 設(shè)計荷載3.1.1恒載：結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范（TB10002.1-2005）第4.2.1條采用。混凝

2、土容重取。二期恒載：190kN/m。3.1.2混凝土收縮徐變環(huán)境條件按野外一般條件計算，相對濕度取70%。根據(jù)老化理論計算混凝土的收縮徐變，系數(shù)如下：徐變系數(shù)終極極值：2.0（混凝土齡期6天）徐變增長速率：0.0055收縮速度系數(shù)：0.00625收縮終極系數(shù)：0.000173.1.3設(shè)計活載（1）列車縱向活載采用“ZK活載”。（2）豎向動力沖擊系數(shù)：按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1-2005)辦理：其中沖擊系數(shù)1+=1+*6/（30+L），=4*(1-h)2.0,L為橋梁跨度。3.1.4結(jié)構(gòu)溫度變化影響力按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1)辦理。整體升降溫25，縱向溫度荷載按

3、頂板升溫5考慮。對于單箱單室箱形截面，其橫向計算按升溫、降溫兩種情況考慮溫度變化的影響力，其計算模式如下： 3.1.12荷載組合：按可能的最不利組合情況進行計算。組合（主力）：自重二期恒載預(yù)加力+收縮徐變+列車活載組合（主+附）： 自重二期恒載預(yù)加力+收縮徐變+列車活載+溫度變化3.2 建筑材料3.2.1混凝土梁體混凝土強度等級采用C50混凝土；3.2.2預(yù)應(yīng)力筋(1)縱向預(yù)應(yīng)力筋采用抗拉強度標準值為fpk=1860MPa、彈性模量為Ep=195GPa，公稱直徑為15.20mm高強度、低松馳鋼絞線，其技術(shù)條件符合其技術(shù)條件符合現(xiàn)行國家標準預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線（GB 5224）的規(guī)定；3.2.3

4、普通鋼筋普通鋼筋: HRB335鋼筋應(yīng)符合鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋（GB-1499）, Q235鋼筋應(yīng)符合鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋（GB-13013）。四、主要設(shè)計指標4.1各梁部設(shè)計均按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件考慮，其主要設(shè)計指標見下表：序號項 目檢算條件控制條件1設(shè)計安全系數(shù)強度安全系數(shù)主力K2.2主+附K1.982預(yù)應(yīng)力筋（Mpa）預(yù)加應(yīng)力時的錨下鋼絞線控制應(yīng)力con 0.75fpk運營荷載作用下鋼絞線應(yīng)力p 0.60fpk3混凝土應(yīng)力（Mpa）運營荷載作用下混凝土壓應(yīng)力主力： c 0.50fc主+附：c 0.55fc運營荷載作用下混凝土拉應(yīng)力ct 0運營荷載作用下混凝土最大剪應(yīng)力無豎向預(yù)應(yīng)力時c

5、0.17fc抗裂荷載作用下混凝土主拉應(yīng)力tp 0.7fct抗裂荷載作用下混凝土主壓應(yīng)力cp 0.60fc注：fpk 為預(yù)應(yīng)力鋼絞線抗拉強度標準值；fc、fct 分別為混凝土的軸向抗壓、抗拉極限強度。五、梁部計算5.1 計算程序采用同濟大學(xué)“橋梁博士3.1”。5.2 梁部縱向計算計算荷載包括恒載、活載、溫度變化、預(yù)應(yīng)力及混凝土收縮、徐變等。六圖紙繪制要求本次施工圖各尺寸、數(shù)量表及附注除保證準確無誤外，還要盡量統(tǒng)一；圖面布置要均勻、合理，對應(yīng)關(guān)系明確。鋼筋編號標注盡量就空白處標注?？傮w要求：圖幅高度按297mm或420mm出圖；尺寸標注以mm為單位；字體：仿宋_GB2312，高寬比0.7；字高：尺

6、寸標注2.5mm，標題3.5mm，附注3.5mm，數(shù)量表內(nèi)：2.5mm。其他2.53.5mm；標注線離目標線5mm左右，箭頭1.5mm，起點偏移0.5 mm，從尺寸線偏移0.5mm，引線超出尺寸線1mm；分段標注后需有總標注；半截面尺寸標注需標“全寬/2”；標題離最外側(cè)尺寸線15mm左右；線寬：細線（綠色）0.15mm，粗線（紅色）：0.35mm,請分別分層。方案設(shè)計一、計算模型計算軟件采用橋梁博士V3. 0版，采用平面梁單元建模，全橋共離散為54個單元和55個節(jié)點，支點節(jié)點號為2和54，其中2號節(jié)點設(shè)為固定鉸支座，54號節(jié)點設(shè)為滑動鉸支座。計算模型如圖1所示。圖2.1 橋梁有限元分析離散圖二

7、、計算荷載2.1 重及二期恒載結(jié)構(gòu)自重按26kN/m3計算，二期恒載為190kN/m。2.2 ZK車輛荷載及動力作用雙線按規(guī)范新建時速200250公里客運專線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定規(guī)定。ZK車輛荷載沖擊系數(shù)值： 計算剪力時： 計算彎矩時：對于本橋： ，計算時為偏安全都取1.099計算2.3 雙線中活載作用下按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范規(guī)定，兩線同時作用時，取折減系數(shù)0.9。其中本橋沖擊系數(shù)：三、彎矩圖 下圖中綠色代表最小抗力；紅色代表最大內(nèi)力（其中內(nèi)力已按規(guī)范乘了安全系數(shù)，其中主力組合時為2.0，附加力組合時為1.8）。圖3.1 主力組合彎矩包絡(luò)圖（中活載） 單位（kN.m）圖3.2 主力+附加力組合彎矩

8、包絡(luò)圖（中活載） 單位（kN.m）圖3.3 主力組合彎矩包絡(luò)圖（ZK活載） 單位（kN.m）圖3.4 主力+附加力組合彎矩包絡(luò)圖（ZK活載） 單位（kN.m）四、支承反力結(jié)果下表中列出了各單項荷載作用下各支承反力值：表4.1 支承反力表（kN）支反力荷載中-活載 ZK活載 恒載（KN）98109810活載（KN）（含動力系數(shù)）max47203470min-7.17-0.626主力組合（KN）max1450013300min98109810主+附組合（KN）max145001330min98109810說明：中活載中已經(jīng)計入沖擊系數(shù)。五、計算成果縱向計算內(nèi)力組合：組合(主力)：自重二期恒載預(yù)加力

9、+收縮徐變+支座不均勻沉降組合(主+附)：自重二期恒載預(yù)加力+收縮徐變+支座不均勻沉降+制動力+溫度變化5.1 混凝土截面應(yīng)力驗算運營荷載作用下混凝土壓應(yīng)力應(yīng)滿足：主力組合： 主力+附加力組合：混凝土拉應(yīng)力：抗裂荷載作用下應(yīng)滿足：混凝土主拉應(yīng)力主壓應(yīng)力5.1.1 混凝土截面正應(yīng)力驗算表5.1 中活載作用下正應(yīng)力驗算表（Mpa）位置主力組合主力+附加力組合上緣最大應(yīng)力上緣最小應(yīng)力下緣最大應(yīng)力下緣最小應(yīng)力上緣最大應(yīng)力上緣最小應(yīng)力下緣最大應(yīng)力下緣最小應(yīng)力跨中截面11.57.610.31.612.37.610.61.6支點截面2.11.48.88.62.01.28.88.6表5.2 ZK活載作用下正應(yīng)

10、力驗算表（Mpa）位置主力組合主力+附加力組合上緣最大應(yīng)力上緣最小應(yīng)力下緣最大應(yīng)力下緣最小應(yīng)力上緣最大應(yīng)力上緣最小應(yīng)力下緣最大應(yīng)力下緣最小應(yīng)力跨中截面10.87.610.42.411.87.610.62.3支點截面1.91.89.08.63.01.08.98.6（1）由計算得運營荷載作用下混凝土最大壓應(yīng)力主力組合：主力+附加力組合：（2）由計算得運營荷載作用下混凝土未出現(xiàn)拉應(yīng)力，即下圖圖中紅、綠、藍、粉色分別代表上緣最大、最小應(yīng)力值及下緣最大、最小應(yīng)力值（正值代表壓應(yīng)力）圖5.1 主力組合正應(yīng)力包絡(luò)圖（中活載） 圖5.2 主力+附加力組合正應(yīng)力包絡(luò)圖（中活載）圖5.3 主力組合正應(yīng)力包絡(luò)圖（Z

11、K活載） 圖5.4 主力+附加力組合正應(yīng)力包絡(luò)圖（ZK活載）5.1.2 混凝土截面主應(yīng)力驗算 表5.3 主應(yīng)力驗算表（Mpa）（壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負）位置中活載作用ZK活載作用主力組合主力+附加力組合主力組合主力+附加力組合最大壓應(yīng)力最大拉應(yīng)力最大壓應(yīng)力最大拉應(yīng)力最大壓應(yīng)力最大拉應(yīng)力最大壓應(yīng)力最大拉應(yīng)力跨中截面13.1-1.914.3-2.013.3-2.014.3-2.0支點截面9.6-1.29.9-1.39.6-1.29.9-1.3（1）由計算得混凝土主拉應(yīng)力主力組合最大值,小于要求的主力+附加力最大值，小于要求的。（2）由計算得主壓應(yīng)力：主力組合最大值，小于要求的主力+附加力組合最大值

12、，小于要求的由此得主應(yīng)力滿足要求。 圖 5.5 主力組合主應(yīng)力包絡(luò)圖（中活載） 單位：Mpa 圖 5.6 主力組合主應(yīng)力包絡(luò)圖（中活載） 單位：Mpa 圖 5.7 主力+附加力組合主應(yīng)力包絡(luò)圖（ZK活載） 單位：Mpa 圖 5.8 主力+附加力組合主應(yīng)力包絡(luò)圖（ZK活載） 單位：Mpa注：上圖圖中綠色代表最大主壓應(yīng)力，紅色代表最大主拉應(yīng)力5.1.3 混凝土截面剪應(yīng)力驗算 剪應(yīng)力的最值出現(xiàn)在支點截面，現(xiàn)列出兩種活載作用的支點截面剪應(yīng)力。表5.4 中活載作用下剪應(yīng)力驗算結(jié)果（Mpa）主力組合主力+附加力組合最大剪應(yīng)力最小剪應(yīng)力最大剪應(yīng)力最小剪應(yīng)力2.3-2.32.3-2.3表5.5 ZK活載作用下

13、主應(yīng)力驗算結(jié)果（Mpa）主力組合主力+附加力組合最大剪應(yīng)力最小剪應(yīng)力最大剪應(yīng)力最小剪應(yīng)力2.1-2.12.1-2.1（1）由計算得運營荷載作用下混凝土最大剪應(yīng)力:主力組合剪應(yīng)力最大值,小于要求的主力+附加力最大值，小于要求的；由此得主應(yīng)力滿足要求。圖5.9 主力組合剪應(yīng)力包絡(luò)圖（中活載） 單位：Mpa圖 5.10 主力+附加力組合剪應(yīng)力包絡(luò)圖（中活載） 單位：Mpa圖 5.11 主力組合剪應(yīng)力包絡(luò)圖（ZK活載） 單位：Mpa圖 5.12 主力+附加力組合剪應(yīng)力包絡(luò)圖（ZK活載） 單位：Mpa注：上圖圖中綠色代表最大剪應(yīng)力，紅色代表最小剪應(yīng)力5.2 混凝土正截面抗裂驗算計算結(jié)果的應(yīng)力值為鐵路橋涵

14、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB10002.3-2005)第6.3.9條的()，因此只要該值小于（此橋跨中截面 =0.9889），由計算得跨中正截面在抗裂組合作用下小于，因此抗裂滿足規(guī)范要求。 圖5.13 抗裂組合作用下正應(yīng)力包絡(luò)圖（中活載）圖5.14 抗裂組合作用下正應(yīng)力包絡(luò)圖（ZK活載）注：上圖圖中綠色代表上緣最小應(yīng)力，紅色代表下緣最小應(yīng)力。5.3 結(jié)構(gòu)極限強度驗算5.3.1正截面抗彎強度驗算對于簡支梁，正截面抗彎強度控制截面為跨中截面（其算得的安全系數(shù)最小）。由計算得跨中截面：（1）中活載作用下主力組合安全系數(shù)為，大于本橋要求的2.20；主力+附加力組合安全系數(shù)為，大于本橋要求的1.98；（

15、2）ZK活載作用下主力組合安全系數(shù)為，大于本橋要求的2.20；主力+附加力組合安全系數(shù)為，大于本橋要求的1.98。5.4活載作用下的豎向撓度驗算在靜中活載作用下，跨中豎向最大撓度為14.8mm（向下）小于規(guī)范允許的豎向撓度值 L/800=40000/800=50mm。在ZK靜活載作用下，跨中豎向最大撓度為12.6mm（向下）小于規(guī)范允許的豎向撓度值 L/1000=40000/1000=40mm。所以豎向撓度值滿足要求。5.5恒載作用下的豎向撓度驗算和反拱度設(shè)置恒載作用下在跨中引起的最大撓度值為23.2mm（向上），按（恒載+1/2活載=23.2-14.8/2=15.8mm）撓度值反向設(shè)置,其它位置按二次拋物線過渡。5.6 梁端豎向轉(zhuǎn)角和工后徐變驗算(1)在ZK靜活載作用下，梁端最大豎向轉(zhuǎn)角為0.87；在靜中活載作用下，梁端最大豎向轉(zhuǎn)角為1；小于規(guī)范要求的2（有碴軌道）,所以滿足要求。(2）梁體最大工后徐變在跨中值為16mm，滿足規(guī)范要求的有碴橋面梁的徐變上拱值