新建鐵路簡(jiǎn)支梁橋設(shè)計(jì)

1、新建鐵路簡(jiǎn)支梁橋設(shè)計(jì)第一節(jié) 概述本橋?yàn)閱尉€鐵路橋，位于城市的郊區(qū)，橋上線路為平坡、直線。采用雙片肋式T形截面，道碴橋面，設(shè)雙側(cè)帶欄桿的人行道，橋下凈空5m，本橋設(shè)計(jì)采用多跨簡(jiǎn)支梁橋方案，計(jì)算跨度采用18m。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究的問題是內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算。本橋所承受的荷載分恒載和活載兩種。恒載：人行道板重1.75kpa；人行道欄桿及托架重（集中作用于欄桿中心）0.76KN/m(順橋)；道碴及線路設(shè)備重10kpa；道碴槽板及梁體自重，按容重25KN/m3計(jì)算?；钶d：中-活載，按換算均布活載計(jì)算；人行道活載，距梁中心2.45m以內(nèi)10kpa, 距梁中心2.45m以外4kpa。本橋采用的建筑材料：梁部混凝土

2、標(biāo)號(hào)不低于C40，墩柱不低于C30，梁體上主筋、箍筋采用T20MnSi鋼筋，構(gòu)造鋼筋采用A3筋。第二節(jié) 尺寸選定一、 上部結(jié)構(gòu)梁體尺寸選定根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱橋規(guī)）的規(guī)定，本橋每孔梁沿縱向分成兩片，每片梁的截面型式為形，道碴槽寬度為3.9m,每片梁的上翼緣寬度為1.92m。梁的計(jì)算跨度采用18m，梁全長(zhǎng)18.6m，梁縫0.06m。本橋主梁高度采用2.0m，兩片梁的中心距為1.8m?？缰懈拱搴?70mm，靠近梁端部分腹板厚增大到460mm，下翼緣寬度采用700mm。在梁端及距梁端4.3m和跨中處，共設(shè)置5塊橫隔板，中間橫隔板厚度選用160mm，端部橫隔板厚度采用460mm。道碴槽由

3、橋面板和擋碴墻圍成，橋面板為懸臂結(jié)構(gòu)，厚度是變化的，端部采用橋規(guī)規(guī)定的最小厚度120mm，在板與梗相交處設(shè)置底坡為 1：3的梗脅，板厚增至245mm。擋碴墻設(shè)在橋面板的兩側(cè)，高300mm，沿梁長(zhǎng)范圍內(nèi)設(shè)5處斷縫，每隔3m設(shè)置一個(gè)泄水孔。二、 下部結(jié)構(gòu)橋墩尺寸擬定采用圓端形橋墩，托盤式矩形頂帽，頂帽厚度采用0.5m，縱寬采用3.0m,橫寬采用5.0m,托盤高0.8m,形狀和墩身相同為圓端形,頂帽和托盤連接處設(shè)0.2m的飛檐。墩頂縱寬2.6m，橫寬3.6m，兩端半圓的半徑為1.3m，墩身高4m，設(shè)為直坡。頂帽內(nèi)設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)，采用10的筋，間距200，上下兩層鋼筋網(wǎng)間距320；頂帽頂面設(shè)置3%的排

4、水坡，設(shè)置兩處縱寬 1500，橫寬1000的支承墊石平臺(tái)用于安放支座，支承墊石內(nèi)設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑10，間距100，上下兩層鋼筋網(wǎng)間距200，支承墊石頂面高出排水坡的上棱0.2m；在托盤與墩身的連接處沿周邊布置一圈間距200，長(zhǎng)780，直徑10的豎向鋼筋，在豎向鋼筋的中部設(shè)置兩層間距400的環(huán)形構(gòu)造筋，用以增強(qiáng)該處截面。第三節(jié) 內(nèi)力計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)三、 橋面板計(jì)算及配筋設(shè)計(jì) 1、 計(jì)算荷載道碴槽板系支承在主梁梁梗上，按固結(jié)在梁梗上的懸臂梁計(jì)算，作用在其上的荷載分恒載和活載。恒載有：已知道碴及線路設(shè)備重為10kpa，取順橋方向1m寬時(shí)，沿板跨度其值為g1=10KN/m。鋼筋混凝土人行道板重g

5、2=1.75KN/m。道碴槽板的自重按容重25KN/m3計(jì)算，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可取板的平均厚度hi按均布荷載考慮。當(dāng)順橋方向取1m寬時(shí)，沿板跨度方向其值為g3=25hi，hi=m所以g3=25×0.165=4.125KN/m。擋碴墻重可作為一集中荷載計(jì)算，該力作用在距擋碴墻外側(cè)面0.1m處,G1=(25-20)×0.2×0.3×1=0.3KN式中“25”為擋碴墻的容重，“20”為道碴的容重。人行道欄桿及托架重G2=0.76KN,作用在欄桿中心?；钶d有：列車活載，設(shè)計(jì)中采用“中-活載”的特種荷載，假定特種軸重250KN由軌底邊緣向下通過道碴均勻分布在道碴槽板上

6、，順橋方向取1.2m，橫向按比1：1分布，軌枕長(zhǎng)為2.5m，順橋方向取1m時(shí)，沿板跨度方向的豎向均布活載為：式中：軌枕底至梁頂?shù)母叨龋?0.3m。列車活載沖擊系數(shù)，1+=1+m,人行道豎向靜活載，指行人及維修線路時(shí)可能堆積在人行道上的線路設(shè)備及道碴重梁。根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，在距梁中心2.45m以內(nèi)的一段,按計(jì)算；在距梁中心2.45m以外的一段,按計(jì)算。2、選定截面尺寸及配筋設(shè)計(jì)根據(jù)構(gòu)造要求道碴槽板在“梁上翼緣板受力組合示意圖”（附后）的 -截面處厚150，-截面處厚245，這兩變截面為最薄弱點(diǎn)，分別對(duì)其進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)計(jì)算。-截面在第一種荷載組合時(shí)的彎矩為： -截面在第二種荷載組合時(shí)的彎矩為： ，第一種

7、荷載組合控制設(shè)計(jì)。按長(zhǎng)1m的板進(jìn)行設(shè)計(jì)，b=1.0m,h=0.15m,20MnSi筋，混凝土標(biāo)號(hào)采用C40，n=10，承受的荷載彎矩M=15.73KN.m。查表得，=14Mpa。K=12.86,查表得:。設(shè)a=0.027m，ho=h-a=0.15-0.027=0.123mAg1=所以該處按受力要求只需設(shè)單層鋼筋，按比例關(guān)系所需單層鋼筋的最小截面積為：Ag=Ag1×,因考慮到梁在運(yùn)輸和吊裝中的受力，上翼緣板常受到反向彎矩的作用，為增強(qiáng)板的受力性能，采用雙筋布置，受拉區(qū)鋼筋的間距采用100，用筋，供給面積7852，在受壓區(qū)采用間距140的8筋，供給面積為3592。.截面復(fù)核：不超過5%，

8、滿足要求。均滿足要求。-截面在第一種荷載組合時(shí)的彎矩為：在第二種荷載組合時(shí)的彎矩為：仍是第一種荷載組合控制設(shè)計(jì)。-截面的布筋和-截面是連續(xù)的，現(xiàn)檢算-的強(qiáng)度。由上可知：受拉區(qū)鋼筋間距100，用1020筋，供給面積為國(guó)為7852，受壓區(qū)采用鋼筋間距140的8筋，供給面積為3592。截面復(fù)核如下：且超過5%，不滿足要求。所以該梁上翼緣板為-截面控制設(shè)計(jì)，需重新設(shè)計(jì)布筋。已知：筋，C40混凝土，承受的荷載彎矩為M=33.6KN.m。，查表得：，遠(yuǎn)大于所承受的荷載，為節(jié)約鋼材，本截面宜采用低筋設(shè)計(jì)。查表得：得：基于上面-截面相同的理由，本板在受壓區(qū)也設(shè)置少量鋼筋，受拉區(qū)采用鋼筋間距80的10的20筋，

9、供給面積為9822，在受壓區(qū)采用間距140的8筋，供給面積為3592。截面復(fù)核如下： -截面和-截面布筋連續(xù)，-截面控制設(shè)計(jì)，故-截面不需檢算。上翼緣道碴槽板內(nèi)邊板受力較外邊板小，無人行道，且跨度小，截面尺寸相同，為便于施工采用和外邊板相同的布筋，故不需檢算。上翼緣道碴槽板內(nèi)的主筋按以上設(shè)計(jì)布置，為確保主筋受力的連續(xù)性，按橋規(guī)要求設(shè)置部分分配鋼筋，為承受橫隔板處沿縱向產(chǎn)生的負(fù)彎矩，在橫隔板上方的板內(nèi)設(shè)置間距100的8筋，詳見設(shè)計(jì)圖。 四、 主梁計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)主梁受力計(jì)算1、計(jì)算荷載：梁的計(jì)算跨度為18m。恒載： 線路設(shè)備及道碴重 人行道重 梁自重：梁的體積V= 梁自重恒載總計(jì)為活載是指計(jì)入沖積

10、力的列車活載，人行道的豎向靜活載因不與列車活載同時(shí)計(jì)算，且數(shù)值較小，不控制設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中可不考慮此荷載。2、內(nèi)力計(jì)算跨中處的彎矩：其中：1+查表得：換算均布荷載K0.5=114.2KN/m影響線面積:處的彎矩計(jì)算跨中處的最大剪力計(jì)算剪力影響線如圖: 18m 0.5跨中剪力影響線 0.5 變截面距支座3.3m處 3.3 1.0支座處剪力影響線查表得:K0=165.5KN/m按上圖計(jì)算影響線面積支座處最大剪力計(jì)算變截面距支座3.3m處最大剪力計(jì)算查表得:K0=141.3影響線面積根據(jù)以上算得各截面的最大彎矩值和剪力值,描點(diǎn)連成彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖。見下圖： 18m 1211 822 231 剪力包

11、絡(luò)圖 231 822 1211 彎矩包絡(luò)圖 3845 3845 4974主梁配筋設(shè)計(jì)1、 主筋截面選擇及配置已知本梁上翼緣的平均厚度：假設(shè)取主筋的截面積估計(jì)為：采用34根25的筋，供給面積，布置為三層，三根一束的為8束，兩根一束的9束，單根的為2根，布置如圖所示： 57 23.4 57 96.2 23.4 43.4 58 129 110 106 110 129 58 700 鋼筋的形心位置距梁底邊的距離:2、 主筋應(yīng)力復(fù)核首先假定中性軸在翼板內(nèi)，按寬度為，有效高度為的矩形截面計(jì)算x值。查表2-12得所以中性軸在梁梗內(nèi)，與原假設(shè)不符，應(yīng)重新按T形截面計(jì)算x值。 =0.691最外一層主筋應(yīng)力驗(yàn)算受

12、壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力為：均滿足要求。3、 剪應(yīng)力計(jì)算梁端剪應(yīng)力:> 需要按計(jì)算設(shè)置剪力鋼筋。距支座3.3m處的剪應(yīng)力計(jì)算,此處為變截面,腹板厚處 > 距支座3.3m,腹板厚b=0.27m處的剪應(yīng)力計(jì)算: > 跨中剪應(yīng)力計(jì)算:< > 4、 箍筋設(shè)置及計(jì)算根據(jù)構(gòu)造要求，箍筋采用的8筋，間距，肢數(shù)肢的設(shè)置方法，為施工的方便以及增強(qiáng)鋼筋骨架的整體剛度，箍筋間距沿梁全長(zhǎng)均是200。故而，箍筋所能承受的主拉應(yīng)力為：在梁端部分，距支座3.3m區(qū)段,梁腹板厚b=0.46m,該區(qū)段箍筋承受的剪應(yīng)力為:在梁中部,梁腹板厚b=0.27m,該區(qū)段箍筋所能承受的剪應(yīng)力為:5、 斜筋的計(jì)算

13、與設(shè)置根據(jù)以上剪應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果，繪出剪應(yīng)力分配圖如下：計(jì)算需設(shè)置斜筋的梁段長(zhǎng)度C，按比例關(guān)系求得：需設(shè)置斜筋的梁段長(zhǎng)度C=3.3m+4.807m=8.107m由斜筋承受的剪應(yīng)力圖面積W=W1+W2需彎起斜筋根數(shù)為：梁中部需彎起的鋼筋數(shù)量：（根），取6根。梁端需彎起的鋼筋數(shù)量：（根），取12根。共彎起18根主筋作為斜筋，分9批彎起，每批彎起2根，彎起位置由圖解法確定，見圖（附后）： 3845 4974 1703 1472 393 670 478 3.3 5.7注:腹板厚度變化處的過度段長(zhǎng)0.39m,本圖忽略從中間計(jì)算。6、 架立鋼筋和分配鋼筋的設(shè)置架立鋼筋用以架立箍筋，本梁在箍筋的上端設(shè)4根16

14、的架立筋。分配鋼筋的作用是把荷載傳遞給主筋，同時(shí)承受溫度變化及混凝土收縮引起的拉應(yīng)力，又起到固定主筋的作用。根據(jù)構(gòu)造要求，在箍筋的外側(cè)設(shè)置8的分配鋼筋，腹板處間距100，其余處所設(shè)在主筋轉(zhuǎn)彎處和較大空檔處。7、 材料圖形首先根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)值畫出彎矩包絡(luò)圖。計(jì)算跨中截面全部縱向主筋容許承受的彎矩：將M=5372KN.m按主筋根數(shù)分成34等分，再按圖解法確定的斜筋位置，繪出材料圖形。（附后）8、 裂縫寬度的檢算在本梁設(shè)計(jì)中：將以上各值代入得：符合要求。9、 翼板與梁梗連接處的剪應(yīng)力檢算上翼緣板與梁梗連接處的剪應(yīng)力根據(jù)試驗(yàn)，檢算距支座2m處的剪應(yīng)力。式中：T形梁中性軸處的剪應(yīng)力 翼板平均厚度 =主

15、拉應(yīng)力：其中：為檢算截面的彎曲壓應(yīng)力 （負(fù)號(hào)表示為壓力） 受拉區(qū)下翼緣與梁梗連接處的水平剪應(yīng)力（與其主拉應(yīng)力值相等），梁端處剪應(yīng)力最大，按下式計(jì)算：式中：支座處的剪應(yīng)力。 翼板與梁梗連接處的厚度。 翼板懸出部分縱向受拉鋼筋的截面積。 受拉鋼筋總的截面積。經(jīng)檢算符合要求。五、 墩計(jì)算及配筋設(shè)計(jì) 本橋橋墩的各部尺寸已按構(gòu)造要求擬定完畢，墩頂帽、支承墊石內(nèi)的鋼筋網(wǎng)也按構(gòu)造要求設(shè)置完畢，見第二節(jié)：尺寸擬定。根據(jù)已有的資料，對(duì)擬定的橋墩進(jìn)行檢算如下：本橋有關(guān)資料1、 橋跨結(jié)構(gòu)：等跨L=18m道碴橋面鋼筋砼梁，梁全長(zhǎng)18.6m，梁縫，軌底到梁底的高度為，軌底至橋墩支承墊石頂面高度為?；⌒沃ёё?。2、

16、 橋上線路情況：平坡、直線、單線鐵路。3、 水文地質(zhì)情況：該橋位于城市郊區(qū)，無水，旱橋。4、 橋墩所用材料：墩身、托盤、頂帽均采用C30砼。荷載計(jì)算1、 恒載由橋跨結(jié)構(gòu)傳來的恒載壓力頂帽及墩身自重頂帽體積：托盤體積墩身體積墩底截面以上橋墩自重：2、 豎向靜活載對(duì)于各檢算項(xiàng)目的最不利活載圖式有：1孔輕載、1孔重載、雙孔重載和雙孔空車活載，分別計(jì)算如下：1孔輕載，活載布置如圖： 5×1.5 92KN/m 220KN 0.3m R0 R1 00. 0.33m根據(jù)，可求得支座反力R1。對(duì)橋墩中心力矩為：1孔重載，活載布置如圖： 92KN/m 220KN R0 R2 R 支座反力：R2對(duì)橋墩中

17、心力矩為：雙孔重載，活載布置如圖： G1 G2 92KN/m 220KN x R3 rr R4 L1=18.33 L2=18.33根據(jù)，。即：從上式求得，此時(shí)為最不利情況，利用靜力平衡方程求得支座反力：橋墩所受壓力：對(duì)橋墩中心的力矩：雙孔空車活載，活載布置如圖： 10KN/m R0 R0 R5 R5橋墩所受壓力：對(duì)橋墩中心的力矩：3、 制動(dòng)力1孔輕載與1孔重載時(shí)的梁上豎向靜活載相同，故其制動(dòng)力也相等，為：對(duì)墩身底部截面的力矩為：雙孔重載時(shí)的制動(dòng)力左孔梁為固定支座時(shí)傳遞的制動(dòng)力：右孔梁為活動(dòng)支座時(shí)傳遞的制動(dòng)力：傳到橋墩上的制動(dòng)力：故雙孔重載時(shí)采用制動(dòng)力對(duì)墩底截面的力矩為：4、 縱向風(fēng)力根據(jù)橋規(guī)規(guī)

18、定，查表計(jì)算風(fēng)荷載強(qiáng)度：頂帽風(fēng)力：對(duì)墩底截面的力矩：托盤風(fēng)力：對(duì)墩底截面的力矩：墩身風(fēng)力：對(duì)墩底截面的力矩：墩身底部截面的檢算本墩為等截面墩身，上下各處截面均相同，故墩底處為最不利截面，只需對(duì)墩底處墩身截面進(jìn)行檢算。1、 墩底截面特性墩底面積：截面繞y軸的慣性矩： 1.3 1.0 1.32.6xy墩底截面示意圖截面抵抗矩：回轉(zhuǎn)半徑： 截面繞軸的慣性矩：截面抵抗矩：回轉(zhuǎn)半徑：2、 墩身受壓穩(wěn)定性的檢算本橋橋上線路為直線、平坡，橋墩可能產(chǎn)生彎曲失穩(wěn)的方向與彎矩作用平面的方向（縱向）一致，且橋墩橫向的截面抵抗矩和回轉(zhuǎn)半徑均比其縱向大的多，本墩又為粗矮橋墩，故本墩的受壓穩(wěn)定性在兩個(gè)方向上都不需檢算，直接對(duì)墩身底部的截面強(qiáng)度進(jìn)行檢算。3、 墩身底部截面的縱向檢算墩底截面縱向的應(yīng)力和偏心一般在主力組合時(shí)不控制，故考慮主力加縱向附加力進(jìn)行墩底截面的檢算，見下表：從表上可看出，橋墩在縱向上強(qiáng)度和穩(wěn)定均十分富余，而該橋又位于直線、平坡，所受的橫向力較小，且橋墩橫向截面的抵抗矩和慣性矩均比其縱向大，故本橋墩的橫向可不檢算。墩底截面應(yīng)力和偏心檢算（主力+縱向附加力）活載情況一孔輕載一孔重載雙孔重載力及力矩N（KN）P（KN）M（KN.m）N（KN）P（KN）M（KN.m）N（KN）P（KN）M（KN