中南大学混凝土桥课程设计

混凝土桥课程设计指导教师：班级：学生姓名：设计时间： 2013.09.04中南大学土木工程学院桥梁系二〇一三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1。

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1/11~1/15)腹板厚：0.8m(变截面在距支座截面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跨中截面如下（单位：mm）：二、内力计算及组合荷载与内力的计算如下：桥跨L=36 m荷载恒载q：一期恒载q1，二期恒载2q活载：列车活载3q1．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：m kN A q /280.6925101122.7618-21=⨯⨯=⋅=γ 由题目知二期恒载：2q =120m kN /恒载：q=1q +2q =400.69m kN /2．恒载内力取支座截面、l 41截面、跨中截面进行计算支座截面：7212.4220qlV kNM kN m===⋅ l 41处截面: 213606.21241148683.842424ql V q l N ql q M l l kN m =-=⎛⎫=-=⋅ ⎪⎝⎭跨中截面：210221164911.782222ql V q l kN ql q M l l kN m=-⨯=⎛⎫=⨯-⨯=⋅ ⎪⎝⎭3.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⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⋅+=+L 30611αμ式中()214≥-⋅=h α取2所以1 1.1818μ+=活载内力按照换算均布活载在影响线上加载计算： ()10.59092KK μ=+⋅⋅Ω=⨯⨯Ω内力 式中 K ——换算均布活载，查《高速铁路设计规范》取用Ω——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，右为弯矩影响线，下同）：剪力： 1361182m Ω=⨯⨯= 2由36,0l m α==查表得87.12/K kN m =其中l 为加载长度，α为最大纵坐标位置（下同）0.590987.1218926.63V kN =⨯⨯=M=0由于是双线，按照90%的折减：926.6320.91667.93V kN =⨯⨯= M=0（2）l 41截面剪力弯矩影响线如下剪力： 21270.7510.1252m Ω=⨯⨯=由27,0l m α==查表得94.305/K kN m =0.590910.12594.305564.21V kN =⨯⨯=弯矩： 1367.51352m Ω=⨯⨯= 2由136,4l m α==查表得83.93/K kN m = 0.590913583.936695.22M kN m =⨯⨯=⋅由于是双线，按照90%的折减：564.2120.91015.58V kN =⨯⨯=6695.2220.912051.40M kN m =⨯⨯=⋅ （3）跨中处剪力弯矩影响线如下剪力： 1180.5 4.52m Ω=⨯⨯= 2由18,0l m α==查表得107.41/K kN m =0.5909107.41 4.5285.61V kN =⨯⨯=弯矩： 2136101802m Ω=⨯⨯=由136,2l m α==查表得83.89/K kN m =0.590983.891808922.71M kN m =⨯⨯=⋅由于是双线，按照90%的折剪：285.6120.9514.10V kN =⨯⨯=8922.7120.916060.88M kN m =⨯⨯=⋅4．内力组合（1）剪力组合（KN ）（2）弯矩组合(KN.m)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'=22588092(12600-8002)=410.7mm f h ⨯÷⨯梁截面可换算成如下I 形截面（单位：mm ）在跨中截面对压应力作用点取矩：'0f (h -)2f P p h KM A ≤查表取=1470pk a f MP =0. 9p pk f f K=2.0 假定0=h 2900mm解得：p A ≥45426.182mm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1615. 2∅，底板为12束的1215.2∅所以实际=p A 139×（12×12+16×16）=556002mm ≥45426.182mm 满足（2）梁预加应力阶段 在梁预加应力阶段，要满足''.-+-0.7Pi pi gPi tk c c cN e M N f A w w ≥（式1）在正常运营阶段，截面下缘不允许出现拉应力，要满足12.+++-0Pe pe g g qPe c c cN e M M M N A w w ≥（式2）tk f =3.1MPa N =Pi N =Pe N /0.8张拉力N=0.75×pk f ×=p A =61299000N由CAD 计算截面特性可知 主轴距离上、下边缘的距离1y =1246.29mm 21y =3200-=1953.71y mm惯性矩=x I 1.49×10134mm则'103=1.2010mm c w ⨯93=7.6310c w mm ⨯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 ）此时2222215012+65016=y -=1483.7112+16p e mm ⨯⨯ pi p pe e e e ≥≥满足要求2.预应力钢筋的布置在纵向腹板预应力筋弯起角度a 取80，底板取4，tan a D B =，tan 2aT R =，sin A R a =，cos BE T a=-，0--2i L C X B T =-在平面内N2、N4、N6、N8预应力筋平弯角度取40，N3、N5、N7、N9取80计算特征尺寸数据如下预应力筋立面单位（mm）预应力筋平面具体布置见图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0h =h p =3200-222215012+6501612+16⨯⨯=2730mm ，=33. 5c f MP （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》'+2+123f L b c h ≤, 'f b ='+2+12f b c h =6528.4mm所以''b h p p c f f f A f ≥，不满足要求，不能按照宽度为'b f 的矩形截面计算此时：确定中心轴位置''=[bx+(b -b)h ]p p c f f f A f 代入数解得x=107.3mm满足（0='2a 0.4p x h ≤≤ ）（=1092）mm 由'''00h [(h -)+(b -b)h (h -)]22f c f f x KM f bx ≤，代入数得：{ 80972.66×106×2=1.619×1011 }.N mm≤{33.5×（1600×107.3×（2730-107.3/2）+(6528.4-1600)×410.7×（2730-410.7/2））=1.867×1110}.N mm 强度满足要求 （2）斜截面强度检算 ①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弯起的范围内 由(Z +Z )p p p pb pb KM f A A ≤∑∑P A =55600mm 2，=0.9=1323a p pk f f MP ，M=80972.66KN.m ， K=2左边=2×80972.66=161945.32 KN.m=1.62×1110.N m右边=1323×55600×（3200-222215012+6501612+16⨯⨯-471.4/2）+0=111.8310.N m ⨯ 左边<右边满足要求②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=0.9sin b p pb v f A a ∑得2222=0.9147055600sin (412+816)/12+16N b v ⨯⨯⨯⨯（（））=8403623.4090CV V =3=211364.56610=22729132kv N ⨯⨯不满足+cv b kv v v ≤，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+cos P P P P PB N A A a σσ= sin P P PB Q A a σ= 0P P M N e = 0+cos =p P p p Pb pb PA y A y ae N σσ3.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）-(+)1=1-e kx L con υθσσ⎡⎤⎣⎦由于锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失2L P LE Lσ∆=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4=L p c n Z σσ•∆•由于钢筋松弛引起的预应力损失5L con σξσ=（1）运营阶段：支座截面5441.9510==0=03.5510L p c n Z σσ⨯•∆•⨯⨯（2）换算截面特性（由CAD 计算）惯性矩 I=3.22213410mm ⨯1=1285.64mm y 2=1914.36 mm y面积 A=11533418mm 24.混凝土法向应力验算'0'P c e y N My A I Iσ=±±N代入数得：由表可知压应力0.5=16.75c c f MPa σ≤满足要求 跨中截面下缘拉应力tp 0.7=2.17ct f MPa σ≤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。