新建铁路简支梁桥设计

新建铁路简支梁桥设计第一节概述
本桥为单线铁路桥，位于城市的郊区，桥上线路为平坡、直线。

采用双片肋式T形截面，道碴桥面，设双侧带栏杆的人行道，桥下净空5m，本桥设计采用多跨简支梁桥方案，计算跨度采用18m。

3计算。

距
一、上部结构梁体尺寸选定
根据《铁路桥涵设计基本规范》（以下简称《桥规》）的规定，本桥每孔梁沿纵向分成两片，每片梁的截面型式为Ｔ形，道碴槽宽度为3.9m,每片梁的上翼缘宽度为1.92m。

梁的计算跨度采用18m，梁全长18.6m，梁缝0.06m。

本桥主梁高度采用2.0m，两片梁的中心距为1.8m。

跨中腹板厚270mm，靠近梁端部
分腹板厚增大到460mm，下翼缘宽度采用700mm。

在梁端及距梁端4.3m和跨中处，共设置5块横隔板，中间横隔板厚度选用160mm，端部横隔板厚度采用460mm。

道碴槽由桥面板和挡碴墙围成，桥面板为悬臂结构，厚度是变化的，端部采用《桥规》规定的最小厚度120mm，在板与梗相交处设置底坡为 1：3的梗胁，板厚增至245mm。

挡碴墙设在桥面板的两侧，高300mm，沿梁长范围内设5处断缝，每隔3m设置一个泄水孔。

墩顶纵
㎜，上
第三节内力计算及配筋设计
三、桥面板计算及配筋设计
1、计算荷载
道碴槽板系支承在主梁梁梗上，按固结在梁梗上的悬臂梁计算，作用在其上的荷载分恒载和活载。

恒载有：⑴已知道碴及线路设备重为10kpa ，取顺桥方向1m 宽时，沿板跨度其值为g 1=10KN/m 。

⑵钢筋混凝土人行道板重g 2=1.75KN/m 。

⑶道碴槽板的自重按容重25KN/m 3计算，为简化计算，可取板的平均厚度h i 按均布荷载考虑。

当顺桥方向取1m 宽时，沿板跨度方向其值为g 3=25h i ，
h
=(25-20)250KN 1：1分式中：'h —轨枕底至梁顶的高度，'h =0.3m 。

()μ+1 —列车活载冲击系数，1+μ=1+⎪⎭
⎫
⎝⎛+L 306α ()()92.152.01414=-=-=h αm,m L 915.0=
⑵人行道竖向静活载，指行人及维修线路时可能堆积在人行道上的线路设备及道碴
重梁。

根据《桥规》规定，在距梁中心2.45m 以内的一段,按
kpa g 10'4=计算；在距梁中心2.45m 以外的一段,按kpa g 4"4=计算。

2、选定截面尺寸及配筋设计
根据构造要求道碴槽板在“梁上翼缘板受力组合示意图”（附后）的 Ⅰ-Ⅰ截面
Ⅰ-
13.1⎪⎭
⎫
n=10，承受的荷载弯矩M=15.73KN.m 。

查表得[]MPa g 180=σ，[w σ]=14Mpa 。

K 14
180
]
[][=
=
w g σσ=12.86,查表得:437.0%,7.1,35.5===αμβ。

设a=0.027m ，h o =h-a=0.15-0.027=0.123m
Ag 1=2602091102091123.01%7.1mm bh =⨯=⨯⨯=-μ
所以该处按受力要求只需设单层钢筋，按比例关系所需单层钢筋的最小截面积为：Ag=Ag 1×
8.83059
.3973
.152091111=⨯=M M ,因考虑到梁在运输和吊装中的受力，上翼缘板常受到反向弯矩的作用，为增强板的受力性能，采用双筋布置，受拉区钢筋的间距采用100㎜，用MnSi mm 2010Φ筋，供给面积785㎜2，在受压区采用间距140㎜的φ8㎜筋，供
由上可知：.026.0,027.0,1,245.0'm a m a m b m h ====受拉区钢筋间距100㎜，用Φ10㎜20MnSi 筋，供给面积为国为785㎜2，受压区采用钢筋间距140㎜的φ8筋，供给面积为359㎜2。

截面复核如下：
(
)()
(
)()
(
)()
(
)
()a x nA bx y m
h A B A x bh a A h A n B bh A A n A a h h g g g g
g 033
.01026.005.010*******.01.3113105.0218.0052.0076.0052
.0076
.0218.01026
.010359218.010
7851022052
.0218
.011035910
78510218.0027.0245.0622
63''
22''32
022
66
2
'
'
06
6
0'
0=-⨯⨯+⨯=-+==⨯-+=
-+=
=⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=+==⨯⨯+⨯=+==-=-=------且超过
的荷载查表得：916.0,253.0%,43.0===λαμ
得：=g A 2204.9370009374.0218.01%43.0mm m bh ==⨯⨯=μ
基于上面Ⅰ-Ⅰ截面相同的理由，本板在受压区也设置少量钢筋，受拉区采用钢筋间距80㎜的Φ10㎜的20MnSi 筋，供给面积为982㎜2，在受压区采用间距140㎜的φ8
筋，供给面积为359㎜2。

截面复核如下：
(
)()
(
)()
g g g
g a A h A n B bh A A n A a h h =⨯⨯+⨯⨯⨯=+==⨯⨯+⨯=+==-=-=----094
.0026
.010359218.010
9821022062
.0218
.011035910
98210218.0027.0245.02
66
2
'
'
06
6
'
要求设置部分分配钢筋，为承受横隔板处沿纵向产生的负弯矩，在横隔板上方的板内设置间距100㎜的φ8筋，详见设计图。

四、 主梁计算及配筋设计
㈠主梁受力计算
1、计算荷载：梁的计算跨度为18m 。

⑴恒载：
① 线路设备及道碴重,/5.1995.110m KN m KPa H x =⨯=
② 人行道重m KN m KN m KPa H R /6.2/76.005.175.1=+⨯=
22⨯⎪
⎪⎪⎪⎭⎫
⨯
值较小，不控制设计，设计中可不考虑此荷载。

2、内力计算
⑴跨中
2
L
处的弯矩： 其中：1+⎪⎭
⎫
⎝⎛++=L 3061αμ
查表得：
换算均布荷载K 0.5=114.2KN/m
影响线面积:
⑵
4
L
处的弯矩计算
支座处剪力影响线
查表得:K 0=165.5KN/m
按上图计算影响线面积25.295.02
1
=⨯⨯=
Ω ⑷支座处最大剪力计算
⑸变截面距支座3.3m 处最大剪力计算
查表得:K 0=141.3
影响线面积()63.318817.02
1
=-⨯⨯=
Ω ⑹根据以上算得各截面的最大弯矩值和剪力值,描点连成弯矩包络图和剪力包络
3845
4974
㈡主梁配筋设计
1、主筋截面选择及配置
已知[][]10,14,180===n MPa MPa w g σσ
本梁上翼缘的平均厚度：
m h i 157.045.02285.063.045
.0.215
.012.02285.02245.015.063.0.215.012.0'=+⨯+++⨯+++=
43.4
58 129 110 106 110 129 58
700
钢筋的形心位置距梁底边的距离:
2、主筋应力复核
首先假定中性轴在翼板内，按宽度为m b i 92.1'
=，有效高度为m h 903.10=的矩形截面计算x 值。

梁端剪应力:
>[MPa Zl 87.0]2=-σ
需要按计算设置剪力钢筋。

距支座3.3m 处的剪应力计算,此处为变截面,腹板厚m b 46.0=处
]
[999.0999788
.146.0822
13.3-<==⨯==
Zl MPa KPa bZ Q στ端 >][2-Zl σ
距支座3.3m,腹板厚b=0.27m 处的剪应力计算:
>][2-Zl σ
肢的设㎜。

:
5、斜筋的计算与设置
根据以上剪应力计算的结果，绘出剪应力分配图如下：
计算需设置斜筋的梁段长度C ，按比例关系求得：
需设置斜筋的梁段长度C=3.3m+4.807m=8.107m
由斜筋承受的剪应力图面积W=W 1+W 2
需弯起斜筋根数c n 为：]
[221g g c A Wb
n σ=
梁中部需弯起的钢筋数量：
27
.0248322⨯⨯b W 393 670 478
3.3 5.7
注:腹板厚度变化处的过度段长0.39m,本图忽略从中间计算。

6、架立钢筋和分配钢筋的设置
架立钢筋用以架立箍筋，本梁在箍筋的上端设4根φ16的架立筋。

分配钢筋的作用是把荷载传递给主筋，同时承受温度变化及混凝土收缩引起的拉应力，又起到固定主筋的作用。

根据构造要求，在箍筋的外侧设置φ8的分配钢筋，腹板处间距100㎜，其余处所设在主筋转弯处和较大空档处。

9、翼板与梁梗连接处的剪应力检算
⑴上翼缘板与梁梗连接处的剪应力
根据试验，检算距支座2m处的剪应力。

式中：τ—T形梁中性轴处的剪应力
翼板平均厚度m h i 146.019
.063.019.02213
.015.063.0215.012.0=+⨯++⨯+=
0'
'S h bS i a h τ
τ==[]KPa KPa Zl 8708152238
.0213.007
.046.012072=<=⨯⨯⨯-σ 主拉应力：
经检算符合要求。

五、
墩计算及配筋设计
本桥桥墩的各部尺寸已按构造要求拟定完毕，墩顶帽、支承垫石内的钢筋网也按构造要求设置完毕，见第二节：尺寸拟定。

根据已有的资料，对拟定的桥墩进行检算如下：
㈠本桥有关资料
1、 桥跨结构：等跨L=18m 道碴桥面钢筋砼梁，梁全长18.6m ，梁缝m 06.0，轨
底到梁底的高度为m 52.2，轨底至桥墩支承垫石顶面高度为m 72.2。

弧形支座，支座高
m 2.0。

2、
桥上线路情况：平坡、直线、单线铁路。

墩身体积()32364.3146.213.1m V =⨯⨯+⨯=π
墩底截面以上桥墩自重：
2、竖向静活载
对于各检算项目的最不利活载图式有：1孔轻载、1孔重载、双孔重载和双孔空车
活载，分别计算如下：
⑴1孔轻载，活载布置如图：
⑶双孔重载，活载布置如图：
G
1 G
2
92KN/m 220KN x
R
3 rr R
4
L 1=18.33 L 2=18.33
根据
2
2
11L G L G =，2121,G G L L =∴= 。

即：()5.733.1892220563.1892--⨯+⨯=⨯x
从上式求得m x 157.4=，此时为最不利情况，利用静力平衡方程求得支座反力：
R 空空R 3、制动力
⑴1孔轻载与1孔重载时的梁上竖向静活载相同，故其制动力也相等，为：
t P 对墩身底部截面的力矩为：
⑵双孔重载时的制动力
左孔梁为固定支座时传递的制动力：
右孔梁为活动支座时传递的制动力：
传到桥墩上的制动力：
P对墩底截面的力矩：
3
w
㈢墩身底部截面的检算
本墩为等截面墩身，上下各处截面均相同，故墩底处为最不利截面，只需对墩底处墩身截面进行检算。

1、墩底截面特性
墩底面积：2291.76.213.1m A =⨯+⨯=π
本桥桥上线路为直线、平坡，桥墩可能产生弯曲失稳的方向与弯矩作用平面的方向（纵向）一致，且桥墩横向的截面抵抗矩和回转半径均比其纵向大的多，本墩又为粗矮桥墩，1max =x η，故本墩的受压稳定性在两个方向上都不需检算，直接对墩身底部的截面强度进行检算。

3、墩身底部截面的纵向检算
墩底截面纵向的应力和偏心一般在主力组合时不控制，故考虑主力加纵向附加力进行墩底截面的检算，见下表：
从表上可看出，桥墩在纵向上强度和稳定均十分富余，而该桥又位于直线、平坡，所受的横向力较小，且桥墩横向截面的抵抗矩和惯性矩均比其纵向大，故本桥墩的横向可不检算。

墩底截面应力和偏心检算（主力+纵向附加力）。