鐵路橋涵鋼筋混凝土簡支梁設(shè)計混凝土課程設(shè)計

1、鐵路橋涵鋼筋混凝土簡支梁設(shè)計1 梁的基本概況1.1結(jié)構(gòu)形式及基本尺寸采用分片式t形截面。梁梗中心距：180cm.道渣槽寬390cm。每片梁頂寬192cm。梁全長16.50米，計算跨度16米，梁高1.90m，跨中腹板厚30.0cm。橋上線路為平坡、直線、單線鐵路，道碴橋面；設(shè)雙側(cè)帶欄桿的人行道。截面形式如圖1.圖1 梁截面圖1.2 設(shè)計計算數(shù)據(jù)混凝土使用c25， hrb335級鋼筋：，板內(nèi)受力鋼筋，分布鋼筋。梁內(nèi)受力鋼筋，箍筋及縱向水平鋼筋；架力筋。1.3 荷載活載：列車活載:中活載 ；人行道活載：距梁中心2.45米以內(nèi)10kpa；距梁中心2.45米以外4kpa；恒載：人行道板重1.75kpa;

2、 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25 kn/m3計算。板自重可近似按平均厚度計算。1.4 參考規(guī)范及要求鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范tbj285，要求：（1） 道渣槽板：計算跨中梁段內(nèi)、外懸臂板控制截面的內(nèi)力，配置受力鋼筋，并進行各項檢驗。（2） 主梁：計算支座、跨中及1/4跨各截面的內(nèi)力；確定腹板加厚的位置，并計算該截面剪力；配置縱向受力主筋、箍筋及斜筋，并進行各項驗算2 道渣槽板的配筋設(shè)計2.1 道渣槽板承受的荷載）計算板的自重：板的總面積=1/2(12+15)63+0.5(12+15)45+0.5(15+24)2

3、72+0.5(192-7-20)6+710=3076計算平均板厚 =250.191=4.75(kn/m) 2）計算列車活載：列車產(chǎn)生的“中活載”如圖2：圖2 “中活載”計算簡圖道碴槽板的列車活載特種“中活載”計算，因為每根枕木傳力到梁頂面時的作用面積為（1.23.14）平方米，所以列車荷載為列車荷載沖擊系數(shù)為：l=（90+72）/2=81cm3）計算擋碴墻重（擋碴墻尺寸如圖3）圖3 擋碴墻尺寸 作用點：其他各種外力和外力組合見表1.表1. 道渣槽板承受的各種外力組合荷載組合荷載名稱設(shè)計值(kn/m)恒載道渣槽板的自重4.725道渣及線路設(shè)備10外擋渣墻1.465人行道板1.75欄桿及托架0.7

4、6活載組合1列車活載66.348距中心2.45m以外的人群荷載4.0活載組合2距中心2.45m以外的人群荷載4.0距中心2.45m以外的人群荷載10.0荷載作用形式如圖4. 圖4. 各種荷載的作用形式2.2 道渣槽板承受的內(nèi)力計算在順跨度方向取米寬的板帶進行計算。1）計算恒載在各截面產(chǎn)生的彎矩及剪力：e截面：= 0.76(0.04+1.05)+0.51.751.051.05=1.7931(knm)=0.76+1.751.05=2.5975(kn)a截面：=0.76(0.04+1.05+0.63)+1.051.75(1.05/2+0.63)+1.4650.53+0.514.750.630.63=

5、 7.1331(knm)= 2.5975+1.465+14.750.63= 13.3550(kn)b截面= 0.76(0.04+1.05+0.9)+1.051.75(1.05/2+0.9)+1.4650.8+0.514.750.90.9= 11.2766(knm)= 13.355+14.750.27= 17.3375(kn)c截面：= 0.514.750.720.72= 3.8232(knm)= 14.750.72= 10.62(kn)d截面：= 0.514.750.450.45= 1.4934 (knm)= 14.750.45= 6.6375(kn)2）計算活載組合1作用下在各截面產(chǎn)生的彎矩

6、及剪力：e截面：= 40.55(0.50.55+0.5)=1.705(knm)=40.55=2.2 (kn)a截面：= 40.55(0.50.55+0.5+0.63)+0.51.38966.3480.250.25=5.971 (knm)=2.2+1.38966.3480.25= 25.239(kn)b截面：=40.55(0.50.55+0.5+0.9)+0.51.38966.3480.250.52=16.145 (knm)= 25.239+1.38966.3480.27= 50.121(kn)c截面：= 0.51.38966.3480.750.75= 25.919(knm)= 1.38966.

7、3480.72= 69.118(kn)d截面：= 0.51.38966.3480.480.48= 10.617(knm)= 1.38966.3480.48= 44.2365(kn)3）活載組合2作用下在各截面產(chǎn)生的彎矩及剪力：e截面：= 40.55(0.50.55+0.5)+0.5100.50.5=2.955(knm)=40.55+100.5=7.2(kn)a截面：= 40.55(0.50.55+0.5+0.63)+0.510（0.50.5+0.63）=7.491(knm)= 7.2(kn)b截面：= 40.55(0.50.55+0.5+0.9)+0.510（0.50.5+0.9）=9.435

8、(knm)= 7.2(kn)4）道渣槽板承受的控制荷載在各種外力組合作用下，在道渣槽板各主要截面產(chǎn)生的彎矩、控制彎矩見表2，剪力、控制剪力見表3表2 道渣槽板各截面的彎矩（單位knm）荷載類型e截面a截面b截面c截面d截面恒載1.7937.13311.2773.8231.493活載11.7055.97116.14525.91910.617活載22.9557.4919.43500控制荷載4.74814.62427.42229.74212.11表3道渣槽板各截面的剪力（單位kn）荷載類型e截面a截面b截面c截面d截面恒載2.597513.35517.33810.626.6375活載12.225.2

9、3950.12169.11844.236活載27.27.27.200控制荷載9.797520.55567.45979.73850.87352.3 按平衡設(shè)計配筋檢驗道渣槽板板厚本梁采用c25混凝土， q235鋼筋，n=15，按平衡設(shè)計， （1）根據(jù)等式（1）可以求出按平衡設(shè)計時需要的計算高度，假設(shè)保護層為25mm，a=25+5=30m，可以得到按平衡設(shè)計需要的截面高度，與實際高度比較看是否滿足要求，檢驗結(jié)果見表4表4. 道渣槽板按平衡配筋板厚檢驗結(jié)果e截面待添加的隱藏文字內(nèi)容3a截面b截面c截面d截面51.590.4123.8128.982.281.5120.4153.8158.9112.21

10、20150240240150檢驗結(jié)果通過通過通過通過通過檢驗結(jié)果表明個截面都滿足平衡設(shè)計配筋的尺寸，不需要增大尺寸。2.4 道渣槽板按低筋設(shè)計配筋按低筋設(shè)計配筋公式，設(shè)a=30mm，計算出各截面需要的配筋面積，滿足最小配筋率0.15%，具體配筋情況見表5表5 道渣槽板按低筋設(shè)計配筋表e截面a截面b截面c截面d截面609018018090333.1769.4824.4894.1637.1實際配筋6/128.511/128.511/128.512/128.59/128.54471.24863.94863.94942.48706.86配筋率0.52%0.72%0.41%0.45%0.59%最小配筋率

11、檢驗通過通過通過通過通過2.5 道渣槽板的應(yīng)力符合 （2）（3）（4）根據(jù)（2）式計算出截面中性軸的位置，根據(jù)（3）（4）式可計算出鋼筋和混凝土的應(yīng)力。由可計算出主拉應(yīng)力的大小，時說明主拉應(yīng)力較小，可不用設(shè)置斜筋。計算結(jié)果見表6。表6 低筋設(shè)計應(yīng)力符合結(jié)果e截面a截面b截面c截面d截面檢驗值（cm）90120210210120/471.24863.94863.94942.48706.86/x(cm)29.2944.3061.9564.2140.94/(mpa)4.046.274.684.915.56=9.5(mpa)125.57160.85167.63167.32161.09=180(mpa)

12、0.120.370.360.420.48=0.66檢驗結(jié)果通過通過通過通過通過/2.6 裂縫寬度檢驗（5） （6） （7）為鋼筋表面形狀系數(shù)，帶肋鋼筋取0.8，為荷載特征影響系數(shù)，為活載作用下的彎矩， 為恒載作用下的彎矩，對于板取1.1，為受拉鋼筋的有效配筋率，。裂縫計算寬度為（一般大氣條件下的地面結(jié)構(gòu)，無防護措施）根據(jù)（5）（6）（7）式計算出各截面的裂縫寬度，計算過程及檢驗結(jié)果見表7表7 裂縫寬度計算檢驗驗結(jié)果e截面a截面b截面c截面d截面1.37551.39761.38221.32571.32470.00790.01440.01440.01570.01180.17010.18500.19

13、070.17820.1859檢驗結(jié)果通過通過通過通過通過3 主梁的配筋設(shè)計3.1 主梁承受的各種荷載1）計算道渣線路及線路設(shè)備自重=1019.5=19.5kn/m2) 計算道渣槽板、擋墻及梁體自重：3）計算人行道板自重=1.751.05=1.8735（kn/m）其他各種荷載見表8。表8 主梁承受的所有外力荷載組合荷載名稱設(shè)計值(kn/m)恒載人行道板1.8375道渣及線路設(shè)備19.5道渣槽板、擋墻及梁體自重28.35欄桿及托架0.76總計50.3325活載1列車活載中-活載活載2距中心2.45m以外的人群荷載2.23.2 主梁的內(nèi)力計算1）計算恒載作用下各主要控制截面的彎矩和剪力在恒載作用下，

14、總大小q=50.3325kn/m,兩端的支座反力f=402.22kn,距左端支座x米處的彎矩和剪力的計算公式為: 各控制截面的計算結(jié)果見下表9。表9 恒載作用下各控制截面的彎矩和剪力截面位置距支座2.75米彎矩（knm）704.66917.001207.981509.981610.64剪力（kn）302.00264.25201.33100.670.002）計算中活載作用下各主要控制截面的彎矩和剪力中-活載的計算是根據(jù)三角形影響線查出換算荷載k，最大的內(nèi)力為,k是根據(jù)加載長度、影響線頂點到零點的距離查表得到的，當數(shù)值在列表數(shù)值之間時，k值按直線內(nèi)插法得到?；钶d的沖擊系數(shù)為在支座處，彎矩、剪力影響

15、線如下：根據(jù)彎矩影響線查表得：在1/8l處：彎矩、剪力影響線如下：根據(jù)彎矩影響線查表得：其他各截面也用同樣方法，根據(jù)影響弦查表得到k值，計算過程及結(jié)果見表10表10 中活載在主梁上產(chǎn)生的內(nèi)力計算表截面位置支座處距支座2.75米（kn/m）0.00312.50265.63234.40187.50172.20（kn）0.00-24.63-39.58-73.89-133.00-217.14（kn/m）137.70143.30145.97150.40159.80172.20（kn）694.56553.40504.93426.72314.86217.14（kn/m）0.00125.50124.90123

16、.80121.90119.40m（knm）0.001107.791434.721873.342305.742409.013）計算人群荷載作用下各主要控制截面的彎矩和剪力人群荷載作用下的計算方法和恒載的計算方法相同，計算結(jié)果見表11。表11 人群荷載作用下各控制截面的彎矩和剪力截面位置距支座2.75米彎矩（knm）30.840.0852.86670.4剪力（kn）13.211.558.84.404）各種外力的作用效應(yīng)及控制荷載見表12，表13。表12 主梁各截面的彎矩（單位：knm）截面位置支座處距支座2.75米恒載0704.66917.001207.981509.981610.64中活載011

17、07.791434.721873.342305.742409.01人群荷載030.8040.0852.8066.0070.40控制荷載01843.252391.803134.123881.724090.05表13 主梁各截面的剪力（單位：kn）截面位置支座處距支座2.75米恒載402.66302264.25201.33100.670中活載694.56553.40504.93426.72314.86217.14人群荷載17.6013.2011.558.804.400.00控制荷載1114.82868.60780.73636.85419.93217.143.3 主拉應(yīng)力的驗算主拉應(yīng)力由公式計算，因

18、為還未配筋，先估計 假設(shè),沿梁長度方向不變，當時說明主拉應(yīng)力較小，不截面尺寸滿足要求，不用增大尺寸。對于c25，=1.78，檢驗結(jié)果見表13。表14 主梁各截面的主拉應(yīng)力檢驗結(jié)果荷載類型支座處2.75米（左）2.75米（右）剪力q（kn）1114.82868.6780.73780.73636.85419.93217.14(mpa)1.351.050.941.571.280.850.44檢驗結(jié)果通過通過通過通過通過通過通過檢驗結(jié)果表面各截面截面位置力滿足要求，不用增大截面尺寸。3.4 跨中截面的主筋設(shè)計按低筋設(shè)計配筋公式，對于t形截面，,考慮跨中彎矩較大，需要分層布置鋼筋，設(shè)a=10cm，計算跨

19、中截面的配筋面積為:，采用，=13823.01 ，分三排布置，如圖4。圖4. 跨中截面配筋圖3.5 跨中截面應(yīng)力復(fù)核1）計算受力截面結(jié)合特征鋼筋中心至混凝土下緣的距離：a=(144.1+76.01+1411.21+513.12+418.32)/44=9.0cm 截面計算高度：翼緣板等效厚度：s=0.5(12+15)45+0.5(15+24)272+0.5(12+15)63=2511cm2梁截面的計算簡圖如圖5.圖5. 梁截面的計算簡圖2）判斷中性軸的位置計算鋼筋的極限拉力=18013823.01=2488.14kn計算翼緣板能承受的最大壓力：=9.510000.51.9200.155=1413

20、.6kn，說明中性軸在腹板內(nèi)3）計算中性軸位置即解得：x=70.051cm4）計算鋼筋和混凝土的應(yīng)力 ，超過1.88%，可以通過檢驗。，檢驗通過檢驗結(jié)果表明該配筋方案鋼筋和混凝土的最大應(yīng)力都檢驗合格，通過檢驗，截面安全。3.6 剪應(yīng)力計算在鋼筋混凝土梁中，由于假定受拉區(qū)混凝土不參加工作，受拉區(qū)處于純剪切狀態(tài)，主拉應(yīng)力與剪應(yīng)力相等，但主梁各截面的彎矩不同，中性軸也不同，而且考慮端部支承處有部分受力鋼筋彎起，內(nèi)力偶臂也不同，一般情況下，主筋在端部支承處，彎起鋼筋60%，在距端部2.75m的變截面處，彎起25%的鋼筋。根據(jù)實際情況，假設(shè)在距端部2.75m處彎起11根鋼筋，剩33根，在端部彎起26根鋼

21、筋，剩18根，計算各截面的中性軸位置、內(nèi)力偶臂，并根據(jù)剪應(yīng)力公式計算出各控制截面的剪應(yīng)力，計算過程及結(jié)果見表15表15 剪應(yīng)力計算過程及檢驗結(jié)果端部2.75米左2.75米右跨中剪力（kn）1114.82780.73780.73217.14腹板厚度(cm)50503030鋼筋根數(shù)18333344鋼筋面積()5654.8910367.2610367.2613823.01a(cm)4.507.107.109.00(cm)185.50182.90182.90181.00x(cm)42.4357.9361.0170.05y(cm)32.6845.4249.8257.53z(cm)175.74170.39171.71168.48（mpa）1.270.921.520.433.7 主梁箍筋設(shè)計箍筋按構(gòu)造要求選用，由于梁肋較寬b350mm，故箍筋采用4肢，選用q235級鋼筋，直徑dk=8mm，間距sk=20cm，沿梁長等間距布置。在寬腹板處，b=50cm時，箍筋所承受的主拉應(yīng)力為：在窄腹板處，b=30cm時，箍筋所承受的主拉應(yīng)力為