中南大學混凝土橋課程設計

1、中南大學土木工程橋梁方向混凝土橋課程設計雙直線4(m有砟簡支梁橋箱梁設計2011年9月6日橋梁設計任務書一、設計依據(jù)1、鐵路橋涵設計基本規(guī)范(TB10002.1-2005);2、 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規(guī)范(TB10002.3-2005)；3、高速鐵路設計規(guī)范(試行)TB10621-2009;二、設計基本情況1、雙直線40m有砟簡支梁橋(線間距5.0m)2、橋式結構及橋面布置：見 CAD圖。三、主要技術標準3.1設計荷載3.1.1恒載：結構構件自重按鐵路橋涵設計基本規(guī)范(TB10002.1-2005)第4.2.1條采用。C50混凝土容重取 26KN /m3。二期恒載：190k

2、N/m3.1.2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)：按鐵路橋涵設計基本規(guī)范(TB10002.1-2005)辦理：其中沖擊系數(shù)1+卩=1 + a *6/ (30+L) , a =4*(1-h) 2.2主+附K 1.982預應力筋(Mpa預加應力時的錨下鋼絞線控制應力(T con 0.75fpk運營何載作用下鋼絞線應力(T p

3、 0.60fpk3混凝土應力(Mpa主力：t c 0.50fc運營何載作用下比凝土壓應力主+附：t c 0.55fc運營荷載作用下混凝土拉應力T ct 0運營荷載作用下混凝土最大剪應力無豎向預應力時T c 0.17fc抗裂荷載作用下混凝土主拉應力t tp 0.7fct抗裂荷載作用下混凝土主壓應力t cp 0.60fc注：fpk 為預應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“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、預應力及混凝土收縮、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

4、保證準確無誤外，還要盡量統(tǒng)一；圖面布置要均勻、合理, 對應關系明確。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 420mn出圖；尺寸標注以mm為單位；字體：仿宋_GB2312高寬比0.7 ；字高：尺寸標注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 12 ”；標題離最外側尺寸線15mm左右；線寬：細線（綠色）0.15mm粗線（紅色）：0.35mm請分別分層。方案設計一、計算模型計算軟

5、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)點設為固定鉸支座，54號節(jié)點設為滑動鉸支座。計算模型如圖1所 示。圖2.1橋梁有限元分析離散圖計算荷載2.1重及二期恒載結構自重按26kN/m?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:0.996一L=0.20.913計算彎矩時:1.494L ： -0.20.851對于本橋:0.996.40 -0.20.913 =1.0781.494、40 -0.20.85

6、1-1.099計算時為偏安全都取1.099計算0.92.3雙線中一活載作用下按鐵路橋涵設計基本規(guī)范規(guī)定，兩線同時作用時，取折減系數(shù) 其中本橋沖擊系數(shù)：2x61-11.17130+40三、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）0圖3.2 主力+附加力組合彎矩包絡圖（中一活載） 單位（kN.m）圖3.3主力組合彎矩包絡圖（ZK活載） 單位（kN.m）-?1109-1111 HtLii圖3.4主力+附加力組合彎矩包絡圖（ZK活載） 單位（kN.m）四、支承反力結果下表中列出了各單項荷載作用下各支承反力值：表4.1

7、支承反力表（kN）支反力何載中-活載ZK活載恒載（KN98109810活載（KN）max47203470（含動力系數(shù)）min-7.17-0.626主力組合（KNmax1450013300min98109810主+附組合（KNmax145001330min98109810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I （主力）：自重+二期恒載+預加力+收縮徐變+支座不均勻沉降組合U （主+附）:自重+二期恒載+預加力+收縮徐變+支座不均勻沉降+制動力+溫度變化 5.1混凝土截面應力驗算運營荷載作用下混凝土壓應力應滿足：主力組合：J乞0.5fc主力+附加力組合： 冬0.55

8、fc混凝土拉應力：二ct -0抗裂荷載作用下應滿足：混凝土主拉應力乞0.7怙主壓應力二cp乞0.6仁5.1.1混凝土截面正應力驗算表5.1中一活載作用下正應力驗算表（Mpa位置主力組合主力+附加力組合上緣最大應力上緣最小應力下緣最大應力下緣最小應力上緣最大應力上緣最小應力下緣最大應力下緣最小應力跨中截面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活載作用下正應力驗算表（Mpa位置主力組合主力+附加力組合上緣最大應力上緣最小應力下緣最大應力下緣最小應力上緣最大應力上緣最小應力下緣最大應力下緣最小應力跨中截面10.8

9、7.610.42.411.87.610.62.3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力主力組合：二 c =11.5M.5fc =16.8主力+附加力組合： 譏=12.3乞0.55 fc =18.4（2）由計算得運營荷載作用下混凝土未出現(xiàn)拉應力，即乞0下圖圖中紅、綠、藍、粉色分別代表上緣最大、最小應力值及下緣最大、最小應力值（正值代表壓應力）圖5.1 主力組合正應力包絡圖（中一活載）圖5.2 主力+附加力組合正應力包絡圖（中一活載）圖5.3主力組合正應力包絡圖（ZK活載）圖5.4主力+附加力組合正應力包絡圖（ZK活載）5.1.2混凝

10、土截面主應力驗算表5.3 主應力驗算表（Mpa （壓應力為正，拉應力為負）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力最大拉應力最大壓應力最大拉應力最大壓應力最大拉應力最大壓應力最大拉應力跨中截面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力、二tp主力組合最大值 Gp =2.0Mpa ,小于要求的0.7fct =0.7 3.1 =2.17Mpa主力+附加力最大值 Rp =2.0Mpa，小于要求的0.7fct =0.7 3.1=2.17Mpa。（

11、2）由計算得主壓應力Ccp:主力組合最大值ccp =13.3Mpa，小于要求的0.6fc=0.6 33.5 = 20.1Mpa主力+附加力組合最大值 p =14.3Mpa，小于要求的0.6 fc =0.6 33.5 = 20.1Mpa由此得主應力滿足要求。圖5.5主力組合主應力包絡圖（中一活載）單位：Mpa圖5.6主力組合主應力包絡圖（中一活載）單位：Mpa圖5.7 主力+附加力組合主應力包絡圖（ZK活載） 單位：Mpa圖5.8主力+附加力組合主應力包絡圖（ZK活載）單位：Mpa注：上圖圖中綠色代表最大主壓應力，紅色代表最大主拉應力5.1.3混凝土截面剪應力驗算剪應力的最值出現(xiàn)在支點截面，現(xiàn)列

12、出兩種活載作用的支點截面剪應力表5.4中一活載作用下剪應力驗算結果（Mp3主力組合主力+附加力組合最大剪應力最小剪應力最大剪應力最小剪應力2.3-2.32.3-2.3表5.5 ZK活載作用下主應力驗算結果（Mpa主力組合主力+附加力組合最大剪應力最小剪應力最大剪應力最小剪應力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力-cmax :主力組合剪應力最大值.cmaxZMpa ,小于要求的0.17 fc =0.17 33.5 =5.7Mpa主力+附加力最大值.cmax=2.1Mpa，小于要求的0.17fc=0.17 33.5 =5.7Mpa ；由此得主應力滿足要求圖5.1

13、0 主力+附加力組合剪應力包絡圖（中一活載）單位：Mpa圖5.12 主力+附加力組合剪應力包絡圖（ZK活載） 單位：Mpa注：上圖圖中綠色代表最大剪應力，紅色代表最小剪應力5.2混凝土正截面抗裂驗算計算結果的應力值為鐵路橋涵鋼筋混凝土結構設計規(guī)范（TB10002.3-2005）第6.3.9條的（匚刊），因此只要該值小于 ft （此橋跨中截面丫 =0.9889），由計算得跨中正截面在抗裂組合作用下Kfjq =2.9Mpa小于J =3.07Mpa，因此抗裂滿足規(guī)范要求。注：上圖圖中綠色代表上緣最小應力，紅色代表下緣最小應力。5.3結構極限強度驗算5.3.1正截面抗彎強度驗算對于簡支梁，正截面抗彎強

14、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）中一活載作用下主力組合安全系數(shù)為268260.5 2二2.27，大于本橋要求的2.20 ；235971主力+附加力組合安全系數(shù)為268260.5 1.8 = 2.27，大于本橋要求的1.98 ； 223620（2） ZK活載作用下主力組合安全系數(shù)為268260.5 2二2.287，大于本橋要求的2.20 ； 234537.8主力+附加力組合安全系數(shù)為268260.5 1.8 =2.287，大于本橋要求的1.98.2110885.4活載作用下的豎向撓度驗算在靜中一活載作用下，跨中豎向最大撓度為14.8mm（向下）小于規(guī)范允許的

15、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）撓度值反向設置，其它位置按二次拋物線過渡。5.6 梁端豎向轉角和工后徐變驗算（1）在ZK靜活載作用下，梁端最大豎向轉角為 0.87 %。；在靜中一活載作用下，梁端最大豎向轉 角為1%0；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