混凝土橋課程設(shè)計-計算書-中南大學(xué)土木(范本)

1、中南大學(xué)土木工程專業(yè)本科生課程設(shè)計 題目:雙直線40m有砟簡支梁橋箱梁設(shè)計班級:土木0703班學(xué)號: 1201070318姓名:危大結(jié)指導(dǎo)老師:戴公連2011年01月梁體計算說明書計算說明一、設(shè)計依據(jù)1、鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1-2005;2、鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB10002.3-2005;3、新建時速200公里客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定(鐵建設(shè)函(2005285號;二、設(shè)計基本情況1、雙直線40m有砟簡支梁橋(線間距5.0m2、橋式結(jié)構(gòu)及橋面布置:見CAD圖。三、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3.1 設(shè)計荷載二期恒載:190kN/m。環(huán)境條件按野外一般條件計算,相對濕

2、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):0.00017(1列車縱向活載采用“ZK活載”,中-活載檢算(注意根據(jù)規(guī)范進(jìn)行折減。(2豎向動力沖擊系數(shù):按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1-2005辦理:按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1辦理。整體升降溫25,縱向溫度荷載按頂板升溫5考慮。對于單箱單室箱形截面,其橫向計算按升溫、降溫兩種情況考慮溫度變化的影響力,其計算模式如下: 按可能的最不利組合情況進(jìn)行計算。組合(主力:自重+二期恒載+預(yù)加力+收縮徐變+列車活載

3、組合(主+附:自重+二期恒載+預(yù)加力+收縮徐變+列車活載+溫度變化3.2 建筑材料梁體混凝土強(qiáng)度等級采用C50混凝土;(1縱向預(yù)應(yīng)力筋采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fpk=1860MPa、彈性模量為Ep=195GPa,公稱直徑為15.20mm高強(qiáng)度、低松馳鋼絞線,其技術(shù)條件符合其技術(shù)條件符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線(GB 5224的規(guī)定;普通鋼筋: HRB335鋼筋應(yīng)符合鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋(GB-1499, Q235鋼筋應(yīng)符合鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋(GB-13013。四、主要設(shè)計指標(biāo)4.1各梁部設(shè)計均按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件考慮,其主要設(shè)計指標(biāo)見下表: fc 、fct 分別為混凝土的軸向抗壓、抗拉

4、極限強(qiáng)度。 五、梁部計算5.1 計算程序采用同濟(jì)大學(xué)“橋梁博士3.0”。 5.2梁部縱向計算計算荷載包括恒載、活載、溫度變化、預(yù)應(yīng)力及混凝土收縮、徐變等。2.1計算模型 圖2.1 橋梁有限元分析離散圖2.2 計算荷載1、自重及二期恒載結(jié)構(gòu)自重按26kN/m 3計算,二期恒載為190kN/m 。 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(shè)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:10.913=+ 計算彎矩時:20.851+ 對于本橋:.040494.12=+-=,計算時為偏安全都取1.099計算3、雙線中活載作用下按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范規(guī)定,兩線

5、同時作用時,取折減系數(shù)0.9。其中本橋沖擊系數(shù):171.140306211=+=+4、溫度影響按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1辦理:整體升降溫25,縱向溫度荷載按頂板升溫5考慮。對于單箱單室箱形截面,其橫向計算按升溫、降溫兩種情況考慮溫度變化的影響力,其計算模式如下: 5、混凝土收縮徐變:按規(guī)范(JTGD62-2004附錄F取用;3全梁彎矩包絡(luò)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。 圖3.1 主力組合彎矩包絡(luò)圖(中活載單位(kN.m 圖3.2 主力+附加力組合彎矩包絡(luò)圖(中活載單位(kN.m 圖3.3

6、主力組合彎矩包絡(luò)圖(ZK活載單位(kN.m 圖3.4 主力+附加力組合彎矩包絡(luò)圖(ZK 活載 單位(kN.m 4支承反力結(jié)果表4.1 支承反力表(kN 5計算成果縱向計算內(nèi)力組合組合(主力:自重+二期恒載+預(yù)加力+收縮徐變+支座不均勻沉降 組合(主+附: 自重+二期恒載+預(yù)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(yīng)力驗算運營荷載作用下混凝土壓應(yīng)力應(yīng)滿足 主力組合:c f 5.0c 主力+附加力組合:c f 55.0c 混凝土拉應(yīng)力0ct 抗裂荷載作用下應(yīng)滿足 混凝土主拉應(yīng)力ct f 7.0tp ;表5.1 中活載作用下正應(yīng)力驗算表(Mpa 表5.2 ZK 活載作用下正

7、應(yīng)力驗算表(Mpa (1由計算得運營荷載作用下混凝土最大壓應(yīng)力c(2由計算得運營荷載作用下混凝土未出現(xiàn)拉應(yīng)力,即0ct 下圖圖中紅、黃、藍(lán)、綠色分別代表上緣最大、最小應(yīng)力值及下緣最大、最小應(yīng)力值(正值代表壓應(yīng)力 圖5.1 主力組合正應(yīng)力包絡(luò)圖(中活載 圖5.2 主力+附加力組合正應(yīng)力包絡(luò)圖(中活載 圖5.3 主力組合正應(yīng)力包絡(luò)圖(ZK 活載 圖5.4 主力+附加力組合正應(yīng)力包絡(luò)圖(ZK活載表5.3 主應(yīng)力驗算表(Mpa(壓應(yīng)力為正,拉應(yīng)力為負(fù) (1由計算得混凝土主拉應(yīng)力tp:(2由計算得主壓應(yīng)力cp:下圖圖中紅色代表最大主壓應(yīng)力,綠色代表最大主拉應(yīng)力 圖 5.5 主力組合主應(yīng)力包絡(luò)圖(中活載單

8、位:Mpa 圖 5.6 主力組合主應(yīng)力包絡(luò)圖(中活載單位:Mpa 圖 5.7 主力+附加力組合主應(yīng)力包絡(luò)圖(ZK活載單位:Mpa 圖 5.8 主力+附加力組合主應(yīng)力包絡(luò)圖(ZK活載單位:Mpa剪應(yīng)力的最值出現(xiàn)在支點截面,現(xiàn)列出兩種活載作用的支點截面剪應(yīng)力。表5.4 中活載作用下剪應(yīng)力驗算結(jié)果(Mpa 表5.5 ZK活載作用下主應(yīng)力驗算結(jié)果(Mpa (1由計算得運營荷載作用下混凝土最大剪應(yīng)力cmax:主力組合剪應(yīng)力最大值cmax=2.75,小于要求的0.17fc=5.7MPa;主力+附加力最大值剪應(yīng)力最大值cmax=2.75,小于要求的0.17fc=5.7MPa;由此得主應(yīng)力滿足要求。下圖圖中紅

9、色代表最大剪應(yīng)力,綠色代表最小剪應(yīng)力 圖5.9 主力組合剪應(yīng)力包絡(luò)圖(中活載單位:Mpa 圖 5.10 主力+附加力組合剪應(yīng)力包絡(luò)圖(中活載單位:Mpa 圖 5.11 主力組合剪應(yīng)力包絡(luò)圖(ZK活載單位:Mpa 圖 5.12 主力+附加力組合剪應(yīng)力包絡(luò)圖(ZK活載單位:Mpa5.2 混凝土正截面抗裂驗算因此抗裂滿足規(guī)范要求。下圖圖紅代表上緣最小應(yīng)力,綠代表下緣最小應(yīng)力。 圖5.13 抗裂組合作用下正應(yīng)力包絡(luò)圖(中活載 圖5.14 抗裂組合作用下正應(yīng)力包絡(luò)圖(ZK活載5.3 結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度驗算對于簡支梁,正截面抗彎強(qiáng)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中活載作用下主力

10、組合安全系數(shù)為264077/119243=2.215,大于本橋要求的2.20;主力+附加力組合安全系數(shù)為256000/11600=2.215,大于本橋要求的1.98;(2ZK活載作用下主力組合安全系數(shù)為264077/115124=2.294,大于本橋要求的2.20;主力+附加力組合安全系數(shù)為264077/115124=2.294,大于本橋要求的1.98。安全系數(shù)為82.13/18.37=4.47,大于要求的2.0。5.4活載作用下的豎向撓度驗算在靜中活載作用下,跨中豎向最大撓度為28.4mm(向下,小于規(guī)范允許的豎向撓度值L/800=40000/800=50mm。在ZK靜活載作用下,跨中豎向最

11、大撓度為9.8mm(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(shè)置恒載作用下在跨中引起的最大撓度值為40.0mm(向上,需設(shè)置反拱度,按(恒載+1/2活載=40-11.8/2=34.1mm撓度值反向設(shè)置,其它位置按二次拋物線過渡。5.6 梁端豎向轉(zhuǎn)角和工后徐變驗算:(1在ZK靜活載作用下,梁端最大豎向轉(zhuǎn)角為0.91;在靜中活載作用下,梁端最大豎向轉(zhuǎn)角為1.06;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,其值為17.1mm,滿足規(guī)范要求的有碴橋面梁的徐變上拱值不宜大于20mm的要求。5.7使用階段鋼束應(yīng)力驗算結(jié)果使用階段主力組合下鋼束最大應(yīng)力結(jié)果見下表所示:表