[毕业设计 论文 精品]铁路预应力混凝土简支梁桥设计.doc

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1、1 绪 论1.1 课题研究意义 桥梁是铁路或公路跨越河流，山谷及其它障碍物的建筑物。 桥梁的建成使道路保持畅通，为我国国民经济建设发挥了巨大的作用。钢筋混凝土桥具有可塑性强，省钢，耐久性好，维修费用少，噪音少，美观等特点。而简支梁在我国桥梁建设中也应用的非常广泛，因为其具有不受地基条件限制，适用于跨度不大（一般跨径46.612.3.2 截面几何特性计算（跨中截面）表2-2 截面几何特性计算截面分类截面面积面重心至梁顶水平线距离截面重心的惯性矩面重心至梁底水平线距离毛截面净截面换算截面94859195960480.87782.2129.2132.0127.4钢绞线重心到下缘距：2.4 正截面抗弯

2、强度计算设跨中性轴位于上翼缘内（）由得，与假设相符，故破坏弯矩为：（可） （可）2.5 预应力损失计算2.5.1 钢丝回缩和分块拼装构件的接缝压缩损失钢判锥型锚头每端钢丝回缩及锚头损失变形对跨中的影响为4mm,即已知钢丝束平均长度：2.5.2锚头变形，钢筋混凝土的弹性模量比：锚固口摩擦损失为： 2.5.3 摩阻损失查表得，从张拉端至计算截面的管道长度，一般可取半径的平均值，即： 从张拉端至计算截面的长度上钢筋弯起角之和 一般可采取各钢丝束的平均和，即： 查表，内插值得，2.5.4 分批张拉混凝土压缩引起的应力损失考虑截面处的有关数据处净截面积为9286cm,截面重心到梁底的距离为128.7cm

3、,对重心轴的惯性矩I=53.34,e=128.7-21.4=107.3 代入有关数据得故2.5.5 钢筋应力松弛引起的应力损失传力锚固时，故必须考虑 又按桥规 2.5.6 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失截面面积为，截面与大气接触的周边长度理论长度按28天龄期查表得，跨中截面的为 4.17+9.12-5.24/4截面处的为：=cos=3811.56kN 平均的=0.82.6 弹性工作阶段的正应力计算2.6.1预应力阶段 传力锚固时，预应力钢筋应力在运营阶段，预应力钢筋有效应力 传力锚固时混凝土正应力钢筋预加应力的合力 至净截面重心轴的距离 净截面的回转半径混凝土的正应力 (压) 容许应力2.6

4、.2 运营阶段混凝土正应力-人行道，到渣槽及线路设备等（）产生的弯矩-换算均部荷载产生的弯矩钢筋预加应力的合力 （压）=0.5 2.7 抗裂性检算为了简化计算，将跨中截面简化成工字形截面截面几何特性(见图2-1)图2-1 工字型截面2.7.1 换算截面特性计算2.7.2 换算截面对顶部水平线的面积矩2.7.3换算截面重心至顶部水平线的距离2.7.4换算截面重心轴的惯性矩 2.7.5 对截面受拉下边缘的换算截面弹性抵抗矩2.7.6 换算截面重心轴以下部分对重心轴的面积矩 2.7.7计算值2.7.8抗裂安全系数计算受拉区下边缘应力 抗裂安全系数为2.8 剪应力计算运营阶段处检算截面正应力外，尚需检

5、算腹板剪应力由外荷载产生的剪应力为：=kN由预应力钢筋弯起产生的剪应力为：其中， 梁截面处见应力检算图2-2 T型截面为了便于计算，将支点处截面简化成T型截面（见图2-2）2.8.1 换算截面特性 2.8.2 换算截面对顶部水平线的面积矩 预应力筋重心到底部的距离: 换算截面对顶部水平线的面积矩2.8.3 换算截面重心至面顶部水平线的面积矩 净截面重心至面顶部水平线的面积矩 不需要配预应力筋2.9 主应力计算桥规主拉应力作为斜裂缝检算的依据其中：对1/8截面梁肋处 （压）（压）其主拉应力为 为了防止出现沿应力方向的微裂缝，需检查主拉应力。按桥规要求，对截面进行主拉应力检算对于变截面处由于未配预

6、应力箍筋，故， 符合要求Error! No bookmark name given.3 T型桥台设计检算3.1设计资料:(1) 桥跨资料：I级铁路，单线，平坡，曲线；(2) 不等跨度道渣槽钢筋混凝土粱，双侧人行道及栏杆。(3) 设计活载：某铁水罐车专用活载 (4) 建筑材料：顶帽及道渣槽用200#钢筋混凝土；(5) 台后填土为渗水土(6) 桥台尺寸：填土高，基础埋深及有关尺寸见图(7) 其他计算数据：梁上道渣槽等线路设备及双侧1.55m宽人行道重量为48.1N/m(混凝土枕)，台顶道渣槽及线路设备(为桥台长度，单位，m)。3.2 确定桥台尺寸3.3 荷载计算3.3.1 竖直恒载3.3.1.1

7、桥跨恒载压力3.3.1.2 桥台自重表3-1 基顶以上桥台自重部分 体积cm 容重kN/m 竖直力kN 水平距离m N对A的 力矩1台顶道渣 386.9 2.982 1153.74槽及线路设备2顶帽以上 19.65 23 451.9 2.982 1347.71台顶3 顶帽 6 25 150 5.964 894.64顶帽下 5.6 23 128.8 5.964 625.19525台身前墙 30.243 23 695.52 5.964 4148.16身后墙 38.5 23 885.5 2.725 2412.9基顶以上小计 2698.62 9957.14 3.3.2 台后恒载土压力道渣换算为填土的高

8、度：3.3.2.1 台后直墙部分土压力台后直墙高，台后墙宽。按直墙，填土水平 ，等条件查表得，所以, 直墙主动土压力：对基顶A点力矩对基顶A点力矩3.3.2.2后斜墙部分土压力台后墙背仰角，斜墙部分高度，由表查得，所以作用点至基顶截面距离: 对基顶A点力矩对基顶A点力矩=3.3.2.3前墙土压力前墙承受土压力的高度和宽度分别为设前墙后填土的破裂角为，其中 作用点距基顶距离为，其中对基顶A点力矩对基顶A点力矩基顶以上恒载水平土压力基顶以上恒载竖直土压力基顶以上恒载土压力对A点的力矩3.3.3 竖直活载图3-1 活载情况（没 不（）（）(m)3.3.3.1 活载情况I（见图3-1）根据，求得：台顶

9、活载压力桥台承受的活载压力对A点力矩3.3.3.2活载情况（见图3-2）图3-2 活载情况根据求得： 台顶活载压力桥台承受的活载压力对A点的力矩3.3.4 台后活载土压力3.3.4.1 直墙背部分土压力台后直墙高度由轨底算起，台后墙宽，轨底平面竖向荷载强度。活载土压： 对A点的力矩对A点的力矩为零3.3.4.2 斜墙背部分土压力台后斜墙高度，后墙宽 对A点的力矩对A点的力矩基顶以上活载水平土压基顶以上活载竖直土压基顶以上活载土压对A点力矩3.3.5 水平制动力3.3.5.1 活载情况I 梁上活载制动力台顶活载制动力纵向水平力 移至支座铰中心，移至轨底处，它们对基顶的力矩： 3.3.5.2活载情

10、况梁上活载制动力台顶活载制动力纵向水平力对基顶的力矩=373.296（3+0.7+0.087）+9.999（1.78+6.324）=1494.7kN3.4 台身底部截面的检算3.4.1 台身底部截面的截面特性截面面积：截面形心至前端距离：截面形心至后端距离：惯性矩： 截面抵抗矩3.4.2 台身底部截面的偏心和应力检算表3-2 台身底部截面的偏心检算活载情况 活载情况I检算前端 活载情况检算后端荷载 P N M P N M 1375.4 8698.22 1375.4 8689.22竖 2698.62 9957.14 2698.62 9957.14直恒 384.58 1022.1 384.58 1

11、022.1载 59.51 1022.1 59.51 1022.1竖直活载 374.48 1970.59 384.48 2000.27活载土压 27.6495 119.183 4.033 119.183纵向主力合 412.23 4512.07 21767.23 384.58 4517.04 21677.59制动力或牵应力 48.287 240.45 48.287 240.45主力+附加力合计 460.52 4512.07 22007.7 432.87 4517.04 21918主力+附加力的合 4.88 4.85力对A点距离 4.23 4.2偏心 0.545 0.515容许偏心 1.49 1.1

12、843.4.3 台身底部截面应力检算T形桥台台身截面强度一般都有富余,现以活载情况I检算前端应力(主力组合):主力作用下,其合力对A点的距离=m合力偏心=4.82-(1.265+3.07)=0.489m合力对台身底部截面形心的力矩=4512.07台身视为刚体时,截面上的应力为 为正值,截面全部受压,前端最大应力就是计算的451.38kPa当台身用150混凝土时,容许压应力为5.5=5500比富余很多。垂直弯矩作用方向的受压稳定不控制,不需验算。3.5 桥台基础设计检算3.5.1 结构自重及填土重计算基顶以上结构自重及填土重 3.5.1.2 襟边以上土重(见后页表)表3-3 基础襟边以上土重编号

13、 体积（ 土重（ 对基础A点 对基础A点的力臂 的力矩1 9.72 162.54 7.4 1202.792 0.76 12.92 6.85 88.53 0.64 10.88 6.85 74.534 1.6 27.2 5.58 151.785 10.91 185.5 5.52 1023.966 1.24 21.08 4.65 98.027 7.29 124 2.55 316.448 0.22 3.74 1.07 3.999 9.16 155.66 0.48 74.72 47.59 809.05 2.44 1975.2610 1.83 31.13 0.48 14.94 0.82 13.94 0.8

14、8 12.2711 7.04 119.7 0.53 63.4合计 =1677.24 = 5100.63.5.1.3 自重 表3-4 基础自重部分 体积 竖直力 对基础A点 对基础A点 的力臂 的力矩第一层 9.23 212.3 2.76 590.2基础 9.12 209.8 5.75 1206.4第二层 20.01 460.23 2.38 1095.35基础 17.82 409.86 6.2 2541.13合计 3.5.2 基础部分土压力计算台顶台身部分计算高度 台身宽度 =2.2m 其土压力为 对基顶A点力矩对基顶A点力矩对基顶A点力矩台顶台身恒载土压在检算基底时与检算台身时的差值 基础部分

15、计算土层高度，基础横向平均宽度基础部分土压按下式计算得：对点力矩=对点力矩=3.5.3 前墙基础土压前墙承受土压的高度以计算破裂角时 锥体填土与前墙背交点处侧压力强度为零处侧压力强度基顶处侧压力强度前墙基础土压对点力矩=对点力矩=基础部分恒载土压 3.5.4 基础部分活载土压(检算前端用)轨底到基顶的高度基础高度,基础横向平均宽度=,大于台后活载计算宽度计算基础活载土压应采用基础活载土压对点力矩=对点力矩=基顶以上台后活载土压在检算基底时也应按最下一层基础外缘作假象竖直墙背计算,则它和检算台身时活载土压的差值为:3.6 基底偏心及应力检算3.6.1基底截面特性截面面积 截面形心到前端距离截面形

16、心到后端距离惯性矩截面抵抗矩 核心半径 3.6.2恒载作用下基底偏心检算基底以上水平土压力 基底以上竖直恒载 基底以上所有恒载对A点的力矩 合力作用点到A点的合力距基底截面形心的距离 (偏向前端)从计算结果表明,桥台在恒载作用下的偏心很小,合力作用点接近截面形心,符合要求。 4 桥墩的设计与检算4.1设计资料：轨高采用，轨底至墩台顶，轨底至梁底,支座铰中心至支承垫石顶面为，24m每孔梁重，16m每孔梁重,梁上采用木枕道渣桥双侧宽的人行道，其重为（混凝土枕），不等跨，梁全长为，梁缝为。4.2 荷载计算4.2.1 恒载4.2.1.1 由桥跨结构传来的恒载压力 4.2.1.2 顶帽及墩身重（1）顶帽

17、为巨型，其体积（200钢筋号混凝土） kN顶帽重： 本设计要把荷载转移到承台顶部，可以仍需检算墩身底部截面，先计算墩身高度（初步拟定将承台底面布置在局部冲刷线所在水平面内）轨顶标高为38.2m，查表得：墩身标高为：38.2-0.176-3-1.5-0.5=33.024 m其中轨高为0.176 m，轨顶至墩台顶3 m，托盘高度1.5 m，顶帽高0.5 m取墩身高为3 m，基础高为1.5 m，承台底布置局部冲刷线以上0.524 m处，采用高桩承台布置（2）托盘200号混凝土，其体积：（3）墩身体积：墩身重： 墩底截面以上桥墩自重：4.2.2 计算列车荷载对于各检算项目的最不利荷载图式为：图4-1

18、活载情况4.2.2.1 活载情况（见图4-1）对于16m梁对24m梁 由于设置纵向预偏心，所以R与对桥墩中心的力矩大小相等，方向相反，即：177.07 = 0.09m(梁缝中心线与墩中心线间距离)对墩中心的力矩=177.07(0.25+0.05+0.09)=69.01kN图4-2 活载情况4.2.2.2 活载情况（见图4-2）由=0 =177.07kN桥墩所受压力=+=177.07+278.06=455.13kN活载压力对桥墩中心距278.064.2.3 制动力4.2.3.1 活载情况对于16m梁=33.3=25.66kN对墩身底部截面的力矩为： (支座中心至墩台顶0.325m)对于24m梁对

19、墩身底部截面的力矩=37.33(3+0.325+0.5+1.5)=198.78kN4.2.3.2 活载情况 左孔梁为固定支座时传递的制动力右孔梁为滑动支座时传递的制动力传到桥墩上的制动力为Pt对墩底的力矩：4.2.4 纵向风力风压强度按标准设计要求采用，有车时桥墩纵向风压为-风载体型系数，根据桥墩长边迎风的圆端行截面=2.161.5查桥梁墩台与基础工程中表3-1得-风压高度变化系数，根据桥墩离地面高度小于，查表得W=4.2.4.1 顶帽风力对墩底截面的力矩：4.2.4.2 墩身风力对墩身底截面的力矩4.2.4.3 桥墩风力对墩底截面的力矩：4.2.5 横桥向水平风力有车时桥墩横向风压： 无车时

20、桥墩横向风压： 式中根据桥中短边迎风的圆形截面及，查表得有车时列车及梁上横向风压： 无车时列车及梁上横向风压： 式中按桥墩以外的其他构件为1.3。本例中设计频率水位时桥墩受流水压力较桥墩横向风力的影响大，故将桥墩横向风力计算至设计频率水位处，并按有无车两种情况分别计算，如下表： 表4-1 桥上有车横向风力力及力矩 项目列车 76.75 808.64梁 53.73 344.54顶帽 1.3 6.18墩身 3.84 5.76托盘 2.21 8.29合计 137.83 1173.41 表4-2 桥上无车横向风力力和力矩项目梁 94.02 649.68顶帽 2.33 11.07墩身 6.72 10.0

21、8托盘 3.86 14.48合计 106.93 685.314.3 桥墩墩身受压稳定性检算由于墩身比较底，故不考虑墩身受压稳定性的检算。4.4 墩身底部截面的纵向检算墩底截面墩底截面积： 截面惯性矩：截面抵抗矩：表4-3 底部截面纵向偏心检算活载情况 活载情况 活载情况力及力矩 主 墩顶合力 2468.25 69.06 2487.31 3.24 力 桥墩自重 842.64 842.64附 制动力或加 牵引力 37.33 198.78 44.32 248.83力 风力 12.06 36.92 12.06 36.92主加附合计 3310.89 49.39 304.76 3329.95 56.38

22、288.99 墩顶出偏心 0.092 0.087 0.57 0.571 2.465 0.79计算长度 1.01 1.01 307.81 288.99墩底截面合力 3310.89 49.39 307.81 3329.95 56.38 291.78合力偏心 0.093 0.088 容许偏心 0.6 0.6墩底截面面积 3.14 3.14截面抵抗矩 0.785 0.785 1054.4 1060.49 389.63 369.34 1444.03 1433.37 910.13 1429.83 应力 0 0系数 0.0465 0.044 2 2 2108.85 2120.994.5 底部截面横向偏心检算

23、表4-4 底部截面横向偏心检算荷载组合 活载情况主+横附 桥上无车主+横附力及力矩 主 桥跨恒载 2209.249 2209.249 桥跨自重 842.64 842.64力 活载压力 455.13 0附 横向风力 137.83 1173.41 106.93 685.31加 力 合 计 3507.02 137.8 1173.41 3507.02 106.93 685.31从横向检算荷载汇总可知墩顶竖向力的初始偏心故 ,故下面的计算均以前者的情况考虑另外 查表的 横向容许偏心=0.6可以。桥墩在不配钢筋的情况下验算合格，所以按构造要求配筋 故各竖直钢筋的间距取为18.42cm 5 桩基础配筋及检算

24、5.1 主力加纵附的桩基础设计计算桥跨为等跨不等跨钢筋混凝土梁，桩身为200级钢筋混凝土，荷载按活载情况，主加纵附汇总到承台底部中心处。5.1.1 承台底部中心处荷载 5.1.2 计算 （1） 桩的计算宽度： 因为 （2） ，m值考虑桩净距的影响，应予修正 则，故修正系数为： 则（3） 桩的变形系数.5.1.3 计算,查函数值，按 5.1.4 计算桩顶柔度系数 5.1.5 计算桩顶刚度系数， （桩中心距）则 （） 5.1.6 计算承台底部中心O处水平位移和转角 5.1.7 计算桩顶内力 校核： 5.1.8 计算土面处的， 5.1.9 计算土面以下桩身弯矩 计算如下表：表5-1 计算表顺序 1

25、0 0 0 0 1 0 -26.512 0.3 0.83 -0.0045 -0.0007 1 0.3 -153 0.6 1.67 -0.036 -0.0108 0.9981 0.6 -4.694 0.9 2.5 -0.1214 -0.0547 0.9852 0.8971 3.575 1.2 3.33 -0.2874 -0.1726 0.9378 1.1834 9.46 1.5 4.17 -0.5587 -0.4204 0.8105 1.4368 19.577 1.8 5 -0.9556 -0.8072 0.5300 1.6116 13.098 2.4 6.67 -2.1412 -2.6633 -0.9489 1.3520 12.469 3.0 8.33 -3.5406 -6.0000 -4.688 -0.8913 8.8710 4.0 11.11 -1.6143 -11.731 -17.919 -15.076 5.55.2 桩基在主加横荷载组合下的受力计算5.2.1承台底部中心处的荷载， 由前知 ， ，5.2.2 计算承台底部中心O处水平位移及转角则