双直线40m有砟简支梁桥终结版.docx

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双直线40m有砟简支梁桥终结版

双直线40m有砟简支梁桥

课程设计

题目双直线40m有砟简支梁桥

姓名

专业班级

学号

指导老师戴公连

2011年1月

——目录——

1计算说明2

1.1结构体系2

1.2施工方法2

2模型、荷载及其组合3

2.1计算模型3

2.2计算荷载3

2.3荷载组合4

3全梁弯矩包络图4

4计算成果4

4.1营运阶段正截面强度验算4

4.2营运阶段混凝土截面应力验算5

4.3抗裂组合作用下正截面抗裂性验算9

4.4活载作用下的挠度值验算9

4.5恒载作用下的挠度值及预拱度设置10

4.6梁端竖向转角和工后徐变验算10

4.7使用阶段钢束应力验算10

5全梁支点反力表10

1计算说明

1.1结构体系

本桥为双线有碴简支箱梁桥，桥梁全长40m，支点间距38.8m，桥面宽12.6m（线间距为5m），梁高3.2m，采用预应力混凝土简支箱梁。

截面布置详见桥梁结构图。

梁体圬工采用C50混凝土，纵向预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线，钢绞线公称直径15.2mm，规格为15-7φ5，钢束张拉控制应力为1280MPa，普通钢筋采用HRB335和Q235，各项材料弹性模量及强度数值依照《铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）

1.2施工方法

采用整片预制和整片架设的施工方法。

2模型、荷载及其组合

2.1计算模型

计算软件采用桥梁博士V3.0.3版，采用平面梁单元建模，全桥共离散为48个单元和49个节点，支点节点号为2和48，其中2号节点设为固定铰支座，48号节点设为滑动铰支座。

计算模型如图1所示。

图2.1桥梁有限元分析离散图

2.2计算荷载

计算荷载包括恒载、活载、温度变化、预应力及混凝土收缩徐变等。

1、自重及二期恒载

结构自重按26kN/m3计算，二期恒载为190kN/m。

2、ZK车辆荷载及动力作用

双线按规范《新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定》规定，应按每一条线路作用ZK活载设计。

ZK车辆荷载冲击系数值：

⑴计算剪力时：

⑵计算弯矩时：

对于本桥：

，

计算时为偏安全都取1.099计算

3、双线中—活载作用下按《铁路桥涵设计基本规范》规定，两线同时作用时，取折减系数0.9。

其中冲击系数1+μ=1+a*6/（30+L），a=4×（1-h）≤2.0,L为桥梁跨度。

对于本桥：

1+μ=1+2*6/（30+L）=1.171

4、温度影响

按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1）办理：

整体升降温25℃，纵向温度荷载按顶板升温5℃考虑。

5、预应力

张拉控制应力取σcon=1280Mpa≤0.75fpk=1395Mpa。

6、混凝土收缩徐变按规范（JTGD62-2004）附录F取用。

2.3荷载组合

按可能的最不利组合情况进行计算。

组合Ⅰ（主力）：

自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+列车活载

组合Ⅱ（主+附）：

自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+列车活载+温度变化

3全梁弯矩包络图

下图中红色代表最大抗力、蓝色代表最大抗力对应内力（其中内力已按规范乘了安全系数，其中主力组合时为2.0，附加力组合时为1.8）。

图3.1组合Ⅰ弯矩包络图（中—活载）单位（kN.m）

图3.2组合Ⅱ弯矩包络图（中—活载）单位（kN.m）

图3.3组合Ⅰ弯矩包络图（ZK活载）单位（kN.m）

图3.4组合Ⅱ弯矩包络图（ZK活载）单位（kN.m）

4计算成果

4.1营运阶段正截面强度验算

对于简支梁，正截面抗弯强度控制截面为跨中截面，计算得最大抗力为263350kN.m。

根据全梁弯矩包络图可知：

（1）中—活载作用下

组合Ⅰ安全系数为2*263350/237675=2.216，大于本桥要求的2.20；

组合Ⅱ安全系数为1.8*256000/213907=2.216，大于本桥要求的1.98。

（2）ZK活载作用下

组合Ⅰ安全系数为2*263350/234561=2.245，大于本桥要求的2.20；

组合Ⅱ安全系数为1.8*256000/211105=2.245，大于本桥要求的1.98。

.

4.2营运阶段混凝土截面应力验算

运营荷载作用下混凝土压应力应满足：

主力组合：

σc≤0.50fc；

主力+附加力组合：

σc≤0.55fc；

运营荷载作用下混凝土拉应力应满足σct≤0；

运营荷载作用下混凝土最大剪应力应满足σct≤0.17fc；

抗裂荷载作用下混凝土主拉应力应满足σtp≤0.7fct；

抗裂荷载作用下混凝土主压应力应满足σcp≤0.60fc。

4.2.1混凝土截面正应力验算

下图中红、蓝、黑、粉红色分别代表上缘最大、最小应力值及下缘最小、最大正应力值（正值代表压应力）

图4.1（中—活载）组合Ⅰ正应力图

图4.2（中—活载）组合Ⅱ正应力图

图4.3（ZK活载）组合Ⅰ正应力图

图4.4（ZK活载）组合Ⅱ正应力图

中—活载作用下混凝土截面正应力如下表：

表4.1中—活载作用下正应力计算表（Mpa）

荷载组合

上缘最大应力

上缘最小应力

下缘最大应力

下缘最小应力

组合Ⅰ

10.6

1.89

11.7

3.06

组合Ⅱ

11.0

1.88

12.0

3.06

ZK活载作用下混凝土截面正应力如下表：

表4.2ZK活载作用下正应力计算表（Mpa）

荷载组合

上缘最大应力

上缘最小应力

下缘最大应力

下缘最小应力

组合Ⅰ

　10.4

　1.89

　11.7

　3.29

组合Ⅱ

　10.9

　1.88

　12.0

　3.29

运营荷载作用下混凝土最大压应力σc：

组合Ⅰ：

σc=11.7≤0.50fc=16.8；

组合Ⅱ：

σc=12.0≤0.55fc=18.4。

运营荷载作用下混凝土未出现拉应力，即σct≤0。

4.2.2混凝土截面剪应力验算

下图中红色代表最大剪应力、蓝色代表最小剪应力。

图4.5（中—活载）组合Ⅰ剪应力包络图

图4.6（中—活载）组合Ⅱ剪应力包络图

图4.7（ZK活载）组合Ⅰ剪应力包络图

图4.8（ZK活载）组合Ⅱ剪应力包络图

剪应力的最值出现在支点截面，现列出两种活载作用的支点截面剪应力。

表4.3中—活载作用下剪应力计算表（Mpa）

组合Ⅰ

组合Ⅱ

最大剪应力

最小剪应力

最大剪应力

最小剪应力

2.03

-2.03

2.03

-2.03

表4.4ZK活载作用下剪应力计算表（Mpa）

组合Ⅰ

组合Ⅱ

最大剪应力

最小剪应力

最大剪应力

最小剪应力

1.92

-1.92

1.92

-1.92

运营荷载作用下混凝土最大剪应力τcmax=2.03，满足σct≤0.17fc=5.7Mpa。

4.2.3混凝土截面主应力验算

下图中红、蓝色分别代表最大主压应力、最大主拉应力。

图4.9（中—活载）组合Ⅰ主应力图

图4.10（中—活载）组合Ⅱ主应力图

图4.11（ZK活载）组合Ⅰ主应力图

图4.12（ZK活载）组合Ⅱ主应力图

运营荷载作用下混凝土主应力如下表：

表4.5运营荷载作用下混凝土主应力计算表（Mpa）

荷载组合

中—活载

ZK活载

最大主压应力

最大主拉应力

最大主压应力

最大主拉应力

组合Ⅰ

　12.8

　-1.16

　12.6

　-0.99

组合Ⅱ

　13.3

　-1.43

　13.1

　-1.33

混凝土主拉应力σtp=1.43MPa，满足σtp≤0.7fct=0.7*3.1=2.17MPa；

混凝土主压应力σcp=13.3MPa，满足σcp≤0.60fc=0.6*33.5=20.1MPa。

4.3抗裂组合作用下正截面抗裂性验算

对于全预应力构件，需要按《铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）第6.3.9条规定检算混凝土法向拉应力（Kfσ-σc），其容许应力为γfct（此桥跨中截面γ=1.475）。

下图中红色代表上缘最小法向应力，蓝色代表下缘最小法向应力。

图4.13（中—活载）抗裂组合作用下法向拉应力图

图4.14（ZK活载）抗裂组合作用下法向拉应力图

抗裂组合作用下最大法向拉应力（Kfσ-σc）=1.2Mpa，小于γfct=4.57Mpa，因此抗裂满足规范要求。

4.4活载作用下的挠度值验算

在静中—活载作用下，跨中竖向最大挠度为10.3mm（向下），小于规范允许的竖向挠度值L/800=40000/800=50mm。

在静ZK活载作用下，跨中竖向最大挠度为9.4mm（向下），小于规范允许的竖向挠度值L/1000=40000/1000=40mm。

所以活载作用下的竖向挠度值满足要求。

4.5恒载作用下的挠度值及预拱度设置

恒载（包括预应力）在跨中引起的最大挠度值为13.3mm（向上）。

预拱度按恒载+1/2静活载挠度值反向设置,为13.3-10.3/2=8.2mm（向下），其它位置按二次抛物线过渡。

4.6梁端竖向转角和工后徐变验算

（1）在静中—活载作用下，梁端最大竖向转角为0.838‰；在ZK静活载作用下，梁端最大竖向转角为0.754‰；小于规范要求的2‰（有碴轨道）,所以满足要求。

（2）梁体最大工后徐变发生在跨中，其值为16.4mm，满足规范要求的有碴桥面梁的徐变上拱值不宜大于20mm的要求。

4.7使用阶段钢束应力验算

运营荷载作用下钢绞线应力需满足σp≤0.60fpk，验算结果如下表：

表4.6运营荷载作用下钢绞线应力验算表（Mpa）

钢束编号

使用应力组合

容许应力

是否满足

T

-1064

-1116

是

A

-1057

-1116

是

B

-1035

-1116

是

C

-1016

-1116

是

D

-998

-1116

是

E

-997

-1116

是

F

-1047

-1116

是

5全梁支点反力表

表5.1支点反力表（KN）

支反力

荷载

中—活载

ZK活载

恒载（KN）

9.79e+03

9.79e+03

活载（KN）

（含动力系数）

max

4.03e+03

3.38e+03

min

　-6.12

　-6.19

主力组合（KN）

max

1.38e+04

1.32e+04

min

9.79e+03

9.79e+03

主+附组合（KN）

max

1.38e+04

1.32e+04

min

9.79e+03

9.79e+03