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1、客运专线40m预应力混凝土双线 简支箱梁设计COLLEGE OF CIVIL ENGINEERINGCENTRAL SOUTH UNIVERSITY中街六，喙 期程设vr指导老师:名：号：中南大学土木工程学院桥梁系二0一二年九月第_部分混凝土桥课程设计任务书1. 设计题目：客运专线40m预应力混凝土双线简支箱梁设计2. 设计资料(1) 桥面布置如图1所示，桥面宽度：126m;(2) 设计荷载：ZK活载；(3) 桥面二恒：200KN/m;(4) 主梁跨径：主梁全长40m;(5) 结构尺寸图，根据预应力混凝土简支箱梁桥的构造要求设计，可参照图1。图1桥面布置图1:13. 设计依据(1) 铁路桥涵设
2、计基本规范(TB10002.1-2005);(2) 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范TB10002.3-2005);(3) 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定(铁建设函(2005) 157号)；(4) 新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定(铁建设函(2003) 205号)；(5) 高速铁路设计规范(试行)(TB 10621-2009);4. 设计内容(1) 进行上部结构的构造布置并初步拟定各部分尺寸。(2) 主梁的设计：主梁内力计算主梁预应力钢筋配置及验算行车道板内力计算及设计绘制主梁设计图(包括主梁构造图和配筋图)5. 设计成果要求：设计计算书：设计计算说明书用Word文档或手写。整个
3、说明书应满足计 算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范的要求。封面、任务书和计算 说明书用A4纸张打印，按封面、任务书、计算说明书的顺序一起装订成册，交 指导老师评阅。图纸：要求图面整洁美观，比例适当，图中字体采用仿宋体，严格按制图标准作图。图幅为入3图。第二部分混凝土桥课程设计计算说明书一、结构尺寸拟定梁高：3.2m（梁高与跨度比满足1/111/15）腹板厚：08m（变截面在距支座截面7.25m处）顶板厚：035m底板厚：0.3m（变截面在距支座截面7.25m处）具体尺寸见附图1 跨中截面如下（单位：mm）：二、内力计算及组合荷载与内力的计算如下:IW9.S9Z6 寸 I 又【ffis
4、isl1二9.9寸毛平蜜8I9Ncslcslm 着2P您L c 姓大史热扈#廿融iss只长(N广 一0W69O8T b+ rb W15N&OOV bI 、NX69O8Z ns X 301 X 819ZZ 二 H 卜 V H b “瓣画-1 q 上 l = 4806.9N4】处截面：24=砂11 q f 1lT = 72103.5kN m2 42 4 JV = ql q x 1l = 0kN22跨中截面：/ 、ql 1 q f 112M =号 x 1l x 1l j = 96138.0kN m3.活载由规范规定，只计入列车荷载（不计人行道活载），设计荷载使用ZK活载冲击系数1 +旦=1 + a
5、.式中 a = 4.(h) 2取2所以 1 + r = 1.1714活载内力按照换算均布活载在影响线上加载计算：内力=I + r K 。= 0.5857 x K x。2式中K 算均布活载，查高速铁路设计规范取用。一加载范围内相应影响线面积分别计算各截面内力如下：（1）支座截面剪力弯矩影响线如下（左为剪力影响线，右为弯矩影响线，下同）:剪力：o = 1 X 40 X 1 = 20m 22由 l = 40m, a = 0 查表得 K = 84.93kN /m其中】为加载长度，a为最大纵坐标位置（下同）V = 0.5857 X 84.93 x 20 = 994.8衣NM=0由于是双线，按照90%的折
6、减：V = 994.87 x 2 x 0.9 = 1790.7玄NM=0-1截面剪力弯矩影响线如下剪力： O = 1 x 30 x 0. 75 = 11.25m 22由 l = 30m, a = 0 查表得 K = 91.51kN /mV = 0. 5857 X 11.25 x 91.505 = 602.94kN弯矩：O = 1 x 40 x 7.5 = 150m 22由 l = 40m,以=-查表得 K = 82.09kN / mM = 0.5857 x 150 x 82.09 = 7212.0永N m由于是双线，按照90%的折减:V = 602.938 x 2 x 0.9 = 1085.2
7、去NM = 7212.017x 2 x 0.9 = 12981.63N m(3)跨中处剪力弯矩影响线如下剪力：O = 1 x 20 x 0.5 = 5m 22由 l = 20m, a = 0 查表得 K = 103.58kN /mV = 0. 5857 x 103.58 x 5 = 303.3孙弯矩：O = 1 x 40 x 10 = 200m 22由 l = 40m, a = 1 查表得 K = 82.06kN /m2M = 0. 5857 x 82.06 x 200 = 9612.5kN m由于是双线，按照90%的折剪：V = 303.334 x 2 x 0.9 = 546,CkNM =
8、9612.51x 2 x 0.9 = 17302.5永N m4. 内力组合(1)剪力组合(KN)支座11 411 29613806恒载.8.9017901085546.活载.77.29011405892546.控制剪力4.57.20(2)弯矩组(KN.m)支座11 411 2721096138恒载03.5.0活载01298173021.63.52控制弯矩085085.1311344 0.52三、预应力筋计算与布置1. 预应力筋的计算(1)受拉区预应力钢筋假定只有受拉区配有预应力钢筋板顶平均厚 h =2258809 2 (12600-80成 2)=410.7mm f梁截面可换算成如下I形截面(单
9、位：mm)在跨中截面h对压应力作用点取矩：KM 50119.45 mm 2预应力筋使用半径为15.2mm(A=139mm2)的钢筋组成的钢丝束取腹板为16束的16015. 2，底板为12束的12 015.2所以 实际 A = 139X(12X12+16X16) =55600mm 50119.45mm2满足(2)梁预加应力阶段在梁预加应力阶段，要满足土 -N % + 性 -0.7 f (式 1)A w wtk在正常运营阶段，截面下缘不允许出现拉应力，要满足土 + * 七-七+吃户Mq 0 （式2） A wwfk =3.1MPan = n p= Np /0.8张拉力 N=0.75X f 人 X A
10、 = =77562000N由CAD计算截面特性可知主轴距离上、下边缘的距离y =1246.29mmy =3200-y =1953.71mm惯性矩q=1.49X10 13 mm 4则w* =1.20 x 10i0mm3w =7.63 x109 mm 3由式1,代入数据得：由式2,代入数据得:40fl25 吕 8|Igg32004225633s:Rte Hy iP 2金宜 mm).150 +主S JJ150X122+650X162122+1 H1483712elvelveBJE.涸 pi p pe。詈 6N KN BN g :首颦螟着8N GN 4N ge扈 ztw i Z wo。I 印 X31U
11、 z -Ha 6 WSVHyZ DUD-IQlu 修 nz 6 ng 6 0 寸 :8 移 EA/ c8I sN 6I S I gX)o14330.9613836.4711701.86!o inLO (NN n g J523.81采寸 co inoo *6工oo grdOO i 6工 oo grdhs g： bS s b c31046 .35OQZ oo Z OO zZ oo NQ8 cos 9s 6oD28s !1 J oZ oZ O oO o z o D Ni-Hin N， 寸 Ni00.468.82.54.64.67预应力筋平 面RDABTCEN2、4、6、8150 003491046
12、.354990 .93523.8114345.264479 .31N3、5、7、9150 006492087.594617 .881048 .9014193.223614 .36具体布置见图2、图3.主梁计算1.截面强度检算按照翼缘位于受拉区的I字形截面受弯构件检算（1）正截面强度检算cccc 150x122+650x162 crcc -f H 勺D / Enth0=hp=3200 =2730mm ，f -：MP （用 C50 混凝土） ， K=2根据铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范b+2c+12hf f bh，不满足要求，不能按照宽度为b的矩形截面计算 p p c此时：确定中心轴
13、位置f A =f bx+(b -b)h p p c f f代入数解得x=471.4mm满足(0= 2a)工(0.4h =1092)mmx 一 一 一 - h由 KM f bx(h - - )+(b -b)h (hr)，代入数得：c 0 2 f f 0 2( 113440.52X106X2=2.269X1011 N .mm(33.5 X (1600X471.4X (2730-471.4/2) +(6528.4-1600) X 410.7 X(2730-410.7/2) =2.342X 10iiN.mm强度满足要求斜截面强度检算斜截面抗弯强度检算斜截面最不利的位置在预应力筋还未弯起的范围内由 KM
14、 f (Z A Z + Z A Z )pp ppb pb0.MO一点.g+ 1+以1(ZMI 打，WWHXm &0CSICO) X。9弦 X 斜9 芋我爆 M.ZE 一 XZCN. va.NXoooI889cslcslAlno孚SI I XZHfilw 、 、tJ ZHX - UTNHZln.。孚m 6 &摩=unn009lnlnn q NSI.MI 甜 90T(Q9I+CND9IX8+&IX，).SSOO92XO98IX6OH4 qd d q 蛇宏 yNqon 4*fflMp = Neb A y +b A y cos a %=-p- N p图形如下3,预应力损失用后张法进行张拉张拉时，由于钢
15、筋与管道间的摩擦弓|起的应力损失（用金属波纹管）b =bL1 con由于锚头变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失d *7DV =。JS1瞄莘*0【x*A=A x=7 P【X6.【UOD矛醉区即晦风肆15聒醐壬甲矛酢单基切肆15勘歹我瓠切干寂段知编麟独 知编单基蜘液惜8d 7 Z7DTV1443 .61T 93 sa 乏目君9.73X lOio4.3X lOioJ o)o8122260.4267374677.2170630484.83a =a -a pcon 损失(MPa):n301日81 料COIOIIHV扈Z aaEIsn *Iaa 寸 9.SZT壬？aIXZZZ.coHIsi呈 dvo*
16、ffl) is &)蚩奥眯辛朦骤4.混凝土法向应力验算N * N e y 十 My c 一厂誓 F代入数得:跨中截1:1上缘1.96+9跨中截1:1下缘11.63-支座截1:1支座截1:1 c（单位:MPa）.5514.974.348.64= 11.51=-3.35由表可知压应力 c 。可=16.7Mpq满足要求跨中截面下缘拉应力 0.7 f =2.17 MPa不满足要求所以跨中截面下缘需要配置一定量的普通钢筋以防止混凝土被拉坏。5. 混凝土剪应力验算计算公式：剪应力，=鼻 ，分析可知，最大剪应力在中性轴上I b跨中截面支座截面* K I 港 1:1S (mm3)588271734858827
17、17348T (MPa)2.83t P (MPa)2.02T =T-Tp 0.17 fc满足要求6. 混凝土主应力验算主拉应力b = cx+Lcy -主拉应力 b -2-y -j(ccy)2+T 2b=b + Wcx cl I0b =0T =K T - Vph Sf hl代入数得（单位：MPa）acxacy跨中截 而11.510支座截 而8.710Tcatpacp0011.40.83-0.088.8由表可知主压应力a 0.5f =6.75MPa满足要求主拉应力a 0.7 f =2.17MPa满足要求7.挠度检算计算公式：f=* *48 BL800对于不允许开裂的构件B =。P E I P 1
18、C 0EC =3.55 x 104 MPa10=1.49 x 1013 mm 4=0.78Pp =亍=0.888所以人-0.50.95人-0.45=0.961B = P P E I =4.5 x 1017N.mmP 1 C 05 MI254 0 0 002 x (113 4 40. 52 x 106 - 9 . 63 x 1010)32 L，=，= 48 B 484.5 x 10175800挠度满足要求8. 局部承压检算计算公式：KfNc P /其中：p=杵c底板采用 HVM15-12具，腹板采用 HVM15-16具底板HVM15-12BMB板直径 175mm,B板 厚取210mm,波纹管内径
19、 90mm17590,A =（项+210）2 兀-（万）2 兀=271688.86mmA广(450 x 2)2-452兀=2538328.32 mm 2A ，2538328.32。八， d =3.06A， 271688cf =33.5MPa，K =1.5所以满足K尸pf A腹板HVM15-16锚具锚板直径210mm,垫板厚 325mm,波纹管内径100mmA =(210+325)2兀-(90)2 兀=574518.76mm c 22A =(450 x 2)2-452兀=2538328.324 mm 2p =,2538328-32=2.10A 271688f =33.5MPa，K =1.5所以满
20、足K尸p f A9. 抗裂性检算K a a +y f， y =艾 K =2 ，f =3.1MPaf c ctWfct0跨中下缘:不满足要求支座下缘： K b-(b, +y f ) 2 取 21 + h = 1 + 2 ,悬臂板130 + 3.1)=1.361 + h = 1 + 2 ,腹板之间=1.34可知，冲击系数相差很小，取平均值1.35p=(1+U )=52.083x1.35=67.61KN/m2所以，均布活载集度3.84(1)活载内力活载图式如下佃/口6?, 6HN/(n此 61KN/1Q = 4 x 0.6 = 2.4kNA截面内力为：ma = 4 x 0.6x 0.3 = 0.72
21、kN - m上缘受拉QB = 4 x 0. 6 + 67.61 x 0.9 = 63.25kNB截面内力为：MB = 4 x 0.6 x(3.1 - 0.65)+ 67.61 x 0.9 x 0.9 x 1/2=33.26kN m上缘受拉。截面内力为：Q = 0kNM = 67.61 x 1.5 x(1.5 + 0.9)- 67.61 x 1.5 x(1.5/2 + 0.9)- 33.36=42.8kN 力下缘受拉D截面内力为:QD = 67.61 x(1.5 - 0.85)= 44.01kNMD = 67.61 x 1.5 x 0.85 - 67.61 x 0.852 x 1 / 2 - 3
22、3.26 = 28.47kN 山下缘受拉截面内力为:Q = 67.61 x 1.5 = 101.42kNMe = 33.26kN m上缘受拉3. 内力组合控制内力=活载最大值+恒载对于弯矩，上缘受拉为负，下缘受拉为正内力截面恒载活载控制内力剪力。(kN )8.5622.410.96QB51.7463.25115.0QC000Q D26.7944.0170.8QE41.45101.42142.86弯矩M(kN m )MA-2.57-0.72-3.29MB-77.0-33.26-110.26M C-27.2642.815.54MD-48.0328.47-19.56ME-77.0-33.26-110
23、.264配筋及最小配筋率的检算配筋计算公式为1 - h3 J 式中In = 180MPa，s=h - a（a为合力作用点至受拉边缘的距离，取值为40mm） ,(1 -I 3)=0.88(M= 0.20% )min代入数计算得ABCDEh(mm )282632350350632M (kN - m)-3.29-110.2615.54-19.56-110.26h = h a (mm)2425923103105920.88h L Kn / mm) 0 s38332.893772.8491044910493772.8A =_=i mm 2)s 0.88h Lr 0 s85.81175.8316.5398.31175.8B、C 截面弯矩最大，配筋为:直径12mm，间距90mm的钢筋，各截面计算如下ABCDE配筋直径（rnrn） 间距（mm）3I12 7 90)12 901 f12 2 90)1f12 2 90)1290A 设(mm2)538.561256.64628.32628.321256.64J% )0.230.210.20.20.21结论：对比各控制截面钢筋设计面积与计算面积可知，各控制截面设计面积气设均大于计算面积1,且叩四min= 0.20% ,满足要求中南大学土木工程学院桥梁系朱俊模二0一二年九月
