混凝土橋課程設(shè)計任務(wù)書

1、混凝土橋課程設(shè)計任務(wù)書1. 設(shè)計題目：客運專線39m預(yù)應(yīng)力混凝土雙線簡支箱梁設(shè)計2. 設(shè)計資料（1） 橋面布置如圖1所示，橋面寬度：12.6m；（2） 設(shè)計荷載：zk活載；（3） 橋面二恒：162kn/m；（4） 主梁跨徑：主梁全長39m；（5） 結(jié)構(gòu)尺寸圖，根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋的構(gòu)造要求設(shè)計，可參照圖1。圖1 橋面布置圖3. 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）鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定（鐵建設(shè)函（2005）157號）；（4）新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計暫行規(guī)定（鐵

2、建設(shè)函（2003）205號）； （5）高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）(tb 10621-2009)；4. 設(shè)計內(nèi)容（1）進行上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造布置并初步擬定各部分尺寸。（2）主梁的設(shè)計： 主梁內(nèi)力計算 主梁預(yù)應(yīng)力鋼筋配置及驗算 行車道板內(nèi)力計算及設(shè)計 繪制主梁設(shè)計圖（包括主梁構(gòu)造圖和配筋圖）5. 設(shè)計成果要求：設(shè)計計算書：設(shè)計計算說明書用word文檔或手寫。整個說明書應(yīng)滿足計算過程完整、計算步驟清楚、文字簡明、符號規(guī)范的要求。封面、任務(wù)書和計算說明書用a4紙張打印，按封面、任務(wù)書、計算說明書的順序一起裝訂成冊，交指導(dǎo)老師評閱。圖紙：要求圖面整潔美觀，比例適當(dāng)，圖中字體采用仿宋體，嚴(yán)格按制圖標(biāo)準(zhǔn)作圖。圖幅

3、為a3圖。計算說明書一結(jié)構(gòu)體系說明及結(jié)構(gòu)尺寸的擬定1.1結(jié)構(gòu)體系本橋為雙線簡支箱梁橋，橋梁全長39m，支點間距37.5m，橋面寬12.6m（線間距為5.0m），采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁。由于設(shè)計受到zk活載強度、工后徐變等多方面制約，梁高經(jīng)過反復(fù)比選，最后確定為3.142m等高度梁。截面布置詳見橋梁結(jié)構(gòu)圖。1.2建筑材料標(biāo)準(zhǔn)（1）混凝土梁體混凝土強度等級采用混凝土；（2）預(yù)應(yīng)力筋縱向預(yù)應(yīng)力筋采用抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值為、彈性模量為、公稱直徑為高強度、低松馳鋼絞線，規(guī)格為12-75和15-75，鋼束張拉控制應(yīng)力為1283.4mpa，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；

4、（3）普通鋼筋普通鋼筋: 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）。 1.3結(jié)構(gòu)尺寸的擬定（1）梁高：通過與標(biāo)準(zhǔn)梁比對，確定本梁為等高度梁（高跨比滿足）（2）腹板：腹板采用變厚度板，在距梁端12.5m處開始變厚度，梁端處完成?？缰懈拱搴穸?，梁端腹板厚度。（3）頂板：無預(yù)應(yīng)力的普通鋼筋混凝土板，最薄處厚度預(yù)估。（4）底板：根據(jù)構(gòu)造要求，底板也采用變厚度設(shè)計，距梁端處開始變厚度，梁端處完成?？缰械装搴穸?00mm，梁端底板厚度。具體尺寸參見附圖 二主梁內(nèi)力計算及組合2.1計算模型2.2計算荷載及內(nèi)力 1、自重及

5、二期恒載：結(jié)構(gòu)自重按26kn/m3計算，借助cad，求得各截面的面積： 跨中i-i截面：w1=9.41581 m2 ii-ii截面：w2=10.9475 m2 iii-iii截面w3=13.2282m2 iv-iv截面：w4=14.6798m2 v-v 截面：w5=15.3409m2 iv-iv和 v-v截面的面積差不多，且 iv-iv截面段較小，為方便和安全起見，并為一個界面，以v-v計。 各段的自重集度為:二期恒載為g5=162kn/m。 恒載作用下各截面的內(nèi)力支座處：彎矩：0剪力：1/8截面（4.875m）：彎矩：剪力：變截面（7m）：彎矩：剪力：1/4截面(9.75m)：彎矩：剪力：3

6、/8截面(14.625m)：彎矩：剪力：1/2截面：彎矩：剪力：q=02、zk車輛荷載及動力作用雙線按規(guī)范京滬高速鐵路設(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： 計算彎矩時：對于本橋： ，計算時為偏安全都取1.098計算。因該線路為雙線，故查得的換算活載均應(yīng)乘以2。 支點處：彎矩的影響線為0，剪力的影響線為： 加載長度為39m，a=0，查表得最不利加載影響線的換算均布活載為 85.48x2=170.96n/m; 最不利加載的面積為w=19.5； 1/8處：彎矩的影響線為： 加載長度為39m，a=0.125，查表得換算均布活載為82.90x2=165.8kn/m最不利加載面積為w=

7、83.27； 剪力影響線為 ： 加載長度為34.125m，a=0，換算均布活載為88.38x2=176.76 kn/m； 加載面積為w=14.93；1/4處：彎矩影響線為： 加載長度為39m，a=0.25，換算均布活載為82.55x2=165.1kn/m; 加載面積為142.55； 剪力影響線為： 加載長度為29.25m,a=0，查表得換算均布活載為92.63x2=185.26kn/m; 加載面積為10.973/8處：彎矩影響線為： 加載長度為39m，a=,0.375，查表得換算活載為82.63x2=165.26kn/m; 加載面積為178.23； 剪力影響線為： 加載長度為24.375m，a

8、=0,查表換算均布活載為：97.206x2=194.412kn/m;加載面積為7.617；1/2處：彎矩影響線為： 加載長度為39m，a=0.5換算均布活載為：82.52x2=165.04kn/m; 加載面積為190.125； 剪力影響線為： 加載長度為19.5m，a=0，查表得換算均布活載為：104.54x2=209.08kn/m;加載面積為4.875；變截面： 彎矩影響線 加載長度為39m，a=0.179，換算均布活載為：82.75x2=165.5kn/m； 加載面積為111.93 剪力影響線為： 加載長度為32m，a=0，換算均布活載為：89.81x2=179.62kn/m,加載面積為1

9、3.12?；钶d作用下各截面的內(nèi)力=換算均布活載加載面積沖擊系數(shù)；活載作用下各截面的內(nèi)力結(jié)果（考慮了沖擊系數(shù)）見表1： 表1、活載作用下的截面內(nèi)力 內(nèi)力截面 彎矩(kn.m)剪力（kn）支座處03660.4251/8處15159.172897.651變截面（7m）20339.812587.5631/4處25841.442231.4683/8處32340.811625.9581/2處34453.301119.1534、混凝土收縮徐變：按規(guī)范（jtgd62-2004）附錄f取用；三支承反力結(jié)果 表2、支承反力結(jié)果支座自重+二恒zk活載主力（zk活載）18615.0193660.42512275.44

10、428615.0193660.42512275.444 上表已經(jīng)計入了zk活載的沖擊系數(shù)1.098。四內(nèi)力組合結(jié)果 表3、主力（zk活載）梁內(nèi)各截面的內(nèi)力 內(nèi)力截面 彎矩(kn.m)剪力（kn）支座處024550.8881/8處88334.5617863.751/4處17144.32812395.7763/8處212147.547218.3561/2處227040.9662238.306 主力組合安全系數(shù)取2.0，已計入活載沖擊系數(shù)1.098。五預(yù)應(yīng)力的估算及布置1、假定只有受拉區(qū)配有預(yù)應(yīng)力鋼筋 預(yù)應(yīng)力：0.751860= 1395mpa；張拉控制應(yīng)力為1283.4mpa。假定只有受拉區(qū)配有預(yù)

11、應(yīng)力鋼筋，可計算出頂板的橫截面積： 板頂平均厚梁截面可換算成如下形截面（單位：）等效t型截面圖在跨中截面對壓應(yīng)力作用點取矩： 查表取 假定3000mm 預(yù)應(yīng)力筋使用公稱直徑為15.2mm（a=139mm2）的鋼筋組成的鋼絲束腹板處為12束的 ，底板為10束的和4束的所以:實際139(1615+1012）=50040448395.3 滿足要求。確定預(yù)應(yīng)力鋼筋容許偏心的上限和下限: 根據(jù)預(yù)應(yīng)力梁預(yù)加應(yīng)力階段及梁自重作用時上翼緣混凝土的容許拉應(yīng)力： （1）在使用荷載作用下，截面下緣混凝土不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力： （2） 式中 預(yù)加應(yīng)力階段和使用階段的有效預(yù)壓力； 分別為梁自重、二期恒載和活載產(chǎn)生的彎矩；

12、構(gòu)件截面對上邊緣和下邊緣的截面抵抗矩； 預(yù)加應(yīng)力階段和使用階段的容許偏心值；截面的上核心距和下核心距。其中查規(guī)范得：=3.08mpa ；=/0.8；張拉力：由cad計算截面特性可知：主軸距離上、下邊緣的距離分別為：1.098m，2.044m慣性矩 則由式1，代入數(shù)據(jù)得：由式2，代入數(shù)據(jù)得：此時 滿足要求 預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置 根據(jù)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）6.5.2規(guī)定當(dāng)管道的直徑大于55時，其管道凈距不應(yīng)小于管道外徑。6.5.3規(guī)定管道表面與結(jié)構(gòu)表面之間的保護層厚度與頂面和底面都不應(yīng)小于1倍的管道直徑，并不小于50，在結(jié)構(gòu)底面不應(yīng)小于60。在縱向

13、，采用ovm15-15時成孔直徑為90mm。計算公式：， ， ， 腹板預(yù)應(yīng)力筋彎起角度a取7，底板取5，在立面內(nèi)：f6、f5預(yù)應(yīng)力筋a=4；f4、f3、f2、f1的a=3， b1為3；b2的a=6；b2為4。在平面內(nèi)：f6，f4預(yù)應(yīng)力筋平彎角度取3; f2取4;f1取1；f5取0.85；f3取0.3。根據(jù)構(gòu)造要求及具體條件預(yù)應(yīng)力筋配筋如下圖（單位mm）六主梁界面強度驗算 6.1 跨中強度驗算由于不容許上下翼緣出現(xiàn)拉應(yīng)力。由鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計規(guī)范中6.2.3條翼緣處于受壓區(qū)，可得：假定受壓區(qū)高度為，查表知 ； ；上翼緣的平均厚度是；上翼緣的有效寬度是預(yù)應(yīng)力筋到截面底面的距離：，

14、判斷截面類型：由可知，該截面屬于第一截面類型，按矩形截面計算強度符合要求。6.2斜截面抗彎強度檢算斜截面最不利的位置在預(yù)應(yīng)力筋還未彎起的范圍內(nèi)由 ， ， 滿足要求。6.3斜截面抗剪強度檢算由前面的預(yù)應(yīng)力筋的構(gòu)造可知，所有的預(yù)應(yīng)力筋都有彎起。 由 不滿足 ，所以需要適量的布置斜筋與箍筋。6.4鋼束的預(yù)應(yīng)力損失計算 6.4.1摩阻損失： 鋼筋與管道壁之間的摩擦系數(shù)，??；從張拉端至計算截面的長度上，鋼筋彎起角之和()；考慮每米管道對其設(shè)計位置的偏差系數(shù)；從張拉端至計算截面的管道長度()； 跨中：鋼束f6，f5: 鋼束f4，f3： 鋼束f2，f1： 鋼束b2： 鋼束b2: b1：安全考慮，各鋼束的損失

15、取結(jié)果中的最大值：90.855mpa。根據(jù)上述可得到支座處及變截面處的摩阻損失：1/4截面的預(yù)應(yīng)力損失鋼束 x/m kx/m radf6,f540.0698137.8820.016755120.01970545.95015378f4,f340.0698137.8790.0136755120.019697542.12410979f2,f130.05247.8770.0125760.019692540.75234825b240.0698137.8840.016755120.0197145.95634101b260.1047197.844.0.025132560.0196156.15693102b1

16、30.05247.870.0125760.01967540.73060173最大值56.1563支座截面的預(yù)應(yīng)力損失鋼束 x/m kx/m radf6,f540.06981300.01675512021.3243759f4,f340.06981300.013675512017.43168681f2,f130.052400.012576016.03897394b240.06981300.01675512021.3243759b260.10471900.02513256031.85317495b130.052400.012576016.03897394最大值31.8536.4.2 錨頭變形、鋼筋回

17、縮和接縫壓縮引起的應(yīng)力損失： 計算錨具變形、鋼絲回縮引起的應(yīng)力損失，后張法曲線布筋的構(gòu)件應(yīng)考慮錨固后反摩阻的影響，對于對稱張拉的簡支梁，考慮反向摩擦?xí)r，可近似將跨中回縮值取端部的1/2計算。（1）計算反摩阻影響長度當(dāng)時：當(dāng)時：錨下預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力；等同于上圖的；等同于上圖的（)。此處摩擦系數(shù)對于預(yù)制梁一般采用抽拔橡膠管,由規(guī)范知，可偏安全取。由此可得， 反摩阻的影響長度及發(fā)生損失后的錨下預(yù)應(yīng)力: 反摩阻的影響長度及發(fā)生損失后的錨下預(yù)應(yīng)力鋼束l/mmk r/mx1/mx2/mep/105 mpalm/m f6，f560.00250.55818.20718.7731.95114.5199731153

18、.189014f4，f360.00250.55151616.981.95153.34796651144.542989f2，f160.00250.551513.53814.4421.95153.12582451135.1632b260.00250.55155.9927.091.95152.67465921091.187772b260.00250.55103.6794.8041.95125.96655051035.591161b160.00250.5581.7342.1461.95113.12763591095.077737在計算中，lml/2,表明應(yīng)力不動點不存在。（2）計算截面的預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力

19、: 當(dāng)時： 當(dāng)時： 傳力錨固時，距錨下x處的預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力；應(yīng)力計算點到錨固點的距離。 計算截面預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力及截面鋼束x/m 跨中f6，f519.39115334213218.0578685f4，f319.391144.54298901252.87264430.527356f2，f119.391135.163201239.91644743.483553b219.39109107027178.329729b219.391035.59116101177.214351106.185649b119.391095.07773701193.6428

20、5789.757143平均值60.31574807支座f6，f501153189014130.210986f4，f301144.54298901144.542989138.857011f2，f101135.163201135.1632148.2368b201091187772192.212228b201035.59116101035.591161247.808839b101095.07773701095.077737188.322263平均值171.75291171/4截面f6，f54.311153434649116

21、.382351f4，f34.311144.54298901164.788624125.028376f2，f14.311135.163201155.408835134.408165b24.311091433407178.383593b24.311035.59116101055.836796233.980204b14.311095.07773701115.323372174.493628平均值160.4460536.4.3預(yù)應(yīng)力鋼筋分批張拉時混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失取按應(yīng)力計算需要控制的截面進行計算。對于簡支梁可取截面進行計算。并以其計

22、算結(jié)果作為全梁各截面預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力損失的平均值，也可直接按簡化公式進行計算，即 式中 ：預(yù)應(yīng)力鋼筋的束數(shù)，；全部預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值，按張拉時混凝土的實際強度等級計算；假定為設(shè)計強度的90%，查表得： 全部預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力在其作用點（全部預(yù)應(yīng)力鋼筋重心點）處所產(chǎn)生的混凝土正應(yīng)力，截面特性按凈截面計算，截面的選取跨中截面的幾何特性，偏安全 ，故： 6.4.4預(yù)應(yīng)力松弛損失 計算公式： 。6.4.5 混凝土收縮、徐變引起的損失混凝土收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失的計算公式為：由于不考慮非預(yù)應(yīng)力筋的作用效應(yīng)，所以，所以通過cad，支座截面的理論厚度： 跨中截面的理論厚度：支座截面：跨中

23、截面： 通過以上計算可以得到支座截面和跨中截面的相關(guān)數(shù)據(jù)故可繼續(xù)計算：則支座截面：查表6.3.4-3知：，跨中截面：查表6.3.4-3知：， 6.5預(yù)加力階段和使用階段預(yù)應(yīng)力損失通過以上的計算可以的到各項預(yù)應(yīng)力損失值，故可以計算得出下表：預(yù)應(yīng)力損失組合表工作階段預(yù)加力階段使用階段鋼束的有效預(yù)應(yīng)力預(yù)加力階段使用階段預(yù)應(yīng)力損失項目跨中56.1660.31540.263156.7444.17121.84166.011126.26915.99支座31.85171.7540.263243.8644.1747.84292.011039.14989.99七應(yīng)力檢算7.1正應(yīng)力檢算應(yīng)力檢算根據(jù)梁所受荷載的不同

24、分為預(yù)加應(yīng)力階段和運營階段兩部分,其中預(yù)加應(yīng)力階段只有一期恒載的作用,運營階段不僅有一期恒載還有二期恒載以及活載的作用。根據(jù)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)范可以采用以下公式進行計算： 預(yù)加應(yīng)力階段：其中 使用階段： 其中 將各階段相應(yīng)的荷載帶入相應(yīng)公式即可求得預(yù)加應(yīng)力階段和運營階段的正應(yīng)力，整理以后可得下表：正應(yīng)力檢算表階段預(yù)加力階段使用階段截面跨中支座跨中支座位置上緣下緣上緣下緣上緣下緣上緣下緣68800.342068800.342o 0038248o 0035942.28o9.076514.07869.076514.07869.41215.33259.41215.332511.

25、65517.0104811.65517.0104812.60817.7787812.60817.77878 030362251.93959243.45752747.1253950.6989504.8195283.7599504.8195283.7591.603610.739831.603610.739831.17672.02331.335581.8644-1.37861.82140.8612.3392.5873148156.8030632060.7811854099.181919933-10.918785820.6764464060.27735321810.0475217 22.61322.6

26、1322.61322.61318.42518.42518.42518.425 注：本計算書中以壓應(yīng)力為正，拉應(yīng)力為負(fù)，代入公式計算時均只代入絕對值；使用階段：當(dāng)時主力加附加力組合作用時規(guī)定即，對不容許開裂的構(gòu)件。預(yù)加力階段：規(guī)定即，即。通過檢驗，以上均滿足要求。7.2剪應(yīng)力檢算由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)范可得計算公式：; -是截面處的預(yù)應(yīng)力筋切線與水平線間的夾角。計算截面選取跨中截面和支座截面,則通過計算可得和計算表如下：和計算表截面支座截面跨中截面計算點換算截面中性軸換算截面中性軸11222.4441119.1537.7647 5.5346 2140 1100 17.778

27、7812.6082.5941 0.3858 4136.2201 0 17.0104811.6557.6725 5.21411.81.80.876003.79340.6822注：由規(guī)定6.3.15知，即以上都滿足要求。7.3梁斜截面主應(yīng)力檢算選取變截面為計算截面，變截面的幾何特性按跨中截面幾何特性計算偏安全。計算點選取上梗點，換算截面中性軸，和下梗點三個地方。（1）壓應(yīng)力計算由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6.3.7可知：梁斜截面的混凝土主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力，應(yīng)按如下公式計算： 主應(yīng)力的計算公式為：主拉應(yīng)力： 主壓應(yīng)力:。 法向應(yīng)力： 式中：計算纖維處混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力； 由于本梁

28、并未配豎向預(yù)應(yīng)力筋，所以 豎向壓應(yīng)力：； 計算點上梗點下梗點中性軸4.84.84.89076517.289076517.289076517.281603.611603.611603.61486.71723.337.55211.65511.65511.6552.37819556919.114047875.7794962881.81.81.861576.6261576.6261576.6212.60812.60812.608524.31685.705.43944137917.4885873207.8176369481.6254605485.779496288 計算表（2）剪應(yīng)力計算由規(guī)范可知： 彎

29、起預(yù)應(yīng)力筋預(yù)加力產(chǎn)生的剪力： -是截面處的預(yù)應(yīng)力筋切線與水平線間的夾角。和計算表計算點上梗點下梗點中性軸6997.7156997.7156997.7155.45744.54135.534611001100110012.60812.60812.6083.2702130022.7212625623.3164732072382.3272382.3272382.32711.65511.65511.6555.15824.67915.21411.81.81.80.9585054510.8694782780.9688928834.9278779534.0287943335.000758889通過上述計算可以

30、得到主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力的計算值，列為下表：主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力計算表計算點上梗點下梗點中性軸7.8176369481.6254605485.7794962880004.9278779534.0287943335.000758889-2.08108160-1.9722280-0.885910592.3810816033.2972228012.885910589注：1.上述數(shù)值是以壓應(yīng)力為正，負(fù)值說明是拉應(yīng)力；2. 主拉應(yīng)力規(guī)定：對不容許開裂的構(gòu)件，即，以上均滿足；3. 主壓應(yīng)力規(guī)定:當(dāng)時主力加附加力組合作用時規(guī)定即,以上均滿足；4. 由(tb10002.3-2005）的6.3.9的規(guī)定值斜截面的抗

31、裂性滿足要求。7.4撓度檢算 計算公式：7.5局部承壓檢算計算公式：其中：； ；為預(yù)加應(yīng)力時的預(yù)壓力；為局部承壓的抗裂安全系數(shù)，取1.5； 為混凝土局部承壓時的強度提高系數(shù)，其值為并應(yīng)符合本規(guī)范第5.2.1條中關(guān)于值的規(guī)定；為局部承壓面積（考慮在墊板中沿450斜線傳力所擴大的錨下墊圈的面積）計算時扣除管道的面積； 為影響混凝土局部承壓計算面積，計算式扣除管道面積。本設(shè)計中，底板采用hvm15-12錨具，腹板采用hvm15-15錨具。（1）底板hvm15-12錨具錨板直徑175mm，墊板厚取210mm，波紋管內(nèi)徑90mm，所以滿足（2）腹板hvm15-15錨具錨板直徑210mm，墊板厚325mm，波紋管內(nèi)徑100mm， 所以滿足7.6混凝土正截面抗裂驗算 查表得 ，經(jīng)計算得： 滿足要求八行車道板計算及設(shè)計橋面布置如圖4：圖4 橋面布置圖 1、恒載 道砟重：