新建鐵路簡(jiǎn)支梁橋設(shè)計(jì)1

1、新建鐵路簡(jiǎn)支梁橋設(shè)計(jì)第一節(jié) 概述本橋?yàn)閱尉€鐵路橋，位于城市的郊區(qū)，橋上線路為平坡、直線。采 用雙片肋式 T 形截面，道碴橋面，設(shè)雙側(cè)帶欄桿的人行道，橋下凈空5m，本橋設(shè)計(jì)采用多跨簡(jiǎn)支梁橋方案，計(jì)算跨度采用18m。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究的問(wèn)題是內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算。本橋所承受的荷載分恒載和活載兩種。恒載：人行道板重；人行道欄桿及托架重（集中作用于欄桿中心）m（順橋）;道碴及線路設(shè)備重10kpa；道碴槽板及梁體自重，按容重25KN/m 計(jì)算?；钶d：中 - 活載，按換算均布活載計(jì)算；人行道活載，距梁中心以內(nèi)10kpa, 距梁中心以外 4kpa。本橋采用的建筑材料：梁部混凝土標(biāo)號(hào)不低于 C40,墩柱不低于C30

2、,梁體上主筋、箍筋采用T20M nSi鋼筋，構(gòu)造鋼筋采用A3筋。第二節(jié) 尺寸選定上部結(jié)構(gòu)梁體尺寸選定根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 （以下簡(jiǎn)稱橋規(guī) ）的規(guī)定，本橋 每孔梁沿縱向分成兩片，每片梁的截面型式為T形，道碴槽寬度為 ，每片 梁的上翼緣寬度為。梁的計(jì)算跨度采用 18m梁全長(zhǎng)，梁縫。本橋主梁高度采用，兩片梁的中心距為。跨中腹板厚 270mm靠近 梁端部分腹板厚增大到460mm下翼緣寬度采用700mm在梁端及距梁端 和跨中處，共設(shè)置5塊橫隔板，中間橫隔板厚度選用160mm端部橫隔板 厚度采用 460mm。道碴槽由橋面板和擋碴墻圍成， 橋面板為懸臂結(jié)構(gòu)， 厚度是變化的， 端部采用橋規(guī)規(guī)定的最小厚度1

3、20mm在板與梗相交處設(shè)置底坡為1： 3的梗脅，板厚增至245mm擋碴墻設(shè)在橋面板的兩側(cè)，高300mm沿 梁長(zhǎng)范圍內(nèi)設(shè)5處斷縫，每隔3m設(shè)置一個(gè)泄水孔。二、 下部結(jié)構(gòu)橋墩尺寸擬定采用圓端形橋墩，托盤式矩形頂帽，頂帽厚度采用，縱寬采用 , 橫寬 采用, 托盤高 , 形狀和墩身相同為圓端形 , 頂帽和托盤連接處設(shè)的飛檐。墩 頂縱寬，橫寬，兩端半圓的半徑為，墩身高 4m，設(shè)為直坡。頂帽內(nèi)設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)，采用10伽的20MnSi筋，間距200伽， 上下兩層鋼筋網(wǎng)間距320伽；頂帽頂面設(shè)置3%的排水坡，設(shè)置兩處縱寬 1500伽，橫寬1000伽的支承墊石平臺(tái)用于安放支座， 支承墊石內(nèi)設(shè)置兩層鋼筋網(wǎng)，鋼筋直

4、徑10 mm,間距100mm,上下兩層鋼筋網(wǎng)間距 200mm, 支承墊石頂面高出排水坡的上棱；在托盤與墩身的連接處沿周邊布置一 圈間距200m，長(zhǎng)780 m，直徑10 m的豎向鋼筋，在豎向鋼筋的中部設(shè) 置兩層間距400 m的環(huán)形構(gòu)造筋，用以增強(qiáng)該處截面。第三節(jié)內(nèi)力計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)橋面板計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)1、計(jì)算荷載道碴槽板系支承在主梁梁梗上，按固結(jié)在梁梗上的懸臂梁計(jì)算，作 用在其上的荷載分恒載和活載。恒載有：已知道碴及線路設(shè)備重為 10kpa，取順橋方向1m寬時(shí),沿板跨度其值為g1=10KN/m鋼筋混凝土人行道板重g2=m道碴槽板的自重按容重25KN/m計(jì)算，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可取板的平均 厚度hi按均布

5、荷載考慮。當(dāng)順橋方向取 1m寬時(shí)，沿板跨度方向其值為0.12 0.150.15 0.240.165 mg3=25h，hi =2所以 g3=25X =m擋碴墻重可作為一集中荷載計(jì)算，該力作用在距擋碴墻外側(cè)面 處G=(25-20) XXX 1 =式中“ 25”為擋碴墻的容重，“20”為道碴的容重。人行道欄桿及托架重G=,作用在欄桿中心。活載有：列車活載，設(shè)計(jì)中采用“中-活載”的特種荷載，假定特 種軸重250KN由軌底邊緣向下通過(guò)道碴均勻分布在道碴槽板上，順橋方 向取，橫向按比1:1分布，軌枕長(zhǎng)為，順橋方向取1m時(shí)，沿板跨度方 向的豎向均布活載為：式中：h軌枕底至梁頂?shù)母叨?，h=。1列車活載沖擊系數(shù)

6、，1+卩=1+630 L41 h 4 1 0.521.92 m, L 0.915m人行道豎向靜活載，指行人及維修線路時(shí)可能堆積在人行道上的 線路設(shè)備及道碴重梁。根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，在距梁中心以內(nèi)的一段，按g4 10kpa計(jì)算；在距梁中心以外的一段,按g4 4kpa計(jì)算。2、選定截面尺寸及配筋設(shè)計(jì)根據(jù)構(gòu)造要求道碴槽板在“梁上翼緣板受力組合示意圖”（附后）的I - I截面處厚150,H - H截面處厚245伽，這兩變截面為最薄弱點(diǎn)， 分別對(duì)其進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)計(jì)算。I - I截面在第一種荷載組合時(shí)的彎矩為:0.3650.630.56Mn 92.10.3654.125 100.634 0.561.132221.

7、75 1.061.060.630.3 0.5420.761.7315.73KN2I - I截面在第二種荷載組合時(shí)的彎矩為:0.631.060.56M124.125 100.631.751.060.634 0.5622210 0.50.50.630.3 0.5420.761.7313.9KN.m21.13M 11 M !2，第一種荷載組合控制設(shè)計(jì)。按長(zhǎng)1m的板進(jìn)行設(shè)計(jì)，b=,h=,20MnSi筋，混凝土標(biāo)號(hào)采用C40,n=10,7承受的荷載彎矩M=查表得 g180MPa，w=14Mpa。K g180 :,查表得：5.35,1.7%,0.437。w14設(shè) a=， ho=h-a=bh01.7%1 0

8、.123209110 62091mm2 所以該處按受力要求只需設(shè)單層鋼筋，按比例關(guān)系所需單層鋼筋的最小截面積為：Ag=AgX 也 2091 1573830.8,因考慮到梁在運(yùn)輸和吊裝中的受M139.59力，上翼緣板常受到反向彎矩的作用，為增強(qiáng)板的受力性能，采用雙筋布置，受拉區(qū)鋼筋的間距采用100伽，用10mm20MnSi筋，供給面積785mm，在受壓區(qū)采用間距140 mm的 8伽筋，供給面積為359 mm。Ia 0.027m, a 0.026m.截面復(fù)核：不超過(guò)5%滿足要求。均滿足要求。n - u截面在第一種荷載組合時(shí)的彎矩為：在第二種荷載組合時(shí)的彎矩為：仍是第一種荷載組合控制設(shè)計(jì)。n-n截面

9、的布筋和I - I截面是連續(xù)的，現(xiàn)檢算n -n的強(qiáng)度。由上可知：h 0.245m, b 1m, a 0.027 m, a 0.026m.受拉區(qū)鋼筋間 距100 m，用10 m 20MnSi筋，供給面積為國(guó)為785m 2，受壓區(qū)采用 鋼筋間距140 m的 8筋，供給面積為359 m截面復(fù)核如下:h。h a 0.245 0.027 0.218nAg Ag 10785 10 6 359 10 60.052bh1 0.2182n Agh Ag abh。22 10785 10 6 0218 359 10 6 .260.0761 0.2182A2 B Ah0.0.05220.076 0.0520.218

10、0.05m1 3bx31 2bx2h xnAg xn Ag x a-.1 0.053 10 359 10 6 0.05 0.02623-2y 0.218 0.050.0331 0.05210 359 10 6 0.05 0.0260.033 0.201mAgZ33.6785 10 6 0.201212948KPa212.9MPag 180MPa且超過(guò)5%不滿足要求。所以該梁上翼緣板為U - U截面控制設(shè)計(jì)，需重新設(shè)計(jì)布筋。已知：b 1m, h 0.245m,20MnSi 筋，C40 混凝土，n 10，承受的g180000K 12.8，w14000查表得：5.35,0.437,121M1w bh

11、14000荷載彎矩為M=1.7%5.351 0.2182124KN.m，遠(yuǎn)大于所承受的荷載M33.6KN.m，為節(jié)約鋼材，本截面宜采用低筋設(shè)計(jì)。查表得： 0.43%,0.253,0.916得：Agbh0 0.43% 1 0.218 0.0009374m2 937.4mm2基于上面I - I截面相同的理由,本板在受壓區(qū)也設(shè)置少量鋼筋，受拉區(qū)采用鋼筋間距80 mm的10 mm的20MnSi筋，供給面積為982 mm 2,在受壓區(qū)采用間距140m的 8筋，供給面積為359 m截面復(fù)核如下:hh a 0.2450.0270.21810982 10 6 359 10 6 0.062bh1 0.2182n

12、 Agh Ag abh。26 62 10 982 100.218 359 100.0261 0.21820.094.A2 B A h020.0620.0940.0620.2180.055m1 3-bxnAg x a3 g1 . 2 bx2nAg x a1 3-.1 0.05531 2 61 0.05510 359 100.0552610 359 100.055 0.0260.0260.036h xy 0.218 0.0550.0360.199m98233.66100.199171939KPa 172MPa180MPa1719390.055n h0x105802 KPa 5.8MPa0.218

13、0.055x ag 7h x171939 0.055 0.02630590 KPa 30.6MPa0.2180.055I -I截面和U -U截面布筋連續(xù)，U -U截面控制設(shè)計(jì)，故I -I截面不需檢算。上翼緣道碴槽板內(nèi)邊板受力較外邊板小，無(wú)人行道，且跨度小，截 面尺寸相同，為便于施工采用和外邊板相同的布筋，故不需檢算。上翼緣道碴槽板內(nèi)的主筋按以上設(shè)計(jì)布置，為確保主筋受力的連續(xù) 性，按橋規(guī)要求設(shè)置部分分配鋼筋，為承受橫隔板處沿縱向產(chǎn)生的 負(fù)彎矩，在橫隔板上方的板內(nèi)設(shè)置間距 100伽的 8筋，詳見(jiàn)設(shè)計(jì)圖四、 主梁計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)主梁受力計(jì)算1、計(jì)算荷載：梁的計(jì)算跨度為 18m。恒載： 線路設(shè)備及道碴重

14、 H x 10KPa 1.95m 19.5KN / m, 人行道重 H R 1.75KPa 1.05m 0.76KN / m 2.6KN /m 梁自重：梁的體積V=0.14 0.2720.3 0.07 0.10.03 0.030.12 0.1520.630.15 0.24520.285 20.12 0.1520.45 0.27 20.15 0.36520.215 21.517 21 39 1 51718.60.095 2 3.6 2 0.735 0.16 1.39 3 0.625 0.46221.54m3梁自重Hl21.54 251829.9KN /m恒載總計(jì)為 HZ HX Hr Hl 19.

15、5 2.6 29.952KN /m活載是指計(jì)入沖積力的列車活載，人行道的豎向靜活載因不與列車活載 同時(shí)計(jì)算，且數(shù)值較小，不控制設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中可不考慮此荷載。2、內(nèi)力計(jì)算跨中-處的彎矩：2其中：1+1630 L查表得:換算均布荷載=m影響線面積:-處的彎矩計(jì)算4跨中寸處的最大剪力計(jì)算剪力影響線如圖：跨中剪力影響線變截面距支座處支座處剪力影響線查表得：Ko=m按上圖計(jì)算影響線面積-0.5 9 2.252支座處最大剪力計(jì)算變截面距支座處最大剪力計(jì)算查表得:Ko=影響線面積11 0.81718 3.362根據(jù)以上算得各截面的最大彎矩值和剪力值，描點(diǎn)連成彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖。見(jiàn)下圖：18m231剪力包絡(luò)

16、圖822 1211231彎矩包絡(luò)圖38454974主梁配筋設(shè)計(jì)1主筋截面選擇及配置已知 g 180MPa, w 14MPa ,n 10本梁上翼緣的平均厚度:0135.0.63 15 2450.285 20J2 5.0.45hi0.157m2 2 20.63 0.285 2 0.45假設(shè) a 0.075m,則 h0 h a 2 0.0751.925m取 Z092h00.92 1.925 1.771m主筋的截面積估計(jì)為:4974 0.0156m2 156cm2.Z 180000 1.771采用34根25伽的20MnSi筋，供給面積Ag 16690mm2，布置為三層，三根一束的為8束，兩根一束的9束

17、，單根的為2根，布置如圖所示：CO OO57O OO OO OO CO O-57cB (& o8 c8 68 8o700鋼筋的形心位置距梁底邊的距離2、主筋應(yīng)力復(fù)核bi 1.92m，有效高度為首先假定中性軸在翼板內(nèi)，按寬度為h01.903m的矩形截面計(jì)算x值。查表2-12得 0.433所以中性軸在梁梗內(nèi),與原假設(shè)不符，應(yīng)重新按T形截面計(jì)算nAg hi b bbho22n Agho h bi bho210 16690 10 60.157 1.92 0.270.829 0.27 1.903b 2 10 16690 10 6 1.903 0.1572 1.92 20.27 1.9030.27最外一層

18、主筋應(yīng)力驗(yàn)算受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力為: 均滿足要求。3、剪應(yīng)力計(jì)算梁端剪應(yīng)力：需要按計(jì)算設(shè)置剪力鋼筋。Zl 20.87MPa距支座處的剪應(yīng)力計(jì)算，此處為變截面，腹板厚b 0.46m處3.3端反8220.46_1 .788999 KPa0.999 MPa zi 1zi 2距支座,腹板厚匕=處的剪應(yīng)力計(jì)算：Zl 2跨中剪應(yīng)力計(jì)算：Q231中478KPa 0.478MPa zi 30.43MPa4、箍筋設(shè)置及計(jì)算根據(jù)構(gòu)造要求，箍筋采用20MnSi的8筋，間距ak 200mm ,肢數(shù) nk 4肢的設(shè)置方法，為施工的方便以及增強(qiáng)鋼筋骨架的整體剛度，箍 筋間距沿梁全長(zhǎng)均是200伽。故而，箍筋所能承受的主

19、拉應(yīng)力為:在梁端部分，距支座區(qū)段，梁腹板厚b=,該區(qū)段箍筋承受的剪應(yīng)力為在梁中部，梁腹板厚b=,該區(qū)段箍筋所能承受的剪應(yīng)力為5、斜筋的計(jì)算與設(shè)置根據(jù)以上剪應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果，繪出剪應(yīng)力分配圖如下:計(jì)算需設(shè)置斜筋的梁段長(zhǎng)度C,按比例關(guān)系求得：需設(shè)置斜筋的梁段長(zhǎng)度C=+=由斜筋承受的剪應(yīng)力圖面積w=ww需彎起斜筋根數(shù)nc為：nc,2Wb2Agl g梁中部需彎起的鋼筋數(shù)量:根。nc中2W2b中2Agi g72 2483 0.272 490.9 106 1800005.4（根），取6梁端需彎起的鋼筋數(shù)量:、2Wb 端2Agig12 2780 0.462 490.9 10 6 18000010.2 （根）,

20、取 12根。共彎起18根主筋作為斜筋，分9批彎起，每批彎起2根，彎起位置由圖解法確定，見(jiàn)圖（附后）：3845497417031472670393478注:腹板厚度變化處的過(guò)度段長(zhǎng)，本圖忽略從中間計(jì)算6、架立鋼筋和分配鋼筋的設(shè)置架立鋼筋用以架立箍筋，本梁在箍筋的上端設(shè) 4根 16的架立筋。分配鋼筋的作用是把荷載傳遞給主筋，同時(shí)承受溫度變化及混凝土 收縮引起的拉應(yīng)力，又起到固定主筋的作用。根據(jù)構(gòu)造要求，在箍筋的 外側(cè)設(shè)置 8的分配鋼筋，腹板處間距100伽，其余處所設(shè)在主筋轉(zhuǎn)彎處 和較大空檔處。7、材料圖形首先根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)值畫(huà)出彎矩包絡(luò)圖。計(jì)算跨中截面全部縱向主筋容許承受的彎矩：將M=按主筋根數(shù)

21、分成34等分，再按圖解法確定的斜筋位置，繪出材料圖形。（附后）8、裂縫寬度的檢算在本梁設(shè)計(jì)中：將以上各值代入 f 得：符合要求。9、翼板與梁梗連接處的剪應(yīng)力檢算上翼緣板與梁梗連接處的剪應(yīng)力根據(jù)試驗(yàn)，檢算距支座2m處的剪應(yīng)力式中：一T形梁中性軸處的剪應(yīng)力翼板平均厚度h0.12 0.1520.630.15 0.21320.19翌=1207hi So主拉應(yīng)力:0.63 0.190.46 0.070.213 0.2238815KPa其中：h為檢算截面的彎曲壓應(yīng)力Zl0.146mZl 2 870KPa78002 .780028152 84KPa（負(fù)號(hào)Zl 2870KPa受拉區(qū)下翼緣與梁梗連接處的水平剪應(yīng)

22、力(與其主拉應(yīng)力值相，梁端處剪應(yīng)力最大，按下式計(jì)算:式中：一支座處的剪應(yīng)力。QbZ0.46 1.7881472KPahi翼板與梁梗連接處的厚度hi 0.27m1211Agi 翼板懸出部分縱向受拉鋼筋的截面積。 Agi 1963mm2Ag 受拉鋼筋總的截面積。 Ag 7854mm2經(jīng)檢算符合要求。五、 墩計(jì)算及配筋設(shè)計(jì)本橋橋墩的各部尺寸已按構(gòu)造要求擬定完畢，墩頂帽、支承墊石內(nèi) 的鋼筋網(wǎng)也按構(gòu)造要求設(shè)置完畢，見(jiàn)第二節(jié)：尺寸擬定。根據(jù)已有的資 料，對(duì)擬定的橋墩進(jìn)行檢算如下：本橋有關(guān)資料1、橋跨結(jié)構(gòu)：等跨 L=18m 道碴橋面鋼筋砼梁，梁全長(zhǎng)，梁縫0.06m ，軌底到梁底的高度為 2.52m ，軌底至

23、橋墩支承墊石頂面高度為2.72m ?；⌒沃ё?，支座高 0.2m。2、橋上線路情況：平坡、直線、單線鐵路。3、水文地質(zhì)情況：該橋位于城市郊區(qū)，無(wú)水，旱橋。4、橋墩所用材料：墩身、托盤、頂帽均采用 C30砼。荷載計(jì)算1恒載由橋跨結(jié)構(gòu)傳來(lái)的恒載壓力頂帽及墩身自重頂帽體積：Vi 3.0 5.0 0.57.5m托盤體積V22 21.31 2.61.32 2.620.87.37m3墩身體積 V31.32 1 2.6 4 31.64m3墩底截面以上橋墩自重:2、豎向靜活載對(duì)于各檢算項(xiàng)目的最不利活載圖式有：1孔輕載、1孔重載、雙孔重 載和雙孔空車活載，分別計(jì)算如下:1孔輕載，活載布置如圖:X 92KN/m22

24、0KN !|口00.根據(jù) M 00，可求得支座反力R。R1對(duì)橋墩中心力矩為：(2)1孔重載，活載布置如圖：92KN/m220KNR0R2 R支座反力：F2對(duì)橋墩中心力矩為：雙孔重載，活載布置如圖：zf GiZG2/IIi；根據(jù)Gl 魚(yú),Li L2, Gi G2。L1 L2即：92 18.635 2209218.33 x 7.5從上式求得x 4.157m，此時(shí)為最不利情況，利用靜力平衡方程求得支座反力：橋墩所受壓力：r3, r4對(duì)橋墩中心的力矩：雙孔空車活載，活載布置如圖:10KN/mR oR5R5橋墩所受壓力：R空對(duì)橋墩中心的力矩：Mr空03、制動(dòng)力1 孔輕載與 1 孔重載時(shí)的梁上豎向靜活載相同，故其制動(dòng)力也相 等，為：Pt 對(duì)墩身底部截面的力矩為：雙孔重載時(shí)的制動(dòng)力左孔梁為固定支座時(shí)傳遞的制動(dòng)力：右孔梁為活動(dòng)支座時(shí)傳遞的制動(dòng)力： 傳到橋墩上的制動(dòng)力： 故雙孔重載時(shí)采用制動(dòng)力 Pt Pt max 212.1KN Pt 對(duì)墩底截面的力矩為：4、縱向風(fēng)力 根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，查表計(jì)算風(fēng)荷載強(qiáng)度： 頂帽風(fēng)力：Pw1 對(duì)墩底截面的力矩： 托盤風(fēng)力：Pw2對(duì)墩底截面的力矩:墩身風(fēng)力：Pw3對(duì)墩底截面的力矩