新建鐵路簡支梁橋設計

1、新建鐵路簡支梁橋設計第一節(jié) 概述本橋為單線鐵路橋，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，設雙側帶欄桿的人行道，橋下凈空5m本橋設計采用多跨簡支梁橋方案，計算跨度采用18m本設計重點研究的問題是內力計算和配筋計算。本橋所承受的荷載分恒載和活載兩種。恒載：人行道板重1.75kpa ；人行道欄桿及托架重（集中作用于欄桿中 心）0.76KN/m（順橋）;道碴及線路設備重10kpa；道碴槽板及梁體自重，按 容重25KN/m計算?；钶d：中-活載，按換算均布活載計算；人行道活載，距梁中心2.45m以內10kpa,距梁中心2.45m以外4kpa。本橋采用的建筑材料：梁部混凝土

2、標號不低于 C40,墩柱不低于C30 梁體上主筋、箍筋采用T20MnSi鋼筋，構造鋼筋采用A3筋。第二節(jié)尺寸選定一、上部結構梁體尺寸選定根據鐵路橋涵設計基本規(guī)范（以下簡稱橋規(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3.9m,每片 梁的上翼緣寬度為1.92m。梁的計算跨度采用18m梁全長18.6m，梁縫 0.06m。本橋主梁高度采用2.0m，兩片梁的中心距為1.8m。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4.3m和跨中處，共設置5塊橫隔板，中間橫隔板厚度選用160mm端部 橫隔板厚度米用460mm道碴槽由

3、橋面板和擋碴墻圍成，橋面板為懸臂結構，厚度是變化的， 端部采用橋規(guī)規(guī)定的最小厚度120mm在板與梗相交處設置底坡為1: 3的梗脅，板厚增至245mm擋碴墻設在橋面板的兩側，高 300mm沿梁 長范圍內設5處斷縫，每隔3m設置一個泄水孔。二、下部結構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0.5m,縱寬采用3.0m, 橫寬采用5.0m,托盤高0.8m,形狀和墩身相同為圓端形，頂帽和托盤連接處 設0.2m的飛檐。墩頂縱寬2.6m,橫寬3.6m,兩端半圓的半徑為1.3m，墩身高4n,設為直坡。頂帽內設置兩層鋼筋網，采用10伽的20MnSi筋，間距200 mm,上 下兩層鋼筋網間距 3

4、20 m；頂帽頂面設置 3%的排水坡，設置兩處縱寬 1500 m,橫寬1000 m的支承墊石平臺用于安放支座， 支承墊石內設置兩層 鋼筋網，鋼筋直徑10 m,間距100 m,上下兩層鋼筋網間距200m,支承 墊石頂面高出排水坡的上棱0.2m;在托盤與墩身的連接處沿周邊布置一圈 間距200 m,長780m,直徑10 m的豎向鋼筋，在豎向鋼筋的中部設置兩 層間距400 m的環(huán)形構造筋，用以增強該處截面。第三節(jié)內力計算及配筋設計橋面板計算及配筋設計1、 計算荷載道碴槽板系支承在主梁梁梗上，按固結在梁梗上的懸臂梁計算，作用 在其上的荷載分恒載和活載。恒載有：已知道碴及線路設備重為 10kpa，取順橋方

5、向1m寬時，沿 板跨度其值為g1=10KN/m鋼筋混凝土人行道板重g2=1.75KN/m道碴槽板的自重按容重 25KN/m計算，為簡化計算，可取板的平均 厚度hi按均布荷載考慮。當順橋方向取1m寬時，沿板跨度方向其值為0.12 0.15 0.15 0.240.165mg3=25hi, hi =所以 g3=25X 0.165=4.125KN/m。擋碴墻重可作為一集中荷載計算，該力作用在距擋碴墻外側面0.1m處 G=(25-20) X 0.2 X 0.3 X 1=0.3KN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=0.76KN,作用在欄桿中心?；钶d有：列車活載，設計

6、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道碴均勻分布在道碴槽板上，順橋方向取 1.2m,橫向按比1: 1分布，軌枕長為2.5m，順橋方向取1m時，沿板跨度 方向的豎向均布活載為：qp 12501.2 2.5 2h式中：h'軌枕底至梁頂?shù)母叨?，h=0.3m。列車活載沖擊系數(shù),1 + 卩=1 +630 L41 h 410.521.92m,L 0.915m11.921.3730 0.915250qp 1.3792.1 KN /m1.2 2.52 0.3人行道豎向靜活載，指行人及維修線路時可能堆積在人行道上的線 路設備及道碴重梁。根據橋規(guī)規(guī)定，在距梁中心2.45

7、m以內的一段，按g4 10kpa計算；在距梁中心2.45m以外的一段，按g； 4kpa計算。2、選定截面尺寸及配筋設計根據構造要求道碴槽板在“梁上翼緣板受力組合示意圖”（附后）的I - I截面處厚150 ,n - n截面處厚245 mm,這兩變截面為最薄弱點， 分別對其進行配筋設計計算。I - I截面在第一種荷載組合時的彎矩為：M 1192.1 0.365 03654.125 100.63 063 4 0.561.132 2 21.75 1.061060.630.3 0.5420.76 1.7315.73KN2I - I截面在第二種荷載組合時的彎矩為：1.130.631.060.56M124.

8、125 100.631.75 1.060.634 0.5622 20.510 2M11 M 12，第一種荷載組合控制設計。按長1m的板進行設計，b=1.0m,h=0.15m,20MnSi筋，混凝土標號采用180MPa，C40, n=10，承受的荷載彎矩查表得K O 180 =12.86,查表得：5.35,1.7%,0.437w14設 a=0.027m, h°=h-a=0.15-0.027=0.123mM 11w bh。2114000 15.3520.12339.59KN .mAg =bh°1.7%1 0.123 209110622091mmM i 39.59 M1115.7

9、3KN .m所以該處按受力要求只需設單層鋼筋，按比例關系所需單層鋼筋的最小截面積為：Ag=Ag2091 旦3830.8,因考慮到梁在運輸和吊裝M139.59中的受力，上翼緣板常受到反向彎矩的作用，為增強板的受力性能，采用 雙筋布置，受拉區(qū)鋼筋的間距采用 100mm,用10mm20MnSi筋，供給面積 785 m 2，在受壓區(qū)采用間距140 m的© 8 m筋，供給面積為359 m 2。a 0.027m, a 0.026m.截面復核:皿A- 10785 10 6359 10 60.093bho1 0.1232n Aghp Ag abh。22 10 785 10 6 °123 3

10、59 10 6 °.°260.141 0.1232A2 B Aho0.09320.014 0.0930.123 0.0361 3 'bx nAg x1 2 bx2hg xMnAg x a0.023y 0.123 0.03615.730.0230.11Ag.z785 10 6 0.11182166KPa g 180MPa,g xn h0x1821660.036100.123 0.0367538KPa7.5MPa1821660.036 0.02620939KPa20.9MPah0 x0.123 0.036均滿足要求。n - u截面在第一種荷載組合時的彎矩為:0.650.

11、9150.915M 2192.1 0.654.1250.915100.9152220.30.827 1.75 1.061.060.91540.560.561.415220.762.01533.6KN .m在第一種荷載組合時的彎矩為：M 22104.1250.9150.9150.30.82710 0.5050.915224 0.560.561.4151.751.061.060.9150.762.0152220KN .mM 21 M 22 仍是第一種荷載組合控制設計。n -n截面的布筋和I - I截面是連續(xù)的，現(xiàn)檢算n -n的強度。由上可知：h 0.245m, b 1m,a 0.027m, a0.

12、026m.受拉區(qū)鋼筋間距100 mm,用10 mm 20MnSi筋，供給面積為國為785 mm 2,受壓區(qū)采用鋼筋 間距140 m的© 8筋，供給面積為359 m 2。截面復核如下：h0h a 0.245 0.027 0.218n Ag Agbh°10 785 10359 10 61 0.2180.0522n Ag h0 Ag abh。26 62 10 785 100.218359 100.0261 0.21820.076* o 0.2182o.A B Ah0. 0.0520.0760.052 0.218 0.05mbx3' '2nAg x a136.1 0

13、.0510 359 100.05 0.026312''1261bx叭 x a 2 1 °.°510 359 10°05 °.°260.033h0 x y 0.2180.050.0330.201m180 MPaM33.66212948 KPa 212.9MPaAgZ785 100.201且超過5%不滿足要求。所以該梁上翼緣板為U -U截面控制設計，需重新 設計布筋。已知：b 1m,h 0.245m,20MnSi 筋，C40 混凝土，n 10，承受的荷載彎矩為g180000, c cK12.8，w14000查表得：5.35,0.43

14、7,1.7%a 0.027, h0 h a 0.245 0.027 0.218M 1 丄 w bh°2 14000 1 0.2182 124KN .m，遠大于所承受5.35的荷載，為節(jié)約鋼材，本截面宜采用低筋設計。g bh。2180000 1 0.2182廠r -254.6M33.6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140 m的© 8筋，供給面積為359m 2。

15、截面復核如下：h°h a 0.245 0.0270.218nAg Ag 10 982 10 6 359 10 6 0.062bh°1 0.2182n Ag h° Ag abh。20.0942 10 982 10 6 0.218 359 10 6 0.026 1A2BAh0.0.06220.0940.0620.2180.055m1 .3-bx31 . 2 -bx2h0 xnAg x anAg x a1.13130.05510 359 100.055 0.0260.036AgZ2y 0.218 0.055982n h0 x1 0.05510 359 100.0550.

16、0360.199m0.02633.610 6 0.19917193910171939 KPa 172MPa0.055180MPa5802KPa 5.8MPa0.218 0.055x a9 h0 x0.0550.02617193930590 KPa 30.6MPa0.218 0.055I - I截面和U - U截面布筋連續(xù)，U - U截面控制設計，故I - I截面 不需檢算。上翼緣道碴槽板內邊板受力較外邊板小，無人行道，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。上翼緣道碴槽板內的主筋按以上設計布置， 為確保主筋受力的連續(xù)性， 按橋規(guī)要求設置部分分配鋼筋，為承受橫隔板

17、處沿縱向產生的負彎矩， 在橫隔板上方的板內設置間距100 m的© 8筋，詳見設計圖。四、主梁計算及配筋設計主梁受力計算1、計算荷載：梁的計算跨度為18m 恒載： 線路設備及道碴重 Hx 10KPa 1.95m 19.5KN/m,人行道重Hr1.75KPa 1.05m0.76KN /m 2.6KN /m梁自重: 梁的體積V=0.14 0.2720.30.07 0.10.03 0.030.12 0.1520.630.15 0.24520.285 20.12 0.15 門“0.15 0.3650.450.27 20.2152221.39 1.51718.60.095 23.6 20.735

18、0.161.393 0.625 0.46 1.517 2221.54m3梁自重H,21.54 2529.9KN/m18恒載總計為HzHx Hr Hl19.52.629.952KN /m活載是指計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 時計算，且數(shù)值較小，不控制設計，設計中可不考慮此荷載。2、內力計算跨中L處的彎矩：2Ml M恒 M活21 2 1 2M 1 一ql- 52 18 2106KN.m恒？ 881M 汗11Ko5 1活22其中：1+130 L41 h 41 0.521.92611 1.921.2430 18查表得：換算均布荷載K).5=114.2KN/m影響線面積：-1

19、8 4.5240亦2代入M活丄得21M - 1.24 114.2 40.52868KN .m活2 2Ml M 恒 M 活 2106 28684974KN.m2L處的彎矩計算4MLM L恒LM L活L444ML2ql2 2 522181579.5 KN.m恒一43232111M、十L-1Kl. l-1.24 120.3-3.375 18活上424422ML1579.52265.53845 KN .m4跨中L處的最大剪力計算剪力影響線如圖：Q L恒一2Q活上2Ql2Q L恒_2112查表得:Ko=165.5KN/mKo按上圖計算影響線面積1 0.5 92.252QoQ恒oQ活o11Q恒oql52

20、18468 KN22Q活o1 1Ko11.24 133.2-1 18222Qo46874312112支座處最大剪力計算變截面距支座3.3m處最大剪力計算11.24 165.5 2.25 231KN2Q3.3Q 恒 3.3Q 活 3.3。恒 3.3q 3.3丄 52 18 52 3.3296KN22Q 活 3.311Ko查表得：Ko=141.31影響線面積丄0.817 18 3.3621Q 活 33 - 1.24 141.3 6 5262Q3.3296526822KN根據以上算得各截面的最大彎矩值和剪力值，描點連成彎矩包絡圖 和剪力包絡圖。見下圖：剪力包絡圖彎矩包絡圖主梁配筋設計1、主筋截面選擇

21、及配置已知 g 180MPa, w 14MPa ,n 10本梁上翼緣的平均厚度:hi0.12 30.150.24520.285 20.12 50.63 0.285 2 0.450.157m假設 a 0.075m,則 h0 h a 2 0.075 1.925m取 Z 092h00.92 1.925 1.771m主筋的截面積估計為:Agg.Z2 20.0156m156cm180000 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，單根的為2根，布置如圖所示:鋼筋的形心位置距梁底邊的距離4

22、 204.22 147.2 10 123.86 66.8 12 43.4a96.2mm34h0h a 2 0.096 1.9032、主筋應力復核首先假定中性軸在翼板內，按寬度為bi' 1.92m ,有效高度為ho 1.903m的矩形截面計算x值。AgIbi ho166901.92 1.9031.65%查表2-12得 0.433xh0 0.433 1.903 0.8239m hi所以中性軸在梁梗內，與原假設不符，應重新按T形截面計算x值nAg hi bi bbh°'22nAgh° hi bibh。210 16690 100.157 1.920.270.8290

23、.27 1.903b 2 10 16690 10 6 1.9030.1572 1.92 0.270.27 1.9032=0.691Ixa2 B A h0.0.82920.6910.8291.9030.657m'32bi xbi'3b x hi3bi x2 bi'2b x bi21.92 0.65731.92 0.27 0.65730.15731.92 0.65721.920.27 0.65720.1570.5417mZh0 x y 1.903 0.657 0.5417 1.788mMAZ497416690 10 6 1.788166679 KPa167MPa g最外一層

24、主筋應力驗算a10.0434mg1h x 印h0 x2 0.657 0.04341.903 0.657167174MPag受壓區(qū)混凝土的最大壓應力為:h n h0 x g8.8MPa g均滿足要求。3、剪應力計算 梁端剪應力：Q 1211bZ 0.46 1.7881472 KPa 1.472MPa Zl 12.35MPa0.65716710 1.903 0.657>Zl 20.87MPa需要按計算設置剪力鋼筋。距支座3.3m處的剪應力計算，此處為變截面,腹板厚b 0.46m處3.3端bZ8220.461 .788999 KPa0.999 MPaZl 1 Zl2距支座3.3m,腹板厚b=0

25、.27m處的剪應力計算：Q8223 3中 一 1703 KPa 1.703MPabZ 0.27 1.788Zl 1Zl 2 跨中剪應力計算：Q231中478KPa 0.478MPa <bZ 0.27 1.788Zl2Zl30.43MPa4、箍筋設置及計算根據構造要求，箍筋采用20MnSi的8筋，間距ak 200mm ,肢數(shù)nk 4肢的設置方法，為施工的方便以及增強鋼筋骨架的整體剛度，箍筋間距沿梁全長均是200伽。故而，箍筋所能承受的主拉應力為：nkAki gbak距支座3.3m區(qū)段,梁腹板厚b=0.46m,該區(qū)段箍筋承受的在梁端部分， 剪應力為：5027 1800.393MPa4k k

26、460 200在梁中部,梁腹板厚b=0.27m,該區(qū)段箍筋所能承受的剪應力為：4 50.27 180 k k0.67MPa270 2005、斜筋的計算與設置 根據以上剪應力計算的結果，繪出剪應力分配圖如下： 計算需設置斜筋的梁段長度C,按比例關系求得：1703 670x 5.74.807 m1703478需設置斜筋的梁段長度 C=3.3m+4.807m=8.107m 由斜筋承受的剪應力圖面積W=WWW1999 3931472 3933.32780KN /m2W21 4.807217036702483KN /m需彎起斜筋根數(shù)%為:nc、2Wb2Agl g梁中部需彎起的鋼筋數(shù)量:nc中2W4b中2

27、Ag1 g2 490.9 10 6 1800002 2483 0.275.4 （根），取 6 根。梁端需彎起的鋼筋數(shù)量：10.2 （根），取 12 根。nc端2Wib端、2 2780 0.462Agi g2 490.9 10 6 180000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，見圖（附后）：3.35.7注：腹板厚度變化處的過度段長0.39m,本圖忽略從中間計算。6架立鋼筋和分配鋼筋的設置架立鋼筋用以架立箍筋，本梁在箍筋的上端設4根© 16的架立筋。分配鋼筋的作用是把荷載傳遞給主筋，同時承受溫度變化及混凝土收 縮引起的拉應力，又起到固定主筋的作用

28、。根據構造要求，在箍筋的外側 設置© 8的分配鋼筋，腹板處間距100伽，其余處所設在主筋轉彎處和較大 空檔處。7、材料圖形首先根據以上計算的數(shù)值畫出彎矩包絡圖。計算跨中截面全部縱向主筋容許承受的彎矩：M Ag gZ 16690 10 6 180000 1.788 5372KN.m將M=5372KN.m按主筋根數(shù)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gf Kidr 80Eg8 0.4d在本梁設計中：K10.8K21 0.3 晉0.5叫0.3 遊 0.5 巡 1.385497449741.1167 MPaEg210000MPa1 n1 2n23

29、n3 Ag161 2 0.85 80.7 24490.9 102 0.096 0.70.0935將以上各值代入f得:K1K2r8080.4d0.8 1.385 1.1167210000808 0.4 25.0.09350.1346mm f0.20mm符合要求。9、翼板與梁梗連接處的剪應力檢算 上翼緣板與梁梗連接處的剪應力根據試驗，檢算距支座2m處的剪應力bSahi S0式中： 一T形梁中性軸處的剪應力bZ 諾益 1207KPa0.12 0.150.630.15 0.2130.19翼板平均厚度hi0.63 0.190.146mSaSo0.460.1460.1460.6570.63 0.190.6

30、57 01460.070m30.63 0.19 0.19 0.45啤 0.2238m320.46 0.07準=1207hi S00.213 0.2238815KPa主拉應力:Zl其中:h為檢算截面的彎曲壓應力hix2hn h0 x0.6570.14610 1.903 0.657Zl78007800表示為壓力）受拉區(qū)下翼緣與梁梗連接處的水平剪應力等），梁端處剪應力最大，按下式計算:bAgi式中：一支座處的剪應力。QbZhi 翼板與梁梗連接處的厚度。0.6570.1462Zl 2870KPa167 7.8MPa8152121184KPa （負號Zl 2 870KPa（與其主拉應力值相0.46 1.

31、788hi 0.27m1472 KPaAgi 翼板懸出部分縱向受拉鋼筋的截面積。Agi 1963mm2A 受拉鋼筋總的截面積。A 7854mm2跌 1472 627KPa °-627MPaZl 2經檢算符合要求。五、墩計算及配筋設計本橋橋墩的各部尺寸已按構造要求擬定完畢，墩頂帽、支承墊石內的 鋼筋網也按構造要求設置完畢，見第二節(jié)：尺寸擬定。根據已有的資料， 對擬定的橋墩進行檢算如下：本橋有關資料1、橋跨結構：等跨L=18m道碴橋面鋼筋砼梁，梁全長 18.6m,梁 縫0.06m，軌底到梁底的高度為2.52m，軌底至橋墩支承墊石頂面高度為 2.72m?；⌒沃ё?，支座高0.2m。2、橋上線

32、路情況：平坡、直線、單線鐵路。3、水文地質情況：該橋位于城市郊區(qū)，無水，旱橋。4、橋墩所用材料：墩身、托盤、頂帽均采用C30砼。荷載計算1、恒載由橋跨結構傳來的恒載壓力N121.54 2518.6 0.065.195 10 3.91902KN頂帽及墩身自重頂帽體積：V 3.0 5.0 0.5 7.5m32 21.31 2.61.32 2.63托盤體積V20.8 7.37m2墩身體積 V31.32 1 2.6 4 31.64m3墩底截面以上橋墩自重：N2V1 V2 V3 r砼7.5 7.37 31.64 23 1070KN2、豎向靜活載孔重載、雙孔重載對于各檢算項目的最不利活載圖式有：1孔輕載、

33、1 和雙孔空車活載，分別計算如下: 活載布置如圖:乓5 X 1.5 >92KN/m220KN0.3mRo根據 M。0，可求得支座反力Rio0.33mRi1220 53 0.311.11811.192 -27.50.3888KNR1對橋墩中心力矩為:M R 888 0.33 293KN.mRi31孔重載，活載布置如圖:92KN/m220KNnllU支座反力:R2 220 18.6 3 0.31233KN(1)1孔輕載，R對橋墩中心力矩為:M R 1233 0.33 407KN.m根據色 ,L, L2, G G2。L1L2即：92 18.63 5 220 9218.33

34、 x 7.5從上式求得x 4.157m，此時為最不利情況，利用靜力平衡方程求得支座反力:118.63R318.63 920.3858 KN18218.33 4.1577.515 2203 4.15718.33 4.1577.592R42187.5 4.157949KN橋墩所受壓力：R3 4 R3 R4858 949 1807KNR3,R4對橋墩中心的力矩：Mr34 949 858 0.33 30KN.m雙孔空車活載，活載布置如圖:10KN/mR5 R 5橋墩所受壓力：R空 2Rs 2 10 18.66186.6KNR空對橋墩中心的力矩：Mr空03、制動力(1)1孔輕載與1孔重載時的梁上豎向靜活

35、載相同，故其制動力也相等, 為：R 5 220 9218.6 7.50.1212.1KNR對墩身底部截面的力矩為：Mp 212.14 0.8 0.5 0.2 0.11188KN雙孔重載時的制動力左孔梁為固定支座時傳遞的制動力：Pt192 18.63 0.1 100%171KN右孔梁為活動支座時傳遞的制動力：Pt2 5 220 6.673 920.1 50% 86KN傳到橋墩上的制動力：R Pt1 R2171 86 257KN Ptmax 212.1KN故雙孔重載時采用制動力R Ptmax 212.1KNR對墩底截面的力矩為：M Pt 212.14 0.8 0.5 0.2 0.11188KN.m4、縱向風力根據橋規(guī)規(guī)定，查表計算風荷載強度：w K,K2K3w00.8 1 1 700 560Pa0.56KPa頂帽風力：Pw1 w.A 0.56 5.0 0.5 1.4KNPW1對墩底截面的力矩：M Pw1 1.44 0.8 0.257.1KN .m托盤風力：4.63.6Pw2 0.560.81.84KN2Pw 2對墩底截面