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(nèi)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(nèi)10kpa,距梁中心2.45m以外4kpa。本橋采用的建筑材料：梁部混凝

2、土標號不低于 C40,墩柱不低于C3Q 梁體上主筋、箍筋采用T20MnSi鋼筋，構造鋼筋采用A3筋。第二節(jié)尺寸選定上部結構梁體尺寸選定根據(jù)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 橫隔板厚度采用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(nèi)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4m設為直坡。頂帽內(nèi)設置兩層鋼筋網(wǎng)，采用10 mm的20MnSi筋，間距200 mm,上 下兩層鋼筋網(wǎng)間距

4、 320 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(nèi)設置兩層 鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑10 m，間距100 m，上下兩層鋼筋網(wǎng)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(nèi)力計算及配筋設計三、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10k pa,取

5、順橋方向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/mo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 =222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,G1=(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：

6、列車活載，設計中采用“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 11.2 2.5 2h式中：h'軌枕底至梁頂?shù)母叨龋琱=0.3m。列車活載沖擊系數(shù)，仆=1+341 h 4 1 0.521.92 m,L 0.915m11.92 1.3730 0.915qp 1.372501.2 2.5 2 0.392.1KN/m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(jù)橋規(guī)規(guī)定，在距梁中心 2.45m

7、以內(nèi)的一段，按g410kpa計算；在距梁中心2.45m以外的一段,按g4 4kpa計算。2、選定截面尺寸及配筋設計根據(jù)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 0.3654.125 100.6320.6324 0.560.5621.131.75 1.06 羅 0.630.3 0.542 0.761.7315.73KNI - I截面在第二種荷載組合時的彎矩為:M124.125 10 0.63 0r 1.

8、751061.0620.6340.561.132101.7313.9KN .mM11M 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C40, n=10，承受的荷載彎矩M=15.73KN.m 查表得 g 180M Pa，w=14 MpaK12.86'查表得：5.35,1.7%,0.437。設 a=0.027m, ho=h-a=0.15-0.027=0.123mAg =bh。w bho21.7% 14000 1 0.12325.351 0.1232091 10 639.59KN .m22091mm39.59 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 1573830.8,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 100 mm，用10mm20M nSi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:nAg Ag'10 785 10 6359 10 60 屈bho2n Agh0 Ag abh。2厲B Ah01 0.1232 10 785

10、10 60.123 359 10 60.026 一，2 0.14 1 0.1232V0.0932 0.014 0.093 0.123 0.0361 3'-bx nAg x 31 . 2 -bx2h0 xnAg x a0.023MAg.zy 0.123 0.0360.0230.1115 73 182166K Pag 180 MPa,785 10 60.11不超過5%滿足要求。g xhn hoX1821660.036100.123 0.0367538 KPa7.5M Pa20.9 MPa182166 0.0360.02620939 KPa0.123 0.036均滿足要求。n - n截面在第

11、一種荷載組合時的彎矩為:0.65M 2192.1 0.65 24.125 0.9150.9151020.9150.9150.3 0.827 1.75 1.06竽 0.9154 0.560.561.4150.76 2.01533.6KN.m在第二種荷載組合時的彎矩為:M 2210仙 0.915 詈 0.30.827100.5罟 0.9154 0.56056 1.4151.75 1.0621.060.9150.76 2.01520KN.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 0.0

12、27m,a'0.026m.受拉區(qū)鋼筋間距100 mm,用10 mm 20MnSi筋，供給面積為國為785伽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：hoh a 0.245 0.027 0.218n Ag Ag10 785 10 6 359 10 6bh。1 0.2180.0522n Ag h0 Ag abh022 10785 10 6 O.218 359 106 O.。260.0761 0.2182J A2 B AhbJ0.0522 0.076 0.052 0.218 0.05mbx3 n x a3ibx22h0 xnAg x a-

13、.1 0.05310 359 10 6 0.05 0.026 23 T20.0331 0.052 10 359 10 6 0.05 0.026AgZy 0.218 0.0533.60.033 0.201m785 10 6 0.201212948K Pa 212.9 MPag 180 MPa且超過5%不滿足要求。所以該梁上翼緣板為n -n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M=33.6KN.m查表得:1800001400012.8,5.35,0.437,1.7%a 0.027,h00.2450.0270.2

14、18的荷載M2w bh01 _ 14000 1 0.2182124KN .m，遠大于所承受5.3533.6KN.m，為節(jié)約鋼材，本截面宜采用低筋設計。g bh02180000 1 O.2182254.633.6查表得:0.43%,0.253,0.916得：Abh0 0.43% 1 0.218 0.0009374 m - 不需檢算。 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。截面復核如下：h。h a

15、0.245 0.0270.218nAg Ag10 982 10 6 359 10 6 0.062bh01 0.2182n Ag h0 Ag abh。22 10 982 10 60.218359 10 60.0261 0.21820.094Ja2 B Ah0J0.0622_0.0940.0620.2180.055m1.3'-bxnAg x a3 g1 . 2 -bx2h0 xnAg x aAgZ13-.1 0.0553320.2180.055982n h0 x10 359 10 6 0.055 0.0261 0.0552 *10 359 10 6 0.0550.0360.199m0.03

16、60.02633.610 60.19917193910171939 KPa 172M Pa180 MPa0.0555802K Pa 5.8 MPa0.2180.0550.055 0.026 171939 30590K Pa30.6M Pa0.218 0.055I截面和n-n截面布筋連續(xù)，n -n截面控制設計，故i-1截面四、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H X 10 KPa1.95m19.5KN/m,人行道重Hr 1.75KPa 1.05m0.76KN / m 2.6KN /m梁自重:梁的體積V=O.14 O.27 0.320.12 0

17、.15 0.45 0.27 20.07 0.1 0.03 0.03O.12 O.15 0.63 匹衛(wèi)竺 0.285 2O.15 O.365 0.215 218.6 1.39 1.517 0.095 2221.54m33.6 20.735 0.16 1.39 3 0.625 0.46 1.517 2梁自重Hl21.54 251829.9 KN/m恒載總計為Hz Hx HR Hl19.5 2.6 29.9 52KN /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(nèi)力計算跨中L處的彎矩：2恒丄211ql1 52 182

18、2106 KN .m8活一2112K051其中:30 L41 h 41 0.521.921 1.92630 181.24查表得：換算均布荷載KD.5=114.2KN/m影響線面積：18 4.540.5m2代入 M1 1.24 114.2 40.52868KN .m2M恒 M活 21062868 4974KN.m丄處的彎矩計算4323211Kl. L1-1.2427721579.52265.53845KN .mL處的最大剪力計算2352MM跨中L4活上4活7恒7M恒L43 .21821579.5KN .m120.3 丄 3.375 182265.5KN.m2Ql2Q恒 L 恒52iKo按上圖計算

19、影響線面積92.25Q活LL24 165.5 2.252厶231KNQ活丄2Q恒 L恒_2Q活 L2查表得:K0=165.5KN/m支座處最大剪力計算Qo18 468KNQo112468 743 1211K0切24 133.21 1 18 7432變截面距支座3.3m處最大剪力計算Q3.3Q 恒3.3Q 活 3.3Q 恒 3.31qiq3.3Q活 3.311Ko-52 18 52 3.3 296KN2查表得：Ko=141.31影響線面積1 0.81718 3.36212Q3.3296Q 活 3.31.24 141.3 6526526822 KN根據(jù)以上算得各截面的最大彎矩值和剪力值，描點連成彎

20、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、主筋截面選擇及配置已知 g 180M Pa, w 14M Pa,n 10本梁上翼緣的平均厚度:O.12 0.15.0.63 O.15 0.2450.285 2 0竺.0.45hi0.63 0.285 2 0.45假設a 0.075m,則 h0 ha 20.0751.925m092h00.92 1.9251.771m0.157m主筋的截面積估計為:Ag4974g.Z 180000 1.7710.0156m2156Cm2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，

21、單根的為2根，布置如圖所示:96.25bo oo、O 8 c8 8d 8 O干 c8 o8 d8 8o-23.457：23.40 106 11029 587005158 129 1143.4鋼筋的形心位置距梁底邊的距離：4204.22147.210123.8666.81243.496.2mmh。34h a 2 0.0961.9032、主筋應力復核首先假定中性軸在翼板內(nèi)，按寬度為bi' 1.92m ,有效高度為ho 1.903m的矩形截面計算X值。_Agbi h01.92166901.903 1.65%查表2-12得0.433Xh00.4331.903 0.8239m所以中性軸在梁梗內(nèi)，

22、與原假設不符，應重新按 T形截面計算X值。nf hi bibAbho101669010 6 O.1571.92O.270.8290.27 1.903'22nAg ho hi bi Bbh。2=0.6912 10 16690 10 6 1.903 0.1572 1.92 0.270.27 1.9032Ja2 B Ah0V0.82920.6910.8291.9030.657m'3hi'2'3'2 bi Xbib X3bi X2 bib X bi21.92 0.65731.920.270.6570.157 32 231.92 0.65721.920.270.6

23、570.1570.5417mm X y 1.903 0.657 0.5417 1.788mM4974gAgZ 16690 10 6 1.788 166679KPa167MPa g最外一層主筋應力驗算a10.0434mg1h Xa1gho X2 O.657 O.。434 167 174MPa g1.903 0.657受壓區(qū)混凝土的最大壓應力為:0.657 1678.8MPa 10 1.903 0.657g均滿足要求。3、剪應力計算 梁端剪應力：Q 1211bZ 0.46 1.7881472K Pa 1.472M Pa Zl 12.35 MPa>Zl 20.87M Pa需要按計算設置剪力鋼筋

24、。距支座3.3m處的剪應力計算，此處為變截面，腹板厚bQ82233端 比 999 KPa 0.999 MPabZ 0.461 .7880.46m 處Zl 1 Zl2距支座3.3m,腹板厚b=0.27m處的剪應力計算:Q3.3中 bZ8221703 KPa 1.703 MPa0.27 1.788Zl 1 Zl 2 跨中剪應力計算：231 478KPa 0.478MPa < 0.27 1.788Q中中bZZl2Zl 30.43MPa4、箍筋設置及計算根據(jù)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

25、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：50.27 1800.393M Pa4k k 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 180k k 0.67M Pa270 2005、斜筋的計算與設置根據(jù)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 5.7 4.807 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=W

26、WW1999 3931472 393/3.32780KN /m2W21 4.807217036702483KN /m需彎起斜筋根數(shù)nc為:<2Wb2Agi g梁中部需彎起的鋼筋數(shù)量:V2W2b中幾中72 2483 0.272Ag1 g2 490.9 106 180000 5.4 （根），取 6根。梁端需彎起的鋼筋數(shù)量：血Wib端72 2780 0.46nc端r 7 7 “c c彳 CCCCC 10.2（根），取 12 根。2Ag1 g2 490.9 10180000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）：注：腹板厚度變化處的過度段長0.3

27、9m,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。根據(jù)構造要求，在箍筋的外側 設置© 8的分配鋼筋，腹板處間距100mm，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(jù)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

28、。（附后）8、裂縫寬度的檢算gf KKr Eg在本梁設計中:K10.8K210.3 晉0.5 晉 10.3 瓷 0.5 畿 1.3851.1167M PaEg210000M Pa小12門23n3 Ag161 2 0.85 8 0.7 24490.9 10Ah12 0.096 0.70.0935將以上各值代入f 得:fKZrEEg808 0.4d0.8 1.3851.1耳802100008 0.4 25J0.09350.1346mmf0.20mm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(jù)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

29、應力QbZ993翼板平均厚度hi1207 KPa0.46 1.7880.12 0.15 CCC 0.15 0.213 門“0.63 0.190.146m20.63 0.19Sa0.1460.63 0.190.65730.070m3S00.1460.63 0.19 0.190.450.6570.1460.460.65706570.2238m32bSahhi S0= 12070.46 0.070.213 0.2238815K PaZl 2870K Pa主拉應力:Zl其中:h為檢算截面的彎曲壓應力hix 一2n h0 x0.6570.14610 1.903 0.6571677.8 MPaZl7800

30、| 78002 Y 2281584K Pa （負號表示為壓力）Zl 2870 KPa受拉區(qū)下翼緣與梁梗連接處的水平剪應力（與其主拉應力值相等），梁端處剪應力最大，按下式計算:式中：一支座處的剪應力。12111472 KPabZ0.46 1.788hi 翼板與梁梗連接處的厚度。hi 0.27mAgi 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。 A 7854mm2hAg 1472627KPa 0.627MPazi2經(jīng)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(nèi)的 鋼筋網(wǎng)也按構造要求設置完畢，見第二節(jié)：尺寸擬定。

31、根據(jù)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。橋上線路情況：平坡、直線、單線鐵路。 水文地質情況：該橋位于城市郊區(qū)，無水，旱橋。 橋墩所用材料：墩身、托盤、頂帽均采用C30砼。2、3、4、荷載計算1、恒載由橋跨結構傳來的恒載壓力N121.54 2518.60.065.195 10 3.91902 KN頂帽及墩身自重頂帽體積：V13.0 5.0 0.57.5m3托盤體積V1.321 2.61.32 2 2.

32、6 30.87.37m2墩身體積V31.321 2.6431.64m3墩底截面以上橋墩自重:N2V1 V2 V3 r砼7.5 7.37 31.64 23 1070KN2、豎向靜活載對于各檢算項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，(1)1孔輕載，分別計算如下： 活載布置如圖：i唱IUI220KN；5 X 1.5：92KN/m根據(jù) M00.3m' R00，可求得支座反力Rio0.33mR1 220 53 0.3 11.11 189211.17.50.3888KNR對橋墩中心力矩為:M R 888 0.33293KN.mRi1孔重載，活載布置如圖:92KN/m

33、220KNoliU支座反力:2R2 11.118925 220 18.6 3 0.31233KNR對橋墩中心力矩為:Mr21233 0.33407KN.m雙孔重載，活載布置如圖:G92KN/m Z220KN XdimR1=18.33rr R2=18.337G2L2LiL2,G1 G2。即：9218.635 2209218.33 x 7.5從上式求得x支座反力：4.157m，此時為最不利情況，利用靜力平衡方程求得R3118.63180.3858 KNR415 2203 4.15718.33 4.157 7.5 92佩33 157 了5187.54.157949KN橋墩所受壓力:R3 4 R3 R

34、4 858 9491807KNR3,R4對橋墩中心的力矩:Mr3 4949 8580.33 30KN.m雙孔空車活載，活載布置如圖:10KN/m橋墩所受壓力:R空 2R5210 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載相同，故其制動力也相等, 為：P 5 2209218.67.50.1212.1KNR對墩身底部截面的力矩為:Mr 212.140.8 0.5 0.20.11188 KN雙孔重載時的制動力左孔梁為固定支座時傳遞的制動力:R192 18.63 0.1 100%171KN右孔梁為活動支座時傳遞的制動力:R25 2206.

35、673 920.1 50% 86KN傳到橋墩上的制動力:PPt1R2 171 86 257 KN Rmax 212.1KN故雙孔重載時采用制動力PPt max212.1KNPt對墩底截面的力矩為:M P 212.140.8 0.5 0.2 0.11188KN .m4、縱向風力根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，查表計算風荷載強度:w K1K2K3w00.8 1 1700560 Pa 0.56KPa頂帽風力:Pw1w.A 0.56 5.0 0.51.4KNPw1對墩底截面的力矩:Mpw11.440.80.257.1KN .m托盤風力:Pw20.564.6 3.6 0.81.84KNPw2對墩底截面的力矩:Mpw21.8440.4168.1KN .m墩身風力:Pw30.56 3.6 4 8.06KNPw3對墩底截面的力矩:Mpw38.06 216.12KN .m墩身底部截面的檢算本墩為等截面墩身，上下各處截面均相同，故墩底處為最不利截面, 只需對墩底處墩身截面進行檢算。1、墩底截面特性墩底面積：A2 21.31 2.67.91m截