双直线40m有砟简支梁桥-终结版

双直线40m有砟简支梁桥
课程设计
题目双直线40m 有砟简支梁桥姓名
专业班级
学号
指导老师戴公连
2011年1月
——目录——
1 计算说明 (2)
1.1 结构体系 (2)
1.2 施工方法 (2)
2 模型、荷载及其组合 (2)
2.1计算模型 (2)
2.2计算荷载 (2)
2.3荷载组合 (3)
3 全梁弯矩包络图 (3)
4 计算成果 (4)
4.1营运阶段正截面强度验算 (4)
4.2营运阶段混凝土截面应力验算 (4)
4.3抗裂组合作用下正截面抗裂性验算 (8)
4.4活载作用下的挠度值验算 (9)
4.5恒载作用下的挠度值及预拱度设置 (9)
4.6梁端竖向转角和工后徐变验算 (9)
4.7使用阶段钢束应力验算 (9)
5 全梁支点反力表 (10)
1 计算说明
1.1 结构体系
本桥为双线有碴简支箱梁桥，桥梁全长40m，支点间距38.8m，桥面宽12.6m （线间距为5m），梁高3.2m，采用预应力混凝土简支箱梁。

截面布置详见桥梁结构图。

梁体圬工采用C50混凝土，纵向预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线，钢绞线公称直径15.2mm，规格为15-7υ5，钢束张拉控制应力为1280MPa，普通钢筋采用HRB335和Q235，各项材料弹性模量及强度数值依照《铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范》(TB 10002.3-2005)
1.2 施工方法
采用整片预制和整片架设的施工方法。

2 模型、荷载及其组合
2.1计算模型
计算软件采用桥梁博士V3.0.3版，采用平面梁单元建模，全桥共离散为48个单元和49个节点，支点节点号为2和48，其中2号节点设为固定铰支座，48号节点设为滑动铰支座。

计算模型如图1所示。

图2.1 桥梁有限元分析离散图
2.2计算荷载
计算荷载包括恒载、活载、温度变化、预应力及混凝土收缩徐变等。

1、自重及二期恒载
结构自重按26kN/m3计算，二期恒载为190kN/m。

2、ZK车辆荷载及动力作用
双线按规范《新建时速200～250公里客运专线铁路设计暂行规定》规定，应按每一条线路作用ZK 活载设计。

ZK 车辆荷载冲击系数值：
⑴ 计算剪力时：
10.913φ=+
⑵ 计算弯矩时：
20.851φ=+
对于本桥：
1.078913.0
2.040996.01=+-=
φ 099.1851.02.040494
.12=+-=φ，
计算时为偏安全都取1.099计算
3、双线中—活载作用下按《铁路桥涵设计基本规范》规定，两线同时作用时，取折减系数0.9。

其中冲击系数1+μ=1+a*6/(30+L)，a=4×(1-h)≤2.0, L 为桥梁跨度。

对于本桥：1+μ=1+2*6/(30+L)=1.171
4、温度影响
按《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1)办理：整体升降温25℃，纵向温度荷载按顶板升温5℃考虑。

5、预应力
张拉控制应力取σcon =1280Mpa ≤0.75fpk=1395Mpa 。

6、混凝土收缩徐变按规范（JTGD62-2004）附录F 取用。

2.3荷载组合
按可能的最不利组合情况进行计算。

组合Ⅰ（主力）：自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+列车活载
组合Ⅱ（主+附）：自重＋二期恒载＋预加力+收缩徐变+列车活载+温度变化 3 全梁弯矩包络图
下图中红色代表最大抗力、蓝色代表最大抗力对应内力(其中内力已按规范乘了安全系数，其中主力组合时为2.0，附加力组合时为1.8)。

图3.1 组合Ⅰ弯矩包络图（中—活载）单位（kN.m）
图3.2 组合Ⅱ弯矩包络图（中—活载）单位（kN.m）
图3.3 组合Ⅰ弯矩包络图（ZK活载）单位（kN.m）
图3.4 组合Ⅱ弯矩包络图（ZK活载）单位（kN.m）
4 计算成果
4.1营运阶段正截面强度验算
对于简支梁，正截面抗弯强度控制截面为跨中截面，计算得最大抗力为263350kN.m。

根据全梁弯矩包络图可知：
（1）中—活载作用下
组合Ⅰ安全系数为2*263350/237675=2.216，大于本桥要求的2.20；
组合Ⅱ安全系数为1.8*256000/213907=2.216，大于本桥要求的1.98。

（2）ZK活载作用下
组合Ⅰ安全系数为2*263350/234561=2.245，大于本桥要求的2.20；
组合Ⅱ安全系数为1.8*256000/211105=2.245，大于本桥要求的1.98。

.
4.2营运阶段混凝土截面应力验算
运营荷载作用下混凝土压应力应满足：
主力组合：σc ≤0.50fc；
主力+附加力组合：σc ≤0.55fc；
运营荷载作用下混凝土拉应力应满足σct≤0；
运营荷载作用下混凝土最大剪应力应满足σct ≤0.17fc；
抗裂荷载作用下混凝土主拉应力应满足σtp ≤0.7fct；
抗裂荷载作用下混凝土主压应力应满足σcp ≤0.60fc。

4.2.1 混凝土截面正应力验算
下图中红、蓝、黑、粉红色分别代表上缘最大、最小应力值及下缘最小、最大正应力值(正值代表压应力)
图4.1 （中—活载）组合Ⅰ正应力图
图4.2 （中—活载）组合Ⅱ正应力图
图4.3 （ZK活载）组合Ⅰ正应力图
图4.4 （ZK活载）组合Ⅱ正应力图
中—活载作用下混凝土截面正应力如下表：
ZK活载作用下混凝土截面正应力如下表：
组合Ⅰ：σc=11.7≤0.50fc=16.8；
组合Ⅱ：σc=12.0≤0.55fc=18.4。

运营荷载作用下混凝土未出现拉应力，即σct≤0。

4.2.2 混凝土截面剪应力验算
下图中红色代表最大剪应力、蓝色代表最小剪应力。

图4.5 （中—活载）组合Ⅰ剪应力包络图
图4.6 （中—活载）组合Ⅱ剪应力包络图
图4.7 （ZK活载）组合Ⅰ剪应力包络图
图4.8 （ZK活载）组合Ⅱ剪应力包络图
剪应力的最值出现在支点截面，现列出两种活载作用的支点截面剪应力。

4.2.3 混凝土截面主应力验算
下图中红、蓝色分别代表最大主压应力、最大主拉应力。

图4.9 （中—活载）组合Ⅰ主应力图
图4.10 （中—活载）组合Ⅱ主应力图
图4.11 （ZK活载）组合Ⅰ主应力图
图4.12 （ZK活载）组合Ⅱ主应力图
运营荷载作用下混凝土主应力如下表：
；
混凝土主压应力σcp=13.3MPa，满足σcp ≤0.60fc=0.6*33.5=20.1MPa。

4.3抗裂组合作用下正截面抗裂性验算
对于全预应力构件，需要按《铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范》(TB 10002.3-2005)第 6.3.9条规定检算混凝土法向拉应力(K fσ-σc)，其容许应力为γf ct(此桥跨中截面γ =1.475)。

下图中红色代表上缘最小法向应力，蓝色代表下缘最小法向应力。

图4.13 （中—活载）抗裂组合作用下法向拉应力图
图4.14 （ZK活载）抗裂组合作用下法向拉应力图
抗裂组合作用下最大法向拉应力(K fσ-σc)=1.2Mpa，小于γfct=4.57 Mpa，因此抗裂满足规范要求。

4.4活载作用下的挠度值验算
在静中—活载作用下，跨中竖向最大挠度为10.3mm（向下），小于规范允许的竖向挠度值 L/800=40000/800=50mm。

在静ZK活载作用下，跨中竖向最大挠度为9.4mm（向下），小于规范允许的竖向挠度值 L/1000=40000/1000=40mm。

所以活载作用下的竖向挠度值满足要求。

4.5恒载作用下的挠度值及预拱度设置
恒载(包括预应力)在跨中引起的最大挠度值为13.3mm（向上）。

预拱度按恒载+1/2静活载挠度值反向设置,为13.3-10.3/2=8.2mm（向下），其它位置按二次抛物线过渡。

4.6梁端竖向转角和工后徐变验算
（1）在静中—活载作用下，梁端最大竖向转角为0.838‰；在ZK静活载作用下，梁端最大竖向转角为0.754‰；小于规范要求的2‰（有碴轨道）,所以满足要求。

（2）梁体最大工后徐变发生在跨中，其值为16.4mm，满足规范要求的有碴桥面梁的徐变上拱值不宜大于20mm的要求。

4.7使用阶段钢束应力验算
运营荷载作用下钢绞线应力需满足σp≤0.60fpk，验算结果如下表：
双直线40m有砟简支梁桥设计
5 全梁支点反力表。