新建铁路简支梁桥设计.doc

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1、毕业设计 新建铁路简支梁桥设计 新建铁路简支梁桥设计第一节 概述本桥为单线铁路桥，位于城市的郊区，桥上线路为平坡、直线。采用双片肋式T形截面，道碴桥面，设双侧带栏杆的人行道，桥下净空5m，本桥设计采用多跨简支梁桥方案，计算跨度采用18m。本设计重点研究的问题是内力计算和配筋计算。本桥所承受的荷载分恒载和活载两种。恒载：人行道板重1.75kpa；人行道栏杆及托架重（集中作用于栏杆中心）0.76KN/m(顺桥)；道碴及线路设备重10kpa；道碴槽板及梁体自重，按容重25KN/m3计算。活载：中-活载，按换算均布活载计算；人行道活载，距梁中心2.45m以内10kpa, 距梁中心2.45m以外4kpa

2、。本桥采用的建筑材料：梁部混凝土标号不低于C40，墩柱不低于C30，梁体上主筋、箍筋采用T20MnSi钢筋，构造钢筋采用A3筋。第二节 尺寸选定一、 上部结构梁体尺寸选定根据铁路桥涵设计基本规范（以下简称桥规）的规定，本桥每孔梁沿纵向分成两片，每片梁的截面型式为形，道碴槽宽度为3.9m,每片梁的上翼缘宽度为1.92m。梁的计算跨度采用18m，梁全长18.6m，梁缝0.06m。本桥主梁高度采用2.0m，两片梁的中心距为1.8m。跨中腹板厚270mm，靠近梁端部分腹板厚增大到460mm，下翼缘宽度采用700mm。在梁端及距梁端4.3m和跨中处，共设置5块横隔板，中间横隔板厚度选用160mm，端部横

3、隔板厚度采用460mm。道碴槽由桥面板和挡碴墙围成，桥面板为悬臂结构，厚度是变化的，端部采用桥规规定的最小厚度120mm，在板与梗相交处设置底坡为 1：3的梗胁，板厚增至245mm。挡碴墙设在桥面板的两侧，高300mm，沿梁长范围内设5处断缝，每隔3m设置一个泄水孔。二、 下部结构桥墩尺寸拟定采用圆端形桥墩，托盘式矩形顶帽，顶帽厚度采用0.5m，纵宽采用3.0m,横宽采用5.0m,托盘高0.8m,形状和墩身相同为圆端形,顶帽和托盘连接处设0.2m的飞檐。墩顶纵宽2.6m，横宽3.6m，两端半圆的半径为1.3m，墩身高4m，设为直坡。顶帽内设置两层钢筋网，采用10的筋，间距200，上下两层钢筋网

4、间距320；顶帽顶面设置3%的排水坡，设置两处纵宽 1500，横宽1000的支承垫石平台用于安放支座，支承垫石内设置两层钢筋网，钢筋直径10，间距100，上下两层钢筋网间距200，支承垫石顶面高出排水坡的上棱0.2m；在托盘与墩身的连接处沿周边布置一圈间距200，长780，直径10的竖向钢筋，在竖向钢筋的中部设置两层间距400的环形构造筋，用以增强该处截面。第三节 内力计算及配筋设计三、 桥面板计算及配筋设计 1、 计算荷载道碴槽板系支承在主梁梁梗上，按固结在梁梗上的悬臂梁计算，作用在其上的荷载分恒载和活载。恒载有：已知道碴及线路设备重为10kpa，取顺桥方向1m宽时，沿板跨度其值为g1=10

5、KN/m。钢筋混凝土人行道板重g2=1.75KN/m。道碴槽板的自重按容重25KN/m3计算，为简化计算，可取板的平均厚度hi按均布荷载考虑。当顺桥方向取1m宽时，沿板跨度方向其值为g3=25hi，hi=m所以g3=250.165=4.125KN/m。挡碴墙重可作为一集中荷载计算，该力作用在距挡碴墙外侧面0.1m处,G1=(25-20)0.20.31=0.3KN式中“25”为挡碴墙的容重，“20”为道碴的容重。人行道栏杆及托架重G2=0.76KN,作用在栏杆中心。活载有：列车活载，设计中采用“中-活载”的特种荷载，假定特种轴重250KN由轨底边缘向下通过道碴均匀分布在道碴槽板上，顺桥方向取1.

6、2m，横向按比1：1分布，轨枕长为2.5m，顺桥方向取1m时，沿板跨度方向的竖向均布活载为：式中：轨枕底至梁顶的高度，=0.3m。列车活载冲击系数，1+=1+m,人行道竖向静活载，指行人及维修线路时可能堆积在人行道上的线路设备及道碴重梁。根据桥规规定，在距梁中心2.45m以内的一段,按计算；在距梁中心2.45m以外的一段,按计算。2、选定截面尺寸及配筋设计根据构造要求道碴槽板在“梁上翼缘板受力组合示意图”（附后）的 -截面处厚150，-截面处厚245，这两变截面为最薄弱点，分别对其进行配筋设计计算。-截面在第一种荷载组合时的弯矩为： -截面在第二种荷载组合时的弯矩为： ，第一种荷载组合控制设计

7、。按长1m的板进行设计，b=1.0m,h=0.15m,20MnSi筋，混凝土标号采用C40，n=10，承受的荷载弯矩M=15.73KN.m。查表得，=14Mpa。K=12.86,查表得:。设a=0.027m，ho=h-a=0.15-0.027=0.123mAg1=所以该处按受力要求只需设单层钢筋，按比例关系所需单层钢筋的最小截面积为：Ag=Ag1,因考虑到梁在运输和吊装中的受力，上翼缘板常受到反向弯矩的作用，为增强板的受力性能，采用双筋布置，受拉区钢筋的间距采用100，用筋，供给面积7852，在受压区采用间距140的8筋，供给面积为3592。.截面复核：不超过5%，满足要求。均满足要求。-截面

8、在第一种荷载组合时的弯矩为：在第二种荷载组合时的弯矩为：仍是第一种荷载组合控制设计。-截面的布筋和-截面是连续的，现检算-的强度。由上可知：受拉区钢筋间距100，用1020筋，供给面积为国为7852，受压区采用钢筋间距140的8筋，供给面积为3592。截面复核如下：且超过5%，不满足要求。所以该梁上翼缘板为-截面控制设计，需重新设计布筋。已知：筋，C40混凝土，承受的荷载弯矩为M=33.6KN.m。，查表得：，远大于所承受的荷载，为节约钢材，本截面宜采用低筋设计。查表得：得：基于上面-截面相同的理由，本板在受压区也设置少量钢筋，受拉区采用钢筋间距80的10的20筋，供给面积为9822，在受压区

9、采用间距140的8筋，供给面积为3592。截面复核如下： -截面和-截面布筋连续，-截面控制设计，故-截面不需检算。上翼缘道碴槽板内边板受力较外边板小，无人行道，且跨度小，截面尺寸相同，为便于施工采用和外边板相同的布筋，故不需检算。上翼缘道碴槽板内的主筋按以上设计布置，为确保主筋受力的连续性，按桥规要求设置部分分配钢筋，为承受横隔板处沿纵向产生的负弯矩，在横隔板上方的板内设置间距100的8筋，详见设计图。 四、 主梁计算及配筋设计主梁受力计算1、计算荷载：梁的计算跨度为18m。恒载： 线路设备及道碴重 人行道重 梁自重：梁的体积V= 梁自重恒载总计为活载是指计入冲积力的列车活载，人行道的竖向静

10、活载因不与列车活载同时计算，且数值较小，不控制设计，设计中可不考虑此荷载。2、内力计算跨中处的弯矩：其中：1+查表得：换算均布荷载K0.5=114.2KN/m影响线面积:处的弯矩计算跨中处的最大剪力计算剪力影响线如图: 18m 0.5跨中剪力影响线 0.5 变截面距支座3.3m处 3.3 1.0支座处剪力影响线查表得:K0=165.5KN/m按上图计算影响线面积支座处最大剪力计算变截面距支座3.3m处最大剪力计算查表得:K0=141.3影响线面积根据以上算得各截面的最大弯矩值和剪力值,描点连成弯矩包络图和剪力包络图。见下图： 18m 1211 822 231 剪力包络图 231 822 121

11、1 弯矩包络图 3845 3845 4974主梁配筋设计1、 主筋截面选择及配置已知本梁上翼缘的平均厚度：假设取主筋的截面积估计为：采用34根25的筋，供给面积，布置为三层，三根一束的为8束，两根一束的9束，单根的为2根，布置如图所示： 57 23.4 57 96.2 23.4 43.4 58 129 110 106 110 129 58 700 钢筋的形心位置距梁底边的距离:2、 主筋应力复核首先假定中性轴在翼板内，按宽度为，有效高度为的矩形截面计算x值。查表2-12得所以中性轴在梁梗内，与原假设不符，应重新按T形截面计算x值。 =0.691最外一层主筋应力验算受压区混凝土的最大压应力为：均

12、满足要求。3、 剪应力计算梁端剪应力: 需要按计算设置剪力钢筋。距支座3.3m处的剪应力计算,此处为变截面,腹板厚处 距支座3.3m,腹板厚b=0.27m处的剪应力计算: 跨中剪应力计算: 4、 箍筋设置及计算根据构造要求，箍筋采用的8筋，间距，肢数肢的设置方法，为施工的方便以及增强钢筋骨架的整体刚度，箍筋间距沿梁全长均是200。故而，箍筋所能承受的主拉应力为：在梁端部分，距支座3.3m区段,梁腹板厚b=0.46m,该区段箍筋承受的剪应力为:在梁中部,梁腹板厚b=0.27m,该区段箍筋所能承受的剪应力为:5、 斜筋的计算与设置根据以上剪应力计算的结果，绘出剪应力分配图如下：计算需设置斜筋的梁段

13、长度C，按比例关系求得：需设置斜筋的梁段长度C=3.3m+4.807m=8.107m由斜筋承受的剪应力图面积W=W1+W2需弯起斜筋根数为：梁中部需弯起的钢筋数量：（根），取6根。梁端需弯起的钢筋数量：（根），取12根。共弯起18根主筋作为斜筋，分9批弯起，每批弯起2根，弯起位置由图解法确定，见图（附后）： 3845 4974 1703 1472 393 670 478 3.3 5.7注:腹板厚度变化处的过度段长0.39m,本图忽略从中间计算。6、 架立钢筋和分配钢筋的设置架立钢筋用以架立箍筋，本梁在箍筋的上端设4根16的架立筋。分配钢筋的作用是把荷载传递给主筋，同时承受温度变化及混凝土收缩引

14、起的拉应力，又起到固定主筋的作用。根据构造要求，在箍筋的外侧设置8的分配钢筋，腹板处间距100，其余处所设在主筋转弯处和较大空档处。7、 材料图形首先根据以上计算的数值画出弯矩包络图。计算跨中截面全部纵向主筋容许承受的弯矩：将M=5372KN.m按主筋根数分成34等分，再按图解法确定的斜筋位置，绘出材料图形。（附后）8、 裂缝宽度的检算在本梁设计中：将以上各值代入得：符合要求。9、 翼板与梁梗连接处的剪应力检算上翼缘板与梁梗连接处的剪应力根据试验，检算距支座2m处的剪应力。式中：T形梁中性轴处的剪应力 翼板平均厚度 =主拉应力：其中：为检算截面的弯曲压应力 （负号表示为压力） 受拉区下翼缘与梁

15、梗连接处的水平剪应力（与其主拉应力值相等），梁端处剪应力最大，按下式计算：式中：支座处的剪应力。 翼板与梁梗连接处的厚度。 翼板悬出部分纵向受拉钢筋的截面积。 受拉钢筋总的截面积。经检算符合要求。五、 墩计算及配筋设计 本桥桥墩的各部尺寸已按构造要求拟定完毕，墩顶帽、支承垫石内的钢筋网也按构造要求设置完毕，见第二节：尺寸拟定。根据已有的资料，对拟定的桥墩进行检算如下：本桥有关资料1、 桥跨结构：等跨L=18m道碴桥面钢筋砼梁，梁全长18.6m，梁缝，轨底到梁底的高度为，轨底至桥墩支承垫石顶面高度为。弧形支座，支座高。2、 桥上线路情况：平坡、直线、单线铁路。3、 水文地质情况：该桥位于城市郊区

16、，无水，旱桥。4、 桥墩所用材料：墩身、托盘、顶帽均采用C30砼。荷载计算1、 恒载由桥跨结构传来的恒载压力顶帽及墩身自重顶帽体积：托盘体积墩身体积墩底截面以上桥墩自重：2、 竖向静活载对于各检算项目的最不利活载图式有：1孔轻载、1孔重载、双孔重载和双孔空车活载，分别计算如下：1孔轻载，活载布置如图： 51.5 92KN/m 220KN 0.3m R0 R1 00. 0.33m根据，可求得支座反力R1。对桥墩中心力矩为：1孔重载，活载布置如图： 92KN/m 220KN R0 R2 R 支座反力：R2对桥墩中心力矩为：双孔重载，活载布置如图： G1 G2 92KN/m 220KN x R3 r

17、r R4 L1=18.33 L2=18.33根据，。即：从上式求得，此时为最不利情况，利用静力平衡方程求得支座反力：桥墩所受压力：对桥墩中心的力矩：双孔空车活载，活载布置如图： 10KN/m R0 R0 R5 R5桥墩所受压力：对桥墩中心的力矩：3、 制动力1孔轻载与1孔重载时的梁上竖向静活载相同，故其制动力也相等，为：对墩身底部截面的力矩为：双孔重载时的制动力左孔梁为固定支座时传递的制动力：右孔梁为活动支座时传递的制动力：传到桥墩上的制动力：故双孔重载时采用制动力对墩底截面的力矩为：4、 纵向风力根据桥规规定，查表计算风荷载强度：顶帽风力：对墩底截面的力矩：托盘风力：对墩底截面的力矩：墩身风

18、力：对墩底截面的力矩：墩身底部截面的检算本墩为等截面墩身，上下各处截面均相同，故墩底处为最不利截面，只需对墩底处墩身截面进行检算。1、 墩底截面特性墩底面积：截面绕y轴的惯性矩： 1.3 1.0 1.32.6xy墩底截面示意图截面抵抗矩：回转半径： 截面绕轴的惯性矩：截面抵抗矩：回转半径：2、 墩身受压稳定性的检算本桥桥上线路为直线、平坡，桥墩可能产生弯曲失稳的方向与弯矩作用平面的方向（纵向）一致，且桥墩横向的截面抵抗矩和回转半径均比其纵向大的多，本墩又为粗矮桥墩，故本墩的受压稳定性在两个方向上都不需检算，直接对墩身底部的截面强度进行检算。3、 墩身底部截面的纵向检算墩底截面纵向的应力和偏心一

19、般在主力组合时不控制，故考虑主力加纵向附加力进行墩底截面的检算，见下表：从表上可看出，桥墩在纵向上强度和稳定均十分富余，而该桥又位于直线、平坡，所受的横向力较小，且桥墩横向截面的抵抗矩和惯性矩均比其纵向大，故本桥墩的横向可不检算。1墩底截面应力和偏心检算（主力+纵向附加力）活载情况一孔轻载一孔重载双孔重载力及力矩N（KN）P（KN）M（KN.m）N（KN）P（KN）M（KN.m）N（KN）P（KN）M（KN.m）主力墩顶合力（恒载+活载）27902933135407370930桥墩自重107010701070附加力制动力或牵引力212.11188212.11188212.11188风力11.331.311.331.311.331.3墩底截面合力（主+附加力）386022315124205223162647792231249合力偏心0.3870.261容许偏心0.780.78墩底截面面积A（）7.917.917.91截面抵抗矩w2.852.852.85488532604531571438109111031042-43-39166应力系数0.77查表得2.1052.11110271123查表得