混凝土桥课程设计计算书第一章混凝土桥课程设计任务书1. 设计题目：客运专线40m预应力混凝土双线简支箱梁设计2. 设计资料（1）桥面布置如图1所示，桥面宽度：12.6m；（2）设计荷载：ZK活载；（3）桥面二恒：190KN/m；（4）主梁跨径：主梁全长40m；（5）结构尺寸图，根据预应力混凝土简支箱梁桥的构造要求设计，可参照图1。

图1 桥面布置图3. 设计依据（1）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；（2）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB10002.3-2005）；（3）《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设函（2005）157号）；（4）《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》（铁建设函（2003）205号）；（5）《高速铁路设计规范（试行）》(TB 10621-2009)；4. 设计内容（1）进行上部结构的构造布置并初步拟定各部分尺寸。

（2）主梁的设计：<1> 主梁内力计算<2> 主梁预应力钢筋配置及验算<3> 行车道板内力计算及设计<4> 绘制主梁设计图（包括主梁构造图和配筋图）5. 设计成果要求：设计计算书：设计计算说明书用Word文档或手写。

整个说明书应满足计算过程完整、计算步骤清楚、文字简明、符号规范的要求。

封面、任务书和计算说明书用A4纸张打印，按封面、任务书、计算说明书的顺序一起装订成册，交指导老师评阅。

图纸：要求图面整洁美观，比例适当，图中字体采用仿宋体，严格按制图标准作图。

图幅为A3图。

第二章主梁纵向计算一、设计依据及设计资料1、设计依据：（1）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；（2）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）；（3）《京沪高速铁路设计暂行规定》(铁建设函（2004）157号)。

2、设计条件：（1）线路情况：有砟桥面，双线，线间距5.8m；。

（2）环境类别及作用等级：环境作用等级为L1级；（3）施工方法：支架现浇施工。

3.结构形式：（1）截面类型为单箱单室等高度简支箱梁，直线梁，梁端顶板、底板及腹板局部向内侧加强；（2）桥跨布置：梁长为40m，计算跨度为38.5m；（3）桥面宽度：挡砟墙内侧净宽9.6m，挡砟墙宽0.2m；人行道宽1.3m，人行道采用悬臂板方式；上顶板宽为12.6m。

4、设计荷载：（1）恒载：①结构构件自重：按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）第4.2.1条采用；②附属设施（二期恒载）：二期恒载包括桥上轨道线路设备自重、道砟、防水层、人行道栏杆、挡砟墙、电缆槽及盖板、电气化立柱等附属设施重量。

桥面二期恒载取190+815/1000=190.815KN/m。

（2）活载：①列车竖向活载纵向计算采用ZK活载；②列车竖向活载横向计算采用ZK特种活载；③横向摇摆力：取100kN集中荷载作用在最不利位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢规顶面。

④人行道竖向静荷载：按5kN/m。

（3）附加力：①风力：风力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）第4.4.1条采用；②结构温度变化影响力：按《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）办理，整体升降温25℃，纵向温度荷载按顶板升温5℃考虑。

横向计算按升温、降温两种情况考虑温度变化的影响力，其计算模式如下：图1-1 温度变化计算模式图③列车制动力：桥上列车制动力和牵引力按单线竖向静活载的10%计算。

（4）特殊荷载：①脱轨荷载：不计动力系数，亦不考虑离心力，只考虑一线脱轨荷载，其他线路上不作用列车活载；②地震力：按《铁路工程抗震设计规范》办理，地震基本烈度为七度。

5、材料：mm，规（1）预应力钢筋：采用高强度低松弛钢绞线，钢绞线公称直径为15.2mm，公称面积为1402格为12-7φ5和15-7φ5；标准强度fpk=1860 MPa ；1000h 后应力松弛率不大于4.5%。

（2）普通钢筋：当钢筋直径大于等于10mm 时，采用HRB335钢筋；当钢筋直径小于10mm 时，采用Q235钢筋。

（3）混凝土：现浇箱型梁采用C50混凝土，轴心抗压标准值为33.5MPa ，轴心抗拉标准值为3.1MPa 。

6、锚固及张拉体系：后张法施加预应力。

采用OVM 锚，进行两端张拉。

预应力管道采用塑料波纹管成孔，对规格为12-7φ5的钢绞线，采用内径为90mm ，外径为106mm 的波纹管；对规格为15-7φ5的钢绞线，采用内径为100mm ，外径为116mm 的波纹管。

管道摩擦系数=0.2，管道偏差系数k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为6mm 。

7、混凝土及钢筋的各项数据：（1）预应力钢绞线：抗拉计算强度为0.91674p pk f f MPa ==，弹性模量为51.9510p E MPa =⨯。

在主力作用下，破坏强度安全系数K=2.0，则钢绞线的抗拉强度设计值应为837p ptd f f MPa K==。

（2）普通钢筋：对Q235钢筋，弹性模量为52.110s E MPa =⨯；在主力作用下，其容许应力为[]130s MPa σ=。

对HRB335钢筋，弹性模量为52.010s E MPa =⨯；在主力作用下，其容许应力为[]180s MPa σ=。

（3）混凝土：对C50混凝土，弹性模量为43.5510c E MPa =⨯；其弯曲受压及偏心受压时的容许应力[]16.8b MPa σ=，有箍筋及斜筋时的主拉应力容许值为1[] 2.79tp MPa σ-=，纯剪应力容许值为[] 1.55c MPa τ=，局部承压应力容许值为1[]13.4c σ-=A 为计算底面积，Ac 为局部承压面积）。

预应力混凝土结构重度按263/kN m 计，钢筋混凝土结构重度按253/kN m 计。

二、结构尺寸拟定1、梁高：由于设计受到中—活载强度、工后徐变等多方面制约，梁高经过反复比选，最后确定为3.2m 等高度梁。

2、上翼缘 （1）翼缘宽度：上翼缘悬臂宽度为3100mm ，两腹板间宽度为5286mm 。

（2）翼缘厚度：按构造要求，顶板厚度不得小于200mm 。

故对人行道，受力较小，顶板厚度取为240mm ；对行车道板，受力较大，在跨中顶板厚度取为340mm ，在支点处则增大至750mm 。

3、腹板为保证腹板能够承受相应的剪力，构造上要求腹板厚度不得小于150mm 。

同时，为了能够在腹板中布置预应力钢束，取跨中腹板厚度为550mm ，支座处腹板厚度则增大至1060mm 。

受弯构件的翼缘应在与腹板相交处设置梗肋。

上、下翼缘梗肋之间的腹板高度，当无预应力竖筋时，不应大于腹板厚度的15倍。

故取上、下梗肋之间的腹板高度为1910mm 。

4、下翼缘按构造要求，底板厚度不得小于200mm ，且在箱梁的端部必须设置横隔板。

故在跨中，底板厚度取为300mm ，在支点处由于抗剪、抗弯的要求则增大至850mm 。

对于桥面的布置，可见下图：图2-1 桥面布置图三、荷载内力计算1、恒载（1）梁体自重g1：用CAD 软件对跨中截面和支座截面进行面域计算可得： 窄段截面（跨中截面）面积：291.94130A cm =窄； 宽段截面（支座截面）面积：209.153418A cm =宽 所以，m kN g /7404.244261091.94130A 4-1=⨯⨯==γ窄窄 m kN g /8222.398261019.153393A 4-1=⨯⨯==γ宽宽取主梁的一半为研究对象，设宽段长度为7m ，窄段长度为13m ，窄段截面在距支座中心线6.25m 处开始发生变化，至距支座中心线1.25m 处变化成宽段截面。

由于主梁伸出支座段（伸出长度为0.75m ）对于减小跨中截面弯矩有利，且其对支座截面产生的负弯矩（约为-112.19kN ·m ）也不是很大，所以，在计算主梁纵向受力时，忽略这部分恒载的作用。

则：()()mkN l g l g L g /767.29425.68222.398137404.2445.382211=⨯+⨯⨯=+=宽宽窄窄 不均匀值：100767.294767.294-8222.398⨯%=35.3%按照《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）第4.2.1条第四点的规定，当全跨度上的竖向恒载不均匀时，但实际的不均匀值与平均值相差不大于平均值的10%时，可按均匀计算。

由于此处的不均匀值已经超过10%，故不能采用均匀值计算。

此时，应采用对影响线分段加载的方法进行计算。

根据其竖向恒载的变化，可分三段加载，其加载情况如下图：图3.3 恒载分段加载示意图（单位：mm ）m kN g g /74.24411==窄，其加载长度为26m ；m kN g g g /83.398111=="='宽，其加载长度均为6.25m 。

（2）附属设施（二期恒载）2g ：m kN g /815.1902=（3）恒载内力计算公式：由于一恒分三段加载，故恒载计算值也应分三段累加，其值计算如下： 12244.740190.815435.555/g g g kN m=+=+=1''2398.822190.815589.637/g g g kN m=+=+=12398.822190.815589.637/g g g kN m''=+=+=此时，恒载内力计算公式应为：'''123N g g g =⋅Ω+⋅Ω+⋅Ω式中，1Ω、2Ω、3Ω分别为各恒载加载段对应的影响线面积。

2、活载（ZK 活载） （1）活载采用值：活载采用ZK 活载，其换算均布荷载可在《京沪高速铁路设计暂行规定》(铁建设函（2004）157号)“附录D ZK 标准活载的换算均布荷载值”中查得。

（2）列车活载冲击系数： 计算剪力时，10.913ϕ+；计算弯矩时，20.851ϕ+，L ϕ为梁的加载长度（m ）。

对于本桥，10.913 1.079ϕ==20.851 1.100ϕ=+=计算时为了偏于安全，都取1.100。

（3）活载内力计算公式：活载内力采用换算均布活载在影响线上加载计算求得，此外，根据《京沪高速铁路设计暂行规定》(铁建设函（2004）157号)第6.2.9条第1点的规定，对于单线和双线的桥梁结构，各线均应计入ZK 活载作用。

故，内力计算公式为： 2N K ϕ=⋅⋅Ω式中，ϕ为列车活载动力系数，计算剪力和弯矩时使用不同的值；K 为ZK 活载换算均布荷载值；Ω为加载范围内同号影响线面积。

3、弯矩及剪力计算 （1）对支座截面，其剪力、弯矩影响线如下图：图3.4 支座截面影响线图①恒载作用时， 对剪力影响线，1132.25(1) 6.25 5.7427238.5m Ω=⨯+⨯=2132.25 6.25()2613.0000238.538.5m Ω=⨯+⨯=31 6.25 6.250.5073238.5m Ω=⨯⨯=故，'''0.000123Q g g g =⋅Ω+⋅Ω+⋅Ω589.637 5.7427435.55513.0000589.6370.50739347.38kN =⨯+⨯+⨯= 对弯矩影响线，21230m Ω=Ω=Ω= 故，'''0.0001230M g g g kN m =⋅Ω+⋅Ω+⋅Ω=⋅ ②ZK 活载作用时， 对剪力影响线，1138.519.252m Ω=⨯⨯=由38.5,0L m α==，查表得：87.1284.9387.12(38.536.0)85.7513/40.036.0K kN m -=-⨯-=-故，0.00012 1.100285.751319.253631.57Q K kN ϕ=⋅⋅Ω=⨯⨯⨯= 对弯矩影响线，20m Ω=故，0.00020.00020M K kN m ϕ=⋅⋅Ω=⋅对距支座1.25m ，1.982m ，6.25m 的变截面，以及4L 和2L处进行类似计算，计算结果列于下表 ： 表3-1 最大剪力表（单位：kN ）说明：上表已计入ZK活载动力系数1.100。