1、石家庄铁道学院毕业设计11 绪 论1.1 课题研究意义桥梁是铁路或公路跨越河流，山谷及其它障碍物的建筑物。 桥梁的建成使道路保持畅通，为我国国民经济建设发挥了巨大的作用。钢筋混凝土桥具有可塑性强，省钢，耐久性好，维修费用少，噪音少，美观等特点。而简支梁在我国桥梁建设中也应用的非常广泛，因为其具有不受地基条件限制，适用于跨度不大（一般跨径46.612 2y3.14054107.cmA22.3.2 截面几何特性计算（跨中截面）表 2-2 截面几何特性计算截面分类 截面面积 tA2cm面重心至梁顶水平线距离 yc截面重心的惯性矩 I4(cm)面重心至梁底水平线距离 yc毛截面净截面换算截面94859
2、195960480.87782.26108.536.7129.2132.0127.4钢绞线重心到下缘距： 2851745130.4ma2.4 正截面抗弯强度计算设跨中性轴位于上翼缘内 （ ）ixh由 aiyRbxA得 ，与假设相符，故破坏弯2 iai47.13501.3m1.6c9h矩为： 4pai0 05.33.520.21.290kNm2xMRbh（可）4p1.9.6.Mk（可）0.4.23.0578.cmhx2.5 预应力损失计算2.5.1 钢丝回缩和分块拼装构件的接缝压缩损失 s3钢判锥型锚头每端钢丝回缩及锚头损失变形对跨中的影响为 4mm,石家庄铁道学院毕业设计5即 20.48cmL
3、已知钢丝束平均长度： 83246230846235049.2cm1T5s3.MPa92.5.2 锚头变形，5g2.01PaE4h3.10PaE钢筋混凝土的弹性模量比：5g4h82锚固口摩擦损失为： k0.761306MPa 7.1 kk.95482.5.3 摩阻损失 s4查表得 ，5.0015.k从张拉端至计算截面的管道长度，一般可取半径的平均值，即： 24.6.3mx从张拉端至计算截面的长度上钢筋弯起角之和 一般可采取各钢丝束的平均和，即： 5.236.45.10.3925.104.91065220 7480.18radq0.518430.51.30qkx查表，内插值得， 2214201.
4、(). s4k.49807MPa石家庄铁道学院毕业设计62.5.4 分批张拉混凝土压缩引起的应力损失 s6考虑 截面处的有关数据4L处净截面积为 9286cm ,截面重心到梁底的距离为 128.7cm,对重心轴的惯性矩2I=53.34 ,e =128.7-21.4=107.3610j2js6hyi1cos2eNnAIyks34s62jks34yi1- cos2enNAI ks34y 2jyj1cseI代入有关数据得 2y=5.784cmAy 269160974.MPa1017.3 0.98254 故 s6.47.31.92MPa2.5.5 钢筋应力松弛引起的应力损失 s2 jy1350PaR传
5、力锚固时， ，故必须考虑jy74.Pa.67s2又 jy0.658MR按桥规s2y0.5.74.3.7MPa2.5.6 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 s1石家庄铁道学院毕业设计7s1gh0.8(.)En截面面积为 ，截面与大气接触的周边长度29485cmA 87.6cm理论长度 1.按 28 天龄期查表得，65910MPaE49.1，g2.y7Pa跨中截面的 为k1ycos.84.0387.kNNA2yjgh jj33262 10 10870.1870.(.45)351.2(3.45)965.8.8eAI 4.17+9.12-5.24 .MPa/4 截面处的 为：Lh= cos = 381
6、1.56kNyNA31098.47.5782yjghjj3326210 1081.5608.56(7.)35.27.3.6kN9 8eMI平均的 =h.7.Pa=0.8s1 4.69).74.895.106.58(5 k2.6 弹性工作阶段的正应力计算2.6.1 预应力阶段 石家庄铁道学院毕业设计8传力锚固时，预应力钢筋应力 yks34s695.18(6.0931.2)74.6MPa在运营阶段，预应力钢筋有效应力 y1ks12s34s692.310.57.4.698.50MPa传力锚固时混凝土正应力钢筋预加应力的合力 3y74.5187.01N至净截面重心轴的距离 yN0e29.457.9cm
7、净截面的回转半径 r62 25.81.c9IA混凝土的正应力53y1011h2 617.95623.107987.09264.8NeMyArI (压).4kg/cm3 520212h 687.017.95132.103196648yeyArI2.54kg/c容许应力 2haa h10.7310.5kg/cmR2.6.2 运营阶段混凝土正应力-人行道，到渣槽及线路设备等（ ）产生的弯矩2M48.1kN/-换算均部荷载产生的弯矩3钢筋预加应力的合力 3y1y609.57.9410aNA石家庄铁道学院毕业设计931.940.7658a5y 23011011h2 63.91083.2.7aNMyeYA
8、rII （压）26.kg/cmha1=0.5ha23157/y 2302021hNMyeYArII5263.9.80.76513.498. 4.kg/cm72.7 抗裂性检算为了简化计算，将跨中截面简化成工字形截面截面几何特性(见图 2-1)图 2-1 工字型截面石家庄铁道学院毕业设计102.7.1 换算截面特性计算 02.619321078231.95.81.74A58cm2.7.2 换算截面对顶部水平线的面积矩 1.92019623.10172048326.031 S 395.6cm2.7.3 换算截面重心至顶部水平线的距离 30795.1608.c上y02.27m下2.7.4 换算截面重
9、心轴的惯性矩 23220 0.83148016.0.83416.03192 I1.927296.127.7812 23 645.980cm2.7.5 对截面受拉下边缘的换算截面弹性抵抗矩 6305.98104.5710c27W下2.7.6 换算截面重心轴以下部分对重心轴的面积矩石家庄铁道学院毕业设计11220 1.9712963.17173 S3.cm2.7.7 计算 值 3012.10.524857SW2.7.8 抗裂安全系数计算受拉区下边缘应力258.27.913.6kg/cm2h4kg/c2l.0./R抗裂安全系数为 f148.35.619.7K2.8 剪应力计算运营阶段处检算截面正应力
10、外，尚需检算腹板剪应力由外荷载产生的剪应力为：=Qg92.31246.d058kNkNh94gjdh0SSbII由预应力钢筋弯起产生的剪应力为： yjs0QSbI石家庄铁道学院毕业设计12其中， ywyks23s46ywsin0.5sinQAAss21yw0.5i梁截面处见应力检算 y94.1837.6.0931.2578.401369.4MPa0594586PaQ 363610 10.291.2. .403Pa787095 为了便于计算，将支点处截面简化成 T 型截面（见图 2-2）2.8.1 换算截面特性 20261907821095.718.45.09cmAj545.cm2.8.2 换算
11、截面对顶部水平线的面积矩预应力筋重心到底部的距离:y132507825621452561.3m.16ca 6.13.4cm84.9784201780)92(0 S31758.c图 2-2 T 型截面石家庄铁道学院毕业设计13换算截面对顶部水平线的面积矩 864.1539201783.0)192(6.0 S37.4cm2.8.3 换算截面重心至面顶部水平线的面积矩301758.90.4c2y上 02193.46.cmy下净截面重心至面顶部水平线的面积矩3j17.09.47cm852y上 j219.471.5cy下786.206.04.936.216. 330 I 22 1.51978.21649
12、.05cm 233j10.612.1920.6.4702.678I 22.579.5.786.064.910cm30213.478(9.)293.5610.21cmSj 070724753636y10 10559.4889MPa8945 hy.MPa.9R不需要配预应力筋石家庄铁道学院毕业设计142.9 主应力计算桥规主拉应力作为斜裂缝检算的依据 2xhyhxyzl hl2R其中： yjygdh0hx fi 0j yNeNMeYKyAIAIIIyj j0dhff 0hQSQSKbIbI对 1/8 截面梁肋处 yks34s6s2yw.5cosNA 968.02354837.91092.16.51
13、8.94 kN.7y12yw0.cos645. .ssNA3.hx27437469.87469.8(10.)796105 8210639582. 47 773.51043.9.1 46472.1.68.02. （压）hx16928MPa（压）2.4.531.07 y954.8.076354.13.26kNQ石家庄铁道学院毕业设计15kN97.318.02354.6937.50Qy 36hf 1 166112540.293.41 .6507.375.0.3MPa2 其主拉应力为2 22hxhxzl fl .07.=1.5630.2Pa3.PaR为了防止出现沿应力方向的微裂缝，需检查主拉应力。按桥
14、规要求，对截面进行主拉应力检算 2hxyhxyzl hfa0.62R对于变截面处 hx3.87MPa由于未配预应力箍筋，故 ，y0hf1.563a2hxhxzl f22a3.87.1.5634.MP0.6.315MPa8.92 R符合要求石家庄铁道学院毕业设计163 T 型桥台设计检算3.1 设计资料:(1) 桥跨资料：I 级铁路，单线，平坡，曲线；(2) 不等跨度 道渣槽钢筋混凝土粱，双侧人行道及栏杆。216m4(3) 设计活载：某铁水罐车专用活载 (4) 建筑材料：顶帽及道渣槽用 200#钢筋混凝土；(5) 台后填土为渗水土 37kN/(6) 桥台尺寸：填土高，基础埋深及有关尺寸见图(7)
15、 其他计算数据：梁上道渣槽等线路设备及双侧 1.55m 宽人行道重量为48.1 N/m(混凝土枕)，台顶道渣槽及线路设备 ( 为桥台长k 6.71Nd1度，单位，m)。3.2 确定桥台尺寸3.3 荷载计算3.3.1 竖直恒载3.3.1.1 桥跨恒载压力 1N567481263754kN23090892m().M石家庄铁道学院毕业设计173.3.1.2 桥台自重表 3-1 基顶以上桥台自重部分 体积 cm 容重 kN/m 竖直力 kN 水平距离 m N 对 A 的33力矩 k1 台顶道渣 386.9 2.982 1153.74槽及线路设备2 顶帽以上 19.65 23 451.9 2.982 1
16、347.71台顶3 顶帽 6 25 150 5.964 894.64 顶帽下 5.6 23 128.8 5.964 625.19525 台身前墙 30.243 23 695.52 5.964 4148.16 身后墙 38.5 23 885.5 2.725 2412.9基顶以上小计 2698.62 9957.14 3.3.2 台后恒载土压力道渣换算为填土 的高度：317kNm028095rh.3.3.2.1 台后直墙部分土压力台后直墙高 ，台后墙宽 。15809253mH2mb.按直墙，填土水平 ， 等条件查表得 ，o160 a10267.所以, 直墙主动土压力： 2211ax1y753739k
17、Ncos63091in84EB对基顶 A 点力矩1x1x2536098kmC().对基顶 A 点力矩yEy0E3.3.2.2 后斜墙部分土压力台后墙背仰角 ，斜墙部分高度 ，1arctn95 26.354H石家庄铁道学院毕业设计18由表查得 ，所以a0196.221x2y 0961735462532658kN2cos58cos7kNin6in01EH()b().()() .作用点至基顶截面距离:213543259m6H.c .对基顶 A 点力矩2xE2x768kNEc 对基顶 A 点力矩=y y91135(.).3.3.2.3 前墙土压力前墙承受土压力的高度和宽度分别为 2mH.,B.前设前墙
18、后填土的破裂角为 ，其中 493ab201101A()(.).前 25Bb.31604930o oootan=-+(tanct)(a+)4930493tn493.68)8716BA.300 ocos(+)tanics(41+3)17871625in9094kNE(AB).3xycos093482kNin1664E作用点距基顶距离为 ，其中3ExZ石家庄铁道学院毕业设计191tan493087162mbh.2221x22 23493076305mH(h)Z)(.前 前 前 前 前对基顶 A 点力矩3xE3x892105816kNmEZ对基顶 A 点力矩y y643947基顶以上恒载水平土压力 x
19、12x3 258基顶以上恒载竖直土压力 y12y39078241691kNE基顶以上恒载土压力对 A 点的力矩0685653402mM3.3.3 竖直活载3.3.3.1 活载情况 I（见图 3-1）根据 ，求得：0MkN2416 )175.28.057.192.875 625.13.025.14.834(3 R台顶活载压力 kN3.4.32图 3-1 活载情况（没 不（） （）(m)石家庄铁道学院毕业设计20桥台承受的活载压力 I1246132748kNR.对 A 点力矩IRR1246590054035970kNmM.().()3.3.3.2 活载情况（见图 3-2）根据 求得：0MkN49.
20、283 )89.04.279.304.589.71.1 29.135.43.17612(. R台顶活载压力 kN.3.2桥台承受的活载压力 12849384kNR.对 A 点的力矩R28349560307527507kNmM).(.)3.3.4 台后活载土压力3.3.4.1 直墙背部分土压力台后直墙高度由轨底算起 ，台后墙宽 ，轨底平面竖向1.78mH02.mB图 3-2 活载情况石家庄铁道学院毕业设计21荷载强度 。3741kPa2568.q.()活载土压： kN74.26.08.01 BqHEax1ycos395in62kN.对 A 点的力矩1xE1x 178846345819km2 .E
21、(.).(.).对 A 点的力矩为零y3.3.4.2 斜墙背部分土压力台后斜墙高度 ，后墙宽m354.62Hm2.0B20 x 2y7.163549.0.32kNcos(-)cos(1)in.in.8aEq对 A 点的力矩2xE2x0.64.2k 对 A 点的力矩 2y53(1.48)1NmE基顶以上活载水平土压 x12x7.950.7.6495kE基顶以上活载竖直土压 yy83基顶以上活载土压对 A 点力矩E53.8964.1.M3.3.5 水平制动力3.3.5.1 活载情况 I 梁上活载制动力 t1(3.5)0.734.965kNP台顶活载制动力 212纵向水平力 tIt1t4.96.8.
22、移至支座铰中心， 移至轨底处，它们对基顶的力矩：t1P2I34.965(0.87.)3.(.7634)0.5kmM3.3.5.2 活载情况梁上活载制动力 t1(.6)029kNP石家庄铁道学院毕业设计22台顶活载制动力 t23.0.19kNP纵向水平力 tI1t7638.25对基顶的力矩 =373.296 （3+0.7+0.087）+9.999 （1.78+6.324 ）tPpPTM=1494.7kN m3.4 台身底部截面的检算3.4.1 台身底部截面的截面特性截面面积： 21m6.4.534.2A截面形心至前端距离： 48.2.55.3)2(1 S截面形心至后端距离： 07.3.5惯性矩：
23、 323y 2411.(8).5.2.(.).6mI截面抵抗矩 3151.48.23SIW前 32m.07.6I后石家庄铁道学院毕业设计233.4.2 台身底部截面的偏心和应力检算表 3-2 台身底部截面的偏心检算活载情况 活载情况 I检算前端 活载情况 检算后端荷载 P N M P N M1375.4 8698.22 1375.4 8689.221竖 2698.62 9957.14 2698.62 9957.142直恒 384.58 1022.1 384.58 1022.1xE载 59.51 1022.1 59.51 1022.1y竖直活载 374.48 1970.59 384.48 200
24、0.27R活载土压 27.6495 119.183xE4.033 119.183y纵向主力合 412.23 4512.07 21767.23 384.58 4517.04 21677.59制动力或牵应力 48.287 240.45 48.287 240.45主力+附加力合计 460.52 4512.07 22007.7 432.87 4517.04 21918主力+附加力的合 4.88 4.85力对 A 点距离 4.23 4.2AMxN偏心 0.545 0.515e容许偏心 1.49 1.1843.4.3 台身底部截面应力检算T 形桥台台身截面强度一般都有富余,现以活载情况 I 检算前端应力(
25、主力组合):主力作用下,其合力对 A 点的距离= mx2176.34.8250MN合力偏心 =4.82-(1.265+3.07)=0.489me合力对台身底部截面形心的力矩=4512.07 kN7.2489.台身视为刚体时,截面上的应力为石家庄铁道学院毕业设计24kPa38.451.72061.45)(max 前前 端 WMAN2.)(ax后后 端为正值,截面全部受压,前端最大应力就是计算的 451.38kPamin当台身用 150 混凝土时,容许压应力为 5.5 =5500 比 富余很多。MPakmax垂直弯矩作用方向的受压稳定不控制,不需验算。3.5 桥台基础设计检算3.5.1 结构自重及
26、填土重计算基顶以上结构自重及填土重kN7.3054 mkN87.10AM3.5.1.2 襟边以上土重(见后页表)表 3-3 基础襟边以上土重编号 体积 （ 土重（ 对基础 A 点 对基础 A 点v)cm3k) 的力臂 的力矩1 9.72 162.54 7.4 1202.792 0.76 12.92 6.85 88.53 0.64 10.88 6.85 74.534 1.6 27.2 5.58 151.785 10.91 185.5 5.52 1023.966 1.24 21.08 4.65 98.027 7.29 124 2.55 316.448 0.22 3.74 1.07 3.999 9.
27、16 155.66 0.48 74.7247.59 809.05 2.44 1975.2610 1.83 31.13 0.48 14.940.82 13.94 0.88 12.2711 7.04 119.7 0.53 63.4合计 =1677.24 = 5100.6N土 M土石家庄铁道学院毕业设计253.5.1.3 自重 表 3-4 基础自重部分 体积 竖直力 对基础 A 点 对基础 A 点 的力臂 的力矩3(cm)vVN2第一层 9.23 212.3 2.76 590.2基础 9.12 209.8 5.75 1206.4第二层 20.01 460.23 2.38 1095.35基础 17.8
28、2 409.86 6.2 2541.13合计 19.2基N08.543基M3.5.2 基础部分土压力计算台顶台身部分计算高度 m84.2.653212 H台身宽度 =2.2m Ba0.67其土压力为 kN07.3942.67.084.1221214 HEax4ycos630975kin.1.对基顶 A 点力矩4xE对基顶 A 点力矩对基顶 A 点力矩4y8.431.92()6.02kNm5台顶台身恒载土压在检算基底时与检算台身时的差值 x41x2()7.(.4.73)8.5EEyy9021kA9.086.(.865).7NmM基础部分计算土层高度 ，基础横向平均宽度32mH基础部分土压按下式计
29、算得：4x 9.08EC.7.374623B石家庄铁道学院毕业设计265a1312x5y()17(28.)0.2673.2.89kN2.89059.68kN.4EHB对 点力矩=xA5x238.30. 29.kmEC对 点力矩=5E mk4187.93.5.3 前墙基础土压前墙承受土压的高度以 5H前计算破裂角时3.49)523.4(1)(2120 前aA.9Bb 316078.0 )3.491520)(tan3co049(tan349tantttt 0 AB1254.09.378.0)sin(cota锥体填土与前墙背交点处侧压力强度为零处侧压力强度m2.178.0.934.tan1 bh1(
30、)(75)0.426.7kParh基顶处侧压力强度 .3.)93.4()2.(2ar kPa84250176前墙基础土压石家庄铁道学院毕业设计276323x6y115.438.62()(4.2.8)()7.1kN7.0957.6kN8EHB对 点力矩=xA mk46.718.239.36 CEx对 点力矩=6yE mk54.21基础部分恒载土压kN61.39.765.306x521yEm.484.89A M3.5.4 基础部分活载土压(检算前端用)轨底到基顶的高度 13.)5.67.1(212 H基础高度 ,基础横向平均宽度= ,大于台后活载计算宽度m3H45.20B计算基础活载土压应采用 5
31、.20B基础活载土压 5310x 5y7.4.267.598kN10.sin69.8.aEqH对 点力矩=5xEAmkN8.923x对 点力矩=5y 5y(1.)0.56Ek452.1089AM基顶以上台后活载土压在检算基底时也应按最下一层基础外缘作假象竖直墙背计算,则 N4.3.67.3.70a125 BqHE它和检算台身时活载土压的差值为: k29.5.9.04536cosx4x E石家庄铁道学院毕业设计28mkN49.2318.59.407.138 51)2(06sin6cos E1a MHEHEM kN04.63.85sinyy 3.6 基底偏心及应力检算3.6.1 基底截面特性截面面
32、积 2m83.74.53.46A截面形心到前端距离 m67.383.7).5.(621 y截面形心到后端距离 m9.6.3572惯性矩 42 32305.1).498.(5.46 5.461)3.67.(.1 I截面抵抗矩核心半径 m9.083.7AW后前.1.4前后3.6.2 恒载作用下基底偏心检算基底以上水平土压力31289m36750Iy前后石家庄铁道学院毕业设计29x43x6537.90.7.98.2150.7kNEE基底以上竖直恒载kN42.795.21.9.4.6.1.26.843.175 y35y41 NN土基基底以上所有恒载对 A 点的力矩 AN12NE4x5Ey3xEy6xE
33、y9.7.453.08.9.1.85.38.746kmMMM土合力作用点到 A 点的 m3.42.75Ax合力距基底截面形心的距离(偏向前端)1.098.325.4)98.320(xe从计算结果表明,桥台在恒载作用下的偏心很小,合力作用点接近截面形心,符合要求。 石家庄铁道学院毕业设计304 桥墩的设计与检算4.1 设计资料：轨高采用 ，轨底至墩台顶 ，轨底至梁底 ,支座铰中心至支承垫石0.176m3m2.6m顶面为 ，24m 每孔梁重 ，16m 每孔梁重 ,梁上采用木枕道321567.kNkN914渣桥双侧 宽的人行道，其重为 （混凝土枕） ，不等跨.548，梁全长为 ，梁缝为 。42.或
34、0.4.2 荷载计算4.2.1 恒载4.2.1.1 由桥跨结构传来的恒载压力10.59416.7984.162.709.24kN （ ）4.2.1.2 顶帽及墩身重（1）顶帽为巨型，其体积（200 钢筋号混凝土）kN21.405.961.254.9612.3V 顶帽重： .83.0kNvr本设计要把荷载转移到承台顶部，可以仍需检算墩身底部截面，先计算墩身高度（初步拟定将承台底面布置在局部冲刷线所在水平面内）轨顶标高为 38.2m，查表得：墩身标高为：38.2-0.176-3-1.5-0.5=33.024 m其中轨高为 0.176 m，轨顶至墩台顶 3 m，托盘高度 1.5 m，顶帽高 0.5 m取墩身高为 3 m，基础高为 1.5 m，承台底布置局部冲刷线以上 0.524 m 处，采用高桩承台布置（2）托盘 200 号混凝土，其体积： 331.6V
