毕业答辩-兰州至乌鲁木齐蔡家沟段铁路简支梁施工图设计

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1、兰州至乌鲁木齐铁路简支梁桥设计蔡家沟段设计 一 文献综述近年来随着桥梁技术的发展，大跨度预应力连续梁、连续刚构、斜拉桥 、悬索桥等新型结构迅速涌现，但目前我国铁路20m及以下跨度的桥梁仍普遍采用钢筋混凝土简支梁桥，如济南局兖北特大桥全长2.6Km，共78孔，其中跨度为20.0m的共52孔，胶新线跨205国道特大桥全长0.78Km，共33孔，其中跨度为16.0m的共21孔。据调查资料显示，以上例子在全国许多铁路干线均有采用，尤其是中小桥梁应用更为普遍。中小跨度钢筋混凝土简支梁桥因其适用范围较广，施工周期短，便于养护及更新改造，不受基础条件限制，便于在曲线上使用，易于标准化设计，且其桥跨结构易于实

2、现工厂化生产和现代化机械批量运输及架设，故铁路中小跨钢筋混凝土简支梁桥仍有较大的优势和广阔的应用前景。 二 选题的目的与意义 兰州至乌鲁木齐蔡家沟铁路简支梁桥设计，该线处于平原地带，桥梁多为跨越中小河流及公路立交而设，其跨度一般在20m以下，且既有线桥梁均为钢筋混凝土或预应力混凝土简支梁桥。为在较短的时间内完成全线大量桥梁设计任务，基于以上文献所述钢筋混凝土简支梁桥的特点及优越性，根据现场勘察资料，结合该工程现场既有线桥梁设计经验，特拟订本线桥梁设计以钢筋混凝土简支梁桥为主要结构类型。蔡家沟中桥为跨越蔡家沟而设。调查资料表明，设计桥位处河宽91m，常年无水，因此采用中小跨度钢筋混凝土简支梁桥跨

3、越河道设计简单，经济合理，便于施工，且该处既有桥梁亦位钢筋混凝土简支梁桥，对新桥设计、施工、养护维修均有重要的参考价值。 本次毕业设计内容涉及知识面较广，有力学、机构设计原理、地基基础、桥梁工程等专业知识，还有计算机应用、CAD绘图等方面的知识。要做好本次毕业设计，需要熟练掌握各门所学专业知识，查阅较多参考资料，并结合实际灵活应用，在设计过程中提高自己知识应用能力和锻炼自己自学能力。 三 研究的重点内容 本毕业设计涉及的内容有桥台定位及尺寸设计，桥墩定位及尺寸设计，梁体设计及检算，基础设计及检算，支座设计及检算等，其中本次毕业设计主要研究问题有四个方面： 1.梁体设计及检算； 2.桥墩设计计算

4、； 3.基础设计计算; 4.桥台尺寸拟定及检算 四 设计流程简图 五 具体的设计内容简要1.方案比选（共有四种方案） 最后选下列方案5孔跨度为18.5米适合本次设计 2.桥梁设计(1)设计依据及计算资料 1、计算跨度：L=18.5m；梁全长L0=19.0m； 2、线路情况：级、直线、平坡； 3、设计活载：中活载；4、设计依据：铁路桥涵设计规范TB10002.399（简称桥规）， 铁路混凝土结构设计原理（北京交通大学卢文良） 结构力学（李廉锟教授主编） 桥梁工程（北京交通大学 夏禾 季文玉 韩冰） 土力学（北京交通大学 赵成刚 白冰主编）（2）梁体承受荷载计算 恒载：线路设备、道碴、人行道自重（

5、参考专桥1010） 活载：为中活载，为了简化计算，采用中活载的换算荷载（参照结构力学教材表6-1）（3）梁体截面形状及截面尺寸拟定梁体结构及截面尺寸按桥规经比较选定如下： 桥梁采用低高度钢筋混凝土梁，其截面形状采用较为广泛采用的工字型，每孔梁分成两片，架设后，利用两片梁之间的横隔板联结成整孔。梁高采用h=1.35m，梁梗中心距为1.8m下翼缘宽度采用120cm，高度为20cm，下梗肋坡度为1：2。桥面道碴板，顶宽（一孔梁）为3.9m，最小厚度采用20cm（4）钢筋设计及应力检算 受拉纵筋设计（以跨中截面为准）计算结果如下图所示腹筋设计（绘制剪应力图，确定需配腹筋的区段） 故设置腹筋的区段为梁的

6、全长范围斜筋设计（所需斜筋的根数：18根）通过三角形面积等分法确定斜筋的位置 在上图3-5中，由斜筋承受的面积0为三角形。将此三角形BCD分为9等份，18根斜筋分9批弯起，每批弯起2根。在图3-6的材料图中，M=5134KN.m由图3-6可见，材料图恰当地覆盖了弯距图，在配置斜筋的区段内，任何竖向截面至少能有2根斜筋相交，故抗剪、抗弯强度均符合要求。 此外，在上述弯起斜筋以外，在靠近支座处还弯起了一批斜筋6N11，这是为了加强支座截面而设的，不在抗弯计算之内。上下翼缘板和梁肋连接处剪应力检算 工字型梁在上下翼板和梁肋连接处的竖向截面上存在着水平剪应力(如图3-7a所示)。如果该处翼板厚度不足，

7、则此水平剪应力将很大，甚至可能大于梁肋中性轴处剪应力。为此要对该处水平剪应力进行检算，以保障翼板能可靠地参加工作。由于梁端截面剪力最大，因此本设计仅就梁端翼板与梁肋连接处水平剪应力进算。 经过相关资料公式的检算，上下翼缘板和梁肋连接处剪应力是符合要求的。 经裂缝宽度和挠度的检算也是符合相关规范的 3 桥墩设计桥墩类型的选择 根据现场地貌、地质情况及已知设计资料等确定本设计采用重力式实体钢筋混凝土桥墩，桥墩截面形状经方案比选，并参照以往设计经验，认为矩形截面桥墩混凝土圬工较省、模板构造较简单，施工简便，适应与无水、静水或水流较小的河道上，因此本设计确定桥墩截面形状为矩形。桥墩构造及尺寸拟定根据桥

8、规设计要求并参照有关桥墩设计标准图，初步拟定桥墩顶帽形状及尺寸如图（4-1）所示：基础类型的选择及尺寸拟定根据现场地质资料分析，并基于便于施工、降低工程成本缩短工期等因素考虑，确定本桥桥墩基础采用明挖扩大基础，基础采用C20混凝土浇注。基础有关尺寸如上图（4-2）所示。（3）桥墩检算1.基本计算资料 （1）、桥跨结构：等跨L=18.5m道碴桥面预应力混凝土梁，梁全长19.0m，梁缝0.1m，轨底至梁底高度为1.85m，支承垫石高度0.3m，钢支座高0.135m，每孔梁（包括桥上线路设备、道碴、人行道等）自重由第三节梁体设计的荷载计算里算出P=250KN/m=100KN/m。钢筋混凝土容重=25

9、KN/m3，混凝容重25KN.m （2）、桥上线路情况：级线路，单线，直线，平坡，设计行车速度V=120km/h（3）、荷载：列车活载为中-活载，风压强度无车时W=2.10kN/m2，有车时W=1.20kN/m2。（4）、无水流，冻结深度1.2m。（5）土质情况：第一层为砂黏土，液性指数IL=0.65，空隙比e=0.85，基本承载力0=203KPa，土的容重=18KN/m3。第二层为黏土，液性指数IL=0.15，空隙比e=0.70，基本承载力0=360KPa，土的容重=19.5KN/m3，粘性土变形模量实验测得E0=9103MPa。2.荷载计算 （1）、恒载：由桥跨结构传来的恒载压力 、顶帽、

10、支承垫石、托盘及墩身重（2）活载对于各检算项目的最不利活载图式为单孔轻载和双孔重载，分别计算如下：、单孔轻载：活载布置如图4-3所示。 、双孔重载：活载布置如图4-4所示（4）墩身检算墩身整体纵、横向稳定检算纵、横向稳定最不利荷载为双孔重载（分别为顺桥向和横桥向）通过公式 、式中 K安全系数，主力加附加力时K=1.6；N0作用于墩台顶面处的轴向压力； Ncr墩台顺截面回转半径较小方向弯曲的纵向弯曲 临界荷载 把相关数据代入上式可知，墩身的纵横向都是符合要求的（2）、墩底截面混凝土强度检算 按公式 进行检算其中N作用于墩台顶面的轴向压力； G检算截面以上顺轴向的墩台自重； M墩底弯距 ； W墩底

11、截面模量，W =ab2/6 ； A检算截面的面积，由表得A=11.1m2。 把相关数据代入公式得1.55MPa由于C15混凝土容许压应力桥规规定4.6MPa，墩底混凝土压应力远小于容许压应力，故墩身混凝土强度满足设计要求。由于当地石料较多，为降低材料成本，经检算，墩身采用片石混凝土或浆砌片石也是满足设计强度要求的，其具体检算过程同（3）墩底合力偏心检算检算纵向合力偏心检算 纵向合力偏心检算时的最不利荷载组合为双孔重载+制动力+纵向风力横向合力偏心检算 横向合力偏心检算时的最不利荷载组合为双孔重载+横向风力。（4）墩顶纵向弹性水平位移检算 墩顶弹性水平位移由两部分组成，一部分由桥墩挠曲变形引起的

12、位移1，另一部分为地基土变形引起的位移2，总位移为两者叠加 将作用于桥墩的纵向风力换算为均布线荷载为4.4KN/m，计算简图如图4-5所示采用图乘法计算梁顶A点位移1 通过计算符合要求（5）基础检算基底土质情况：第一层为砂黏土，厚1.8m，基本承载力0=203KPa，土的容重=18KN/m3。第二层为黏土，距基底1.4m，基本承载力0=360KPa，土的容重=19.5KN/m3。 荷载计算：基础自重，覆土自重 基底检算：地基承载力检算，地基承载力检算最不利荷载为桥墩自重+双孔重载+制动力+风力。 基底合力偏心检算，基底合力偏心检算最不利荷载为桥墩及基础自重+基底以上土重+双孔重载+制动力+风力

13、 通过相关公式的计算符合规范。4 T型桥台的设计与检算（1）桥台类型的比选 桥台本身应具有足够的强度、刚度和稳定性，对桥台地基的承载力、沉降量、地基与基础之间的摩擦力等都有较高要求。由于该地区砂石料较丰富，采用重力式桥台节省钢材，较为经济，且重力式桥台结构及受力简单，便于设计和施工。基于多方面因素考虑，本桥桥台拟T型桥台，根据桥址出地质资料计算，桥台基础采用C15混凝土扩大基础满足设计要求。（2）桥台构造（详见图纸）（3）桥台尺寸的拟定（4）T型桥台的验算 竖直恒载：（1） 桥跨恒载压力（2）桥台自重 台后恒载土压力：（1 ）台后直墙部分土压力（2）后斜墙部分土压力（3）前墙土压力 竖直活载：

14、（1 ）活载情况I（2）活载情况 台后活载土压力：（1） 直墙背部分土压力（2） 斜墙背部分土压力 水平制动力：（1 ）活载情况I （2）活载情况 台身底部截面的检算：（1） 台身底部截面的截面特性（2）台身底部截面的偏心和应力检算（3 ）台身底部截面应力检算 桥台基础设计检算:（1） 结构自重及填土重计算（2）襟边以上土重（3 ）自重 （4） 基础部分土压力计算 （5） 前墙基础土压（6） 基础部分活载土压(检算前端用) 通过对基底偏心及应力检算是符合相关要求的图3-2 活载情况图3-1 活载情况5 支座设计支座是桥跨结构的支承部分，其作用是将桥跨结构的支承反力传递给墩台，并保证桥跨结构在荷

15、载作用下能满足设计所要求的变形。为此，要求桥梁支座必须具有足够的承载能力，对设计要求的变形的约束应尽可能的小，同时便于安装、养护、维修甚至进行更换。（1）由于支座一般为标准的定型产品，一般不做支座的设计及检算，仅根据本桥的结构特点及该地区的气候条件、地震烈度等条件选用适当的支座类型。工程实践证明，采用衡水生产的圆柱面钢支座承载力高，抗震能力强。其特点为：支座通过球面传力，因而作用到支承混凝土上的反力较均匀。基于以上圆柱面钢支座特点及本设计的具体情况，经过技术经济比较最终确认本设计选用YZM-250型钢支座。（2）支座组成：圆柱面钢支座主要由下支座凹板、球冠衬板、上支座滑板、聚四氟乙烯滑板（平面和球面各一块）、橡胶密封圈和防尘罩等部件组成。（3）支座工作原理：其水平位移原理与盆式橡胶支座相同，靠上支座板和平面聚四氟乙烯板之间的滑动实现的，但转动位移则与盆式橡胶支座的原理不同，它是靠球形板和球面聚四氟乙烯板之间的滑动实现的。（4）支座强度检算 由于圆柱面钢支座为标准的定型产品，其强度满足铁路有关规范及国标要求，因此本设计不再进行支座的强度检算。