9616896m连续刚构铁路梁桥设计计算原则.docx

1、9616896m连续刚构铁路梁桥设计计算原则 主桥(96+168+96)m连续刚构施 工 图 设 计主桥设计原则一、 设计范围及依据 2二、 设计采用规范及规定 2三、 主要技术标准 2四、 地形地貌、水文、地质及气象条件 3五、 线路平、纵断面 4六、 荷载及主要设计指标 4七、 建筑材料 8八、 刚构连续梁设计及检算 9九、 施工方法 13一十、 附属构造及其他 13一十一、 提高耐久性措施 14一十二、 有关环保要求 15一十三、 绘图标准 15一、 设计范围及依据：（一）、设计范围新建主桥（96+168+96）m连续刚构施工图设计（主桥梁部及相应的主墩、边墩墩身和基础设计）。（二）、设

2、计依据1、 铁道部计划安排。2、 铁道部鉴定中心“初步设计审查意见”（尚未下来）。3、 新建铁路施工图设计桥涵补充设计细则。二、 设计采用规范及规定：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、 铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范(TB10002.4-2005)；4、 铁路桥涵地基和基础设计规范(TB10002.5-2005)；5、 新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定（铁建设函2005285号）；6、 新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定（2006.6）；7、 铁路混凝土结构耐久性设计暂行

3、规定（铁建设2005157号）；8、 铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）；9、 铁路桥涵设计细则（桥隧处1997年8月10日颁布实施），简称细则；10、 公路桥涵设计通用规范（JTG D62-2004）；11、 公路桥梁抗风设计规范（JTG/T D62-01-2004）。三、 主要技术标准（一）主要技术条件1、 铁路等级：级；2、 正线数目：双线；3、 限制坡度：13；4、 牵引种类：电力；5、 机车类型：货机SS4，客机SS9、动车组；6、 列车设计行车速度：客车200km/h，货车120 km/h。7、 设计活载：中-活载；检算活载：长大货物列车SW/2；8、 建筑限界：按2

4、00km/h客货共线铁路双层集装箱运输建筑限界（暂行）中电力牵引基本建筑限界执行。（二）有关线路标准（1）轨道：按重型轨道标准设计，按轨道专业要求，在主跨跨中设置温度调节器。（2）竖曲线：当相邻坡段的坡度差大于等于1时，以圆曲线型竖曲线连接，竖曲线半径为15000m。（3）线间距：4.4m。（4）上建高度：轨道高度0.901m，轨底至路肩0.725m，轨底至梁顶：0.7m。四、 地形地貌、水文、地质及气象条件（一）地形地貌本桥为跨越河口庙水库库尾水道而设，桥位处较狭窄，水位较低。地形起伏较大。（二）水文及立交要求河口庙水库位于靖、横两县交界处的无定河一级支流芦河中游，流域面积1670平方公里，

5、区间控制流域面积604平方公里。截止96年2月26日，库内水位为1140米，相应库容2000万立方米，其中淤积1460万立米（系测算数据），现实际蓄水量为540万立米。水库最高水位1149.35m。主桥范围内无立交要求。（三）地质条件、地质参数及水文地质本桥所在区域为毛乌素沙漠南缘，大部分表层覆盖粉细砂，局部表层松散，下伏白垩系下统砂岩和侏罗系中统泥岩。轻微沙化。对于砂岩，风化程度为W4，承载力为300kPa，桩侧摩阻力参照同等承载力的砂土取值为60kPa；风化程度为W3，承载力为400kPa，桩侧摩阻力取值为120kPa。对于泥岩，风化程度为W2，承载力为600kPa，桩侧摩阻力取值为110

6、kPa。桥址区地表水主要为大气降水，地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，主要受大气降水及芦河水补给。地下水对普通混凝土不具侵蚀性。地震基本烈度：6度，地震动峰值加速度小于0.05g。岩土施工工程分级：、级，属于类场地。土壤最大冻结深度：1.2m。（四）气候条件本桥位于绥德和靖边之间，绥德和靖边两处的气象资料见下表。沿线各气象站气象资料统计表(19912001) 项 目站名历年极端最高气温（C）历年极端最低气温（C）历年平均降水量(mm)历年平均蒸发量(mm)历年最冷月平均气温(C)历年最热月平均气温(C)历年平均气温(C)历年最大风速（m/s）及风向历年主 导风 向历年最大积雪厚度（cm）绥德

7、39.8-24.1393.42288.4-7.2暂缺10.320 NWSE，C19靖边36.4-27.3395.81942.6-8.522.29.113 NS，SSW13五、 线路平、纵断面（一）、平面：本桥位于直线上，双线线间距为4.4m。（二）、纵断面： 线路里程路肩高程(m)坡度DK374+3001244.989（无竖曲线影响）DK375+1501252.63六、 荷载及主要设计指标1、 设计荷载1） 恒载(1) 梁体结构自重：容重26.5kN/m3；(2) 二期恒载：双线采用164.0kN/m，包括钢轨、扣件、垫板、枕木、道碴、防水层、保护层、电缆槽、挡碴墙、人行道栏杆及基础、人行道步

8、板等；（此值与2201相差较大，按2201推得178kN/m，需商榷）(3) 基础不均匀沉降：主墩、边墩分别按单墩沉降20mm计算。(4) 收缩徐变：混凝土收缩按-10计，徐变采用老化理论。2） 设计活载：中-活载。活载动力系数：3） 施工荷载：主梁悬浇施工时不平衡荷载，挂篮及施工机具等按1500kN计（动力系数1.2或0.8）。T构两段已完成混凝土偏差2，在浇筑段进程差按半块考虑，挂篮走行差2m。设计不平衡重采用20吨。4） 风力：（1）静止风载桥上无车时：WK1K2K3W0K1 1.4（桥墩纵向）、1.2（桥墩横向）、1.3（梁部）K2 1.56K3 1.3W0 650PaW 1845Pa

9、、1582Pa、1714Pa桥上有车时：W=0.8W=17140.81371.2Pa1250Pa，取W=1250Pa。（2）考虑风振影响的静阵风荷载本桥为高墩大跨结构，最大悬臂施工阶段应考虑风振对结构的影响。因铁路规范中未给出风脉动作用的计算方法，所以按公路桥涵设计通用规范、公路桥梁抗风设计规范，将风振效应按静阵风荷载施加在结构上，并通过墩身强度和位移加以控制。具体计算如下：式中 WZ作用于主梁或者桥墩上的静阵风荷载强度（kN/m2）； Vg 静阵风风速（m/s）； VZ 基准高度Z处的风速（m/s），当计算列车风力时，取VZ25 m/s； GV 静阵风系数，按公路桥梁抗风设计规范表4.2.1

10、取值； CH 桥梁各构件阻力系数，计算桥墩时，按公路桥梁抗风设计规范表4.4.2查取； 空气密度（kg/m3），取为1.25 kg/m3； V10桥址区设计基本风速（m/s），取V1020 m/s； k2 风速高度变化修正系数，按公路桥涵设计通用规范表4.3.7-3取用，k21.45； k5 阵风风速系数，计算中取k51.38；大悬臂施工阶段风荷载检算，除了对称加载外，还应考虑不对称加载工况，其加载图示如下：5） 主梁温度力：刚构合拢温度为515，体系温差按升温25，降温25计，主梁日照温差按顶板均匀升温5以及沿箱宽方向非线性温差10分别计算。墩身需考虑不均匀温度荷载，按两侧温差10计。6）

11、人行道荷载：N=5kN/m2，设计主梁时不与列车活载同时计算。7） 制动力、牵引力：按列车竖向静活载的10计，两主墩按刚度分配原则计算，承担主桥全部制动力、牵引力，边墩主桥侧按支座摩阻力考虑。8） 地震荷载：基本烈度6度，动峰加速度值小于0.05g。本桥跨度超出铁路工程抗震设计规范范围，地震力检算及防落梁措施设置尚需研究。9） 长钢轨作用力、断轨力等按轨道专业要求计入。10） 横向摇摆力：列车横向摇摆力为活载主力，取100 kN，作为一个集中活载作用于桥梁结构最不利位置，其作用点在垂直线路中线的钢轨顶面。11） 检算荷载：主桥须进行长大货物列车检算，SW/2长大货物列车计算图示如下：2、 主要

12、设计指标：1） 梁部计算安全系数及各阶段应力表： 梁部设计安全系数及各阶段应力指标 顺号项目检算条件控制条件1设计安全系数强度安全系数运营荷载下K2.2（主力）K2.0（主+附）安装荷载下K1.82抗裂安全系数运营荷载下Kf1.2（主力）Kf1.2（主+附）安装荷载下Kf1.13预应力钢绞线应力（MPa）预加应力时的锚下钢绞线控制应力con0.75fpk4传力锚固时钢绞线控制应力p0.65fpk5运营荷载下钢绞线应力p0.60fpk6疲劳荷载作用下钢绞线应力幅p1407钢筋应力（MPa）疲劳荷载作用下带肋钢筋应力幅s1508混凝土应力(Mpa)传力锚固时混凝土压应力c0.75fc9传力锚固时混

13、凝土拉应力ct0.70fct10运营荷载下混凝土压应力c0.50fc11运营荷载下混凝土拉应力ct012运营荷载下混凝土最大剪应力c0.17fc13运营荷载下混凝土主拉应力tp0.7fct14抗裂荷载下混凝土主压应力cp0.60fc15抗裂荷载下混凝土主拉应力tpfct注：fpk为钢绞线之抗拉强度标准值；fc、fct 分别为预加应力时混凝土轴心抗压、抗拉极限强度；fc、fct 分别为混凝土轴心抗压、抗拉极限强度。2） 梁体刚度及变形限值(1) 在中-活载双线加载作用下，梁体竖向挠度不大于L/900；(2) 在列车横向摇摆力、风力和结构横向两侧温差引起的温度力作用下， 梁体的水平挠度应小于或等于

14、梁体计算跨度的1/4000。(3) 在中活载静力作用下梁端竖向折角不应大于3。(4) 成桥运营后，恒载引起的梁体竖向挠度不大于L/1400；(5) 梁体自振频率限值：根据铁道部建鉴199293号文件关于南昆线四座大桥横向刚度的补充技术要求中对大跨度连续梁和连续刚构全桥整体横向自振周期的限值的规定，即：横向第一阶自振周期应满足（秒），且，其中：L为连续梁或连续刚构的主跨长度。主桥动力刚度是否满足行车要求应按车桥耦合动力分析判定。(6) 桥墩纵、横向位移须满足：纵向：L+H+0.4f +0.5R+D5（mm）L+H+f +D5（mm）横向：S+0.4f +0.5R+DS+f +D由墩台横向水平位移

15、差引起的相邻结构物轴线间的水平折角不得超过1。式中：L 桥梁跨度（m），L采用相邻跨中较小跨的跨度。 桥墩墩顶弹性水平位移（mm），包括由于墩身和基础弹性变形以及基底土弹性变形的影响。L活载产生的墩顶纵向位移；H制动力（牵引力）及支座反力偏心产生的墩顶弹性水平位移；f 作用于墩、梁、列车上的风荷载产生的顺桥向或横桥向墩顶弹性水平位移；R日照温差产生的墩顶弹性水平位移；（整体升降温是否考虑，如何考虑？）D基础变形引起的墩顶弹性水平位移；S列车横向摇摆力产生的墩顶弹性水平位移。七、 建筑材料：（一）、混凝土：主梁及主梁梁底以下6m范围内刚臂墩墩身采用C55混凝土，封端采用C55无收缩混凝土；刚臂墩

16、墩身、防撞墙、人行道栏杆基础及电缆槽竖墙等采用C40混凝土；梁顶防水层、保护层采用4cm厚C40聚丙烯纤维混凝土；边墩采用C30混凝土；人行道栏杆及人行道步板采用C30混凝土；钻孔桩及承台均采用C30混凝土；。（二）、预应力体系：1、纵向预应力体系：预应力钢筋采用75抗拉强度标准值为1860MPa的高强低松弛钢绞线，公称直径15.2mm，其技术条件应符合GB/T5224-2003标准。张拉控制应力可采用0.71fpk，钢筋与锚口之间的摩擦损失按6fpk考虑。管道形成采用金属波纹管。锚具采用OVM系列锚具。2、横向预应力体系：预应力钢筋采用抗拉强度标准值为1860MPa的高强低松弛钢绞线，公称直

17、径15.2mm，其技术条件应符合GB/T5224-2003标准。张拉控制应力可采用0.726fpk，锚口损失按6fpk考虑。锚固体系采用BM15L-5、BM15P-5。管道形成采用90x19mm扁形金属波纹管。3、竖向预应力体系：竖向预应力钢筋采用32mm预应力混凝土用螺纹钢筋PSB830，抗拉强度为fpk1030MPa，规定非比例延伸强度为R0.2830MPa，断后伸长率为s6，80R0.2 10h后应力松弛率1.5，1000h后应力松弛率4，其技术条件应符合预应力混凝土用螺纹钢筋（尚未颁布）。锚固体系采用JLM-32型锚具，张拉采用YC60A型千斤顶；管道形成采用内径45mm铁皮管成孔。为

18、保证竖向预应力筋的有效作用，应在文件中说明施工过程中粗钢筋应进行二次或多次张拉。计算中只考虑25%效应，主拉应力按铁路规范进行控制。（三）普通钢筋：采用HRB335钢筋和Q235钢筋。（四）钢材：避车台钢材均采用Q235钢材。（五）支座：主桥支座采用LQZ 12500 SX-200-0.002和LQZ 12500 DX-200-0.002球型支座。（六）桥面泄水管及管盖：PE管材及管件。八、 连续刚构设计及检算：（一）主要结构尺寸及优化主桥采用（96+168+96）m预应力混凝土连续刚构，主桥全长361.6m。梁体为单箱单室变高度变截面箱梁结构，支点处梁高11.6m，高跨比为1：14.48，跨

19、中和边跨端部梁高6.0m。梁体下缘除中支点处13m、中跨中部10.0m和边跨端部17.8m梁段为等高直线段外，其余按二次抛物线变化。箱梁顶板宽11.46m，底板宽7.8m。除梁端附近区段及刚臂墩顶外，顶板厚度为55cm，底板厚度按二次抛物线由50cm变化至110cm，腹板厚度由50cm按直线变化至100cm。梁体在端部、跨中和主墩处共设置了七道横隔板，端部横隔板厚度1.6m，跨中横隔板厚度1.0m，刚臂墩墩顶处横隔板厚度1.5m。半中支点半中跨中截面见下图。刚构墩墩高87（77）m。采用矩形空心墩，墩顶6m为等截面段，纵、横向尺寸分别为10m、8.6m，壁厚1.5m；6m以下部分为变截面，纵向

20、外坡80：1，内坡90：1，横向外坡14：1，内坡16：1。空心墩顶与梁体连接部分设0.7m实体段，墩底设置5m实体段，纵、横向壁厚最小1.5m，最大1.607（1.592）m、2.188（2.089）m。联间墩采用圆端形空心墩，太方墩为变截面空心墩，纵向尺寸5m，横向11.2m，壁厚1m，外侧坡度40：1，内侧坡度70：1；中方墩为等截面空心墩，纵向4.6m，横向8m，壁厚0.7m。联间墩墩底设置3m实体段。空心墩均在墩顶设置进人洞，内部设检查梯。（主墩尺寸按动力特性和经济指标进行多方案比选，尚需讨论研究确定）（二）计算内容及方法1、纵向平面计算利用 BSAS软件模拟结构施工、运营等不同的阶

21、段，按施工步骤进行施工阶段应力及施工稳定性检算，对成桥后运营阶段内力及应力、变形进行检算，确定主梁截面预应力钢束布置以及刚臂墩控制截面内力。并进行箱梁截面的抗弯、抗剪、抗裂以及斜截面抗弯及抗剪强度检算。荷载组合：1）主力：恒载(包括预应力)+活载+混凝土收缩、徐变影响+基础变位2）主力+纵向附加力：组合1+制动力+纵向风力+整体升降温度3）施工荷载：恒载(含预应力)+混凝土收缩、徐变影响+施工临时荷载+风力4）验算荷载：恒载(包括预应力)+混凝土收缩、徐变影响+基础变位 +SW/22、主梁横截面计算横向采用桥梁博士程序进行计算。选取刚臂墩墩顶梁段、中跨中梁段、边跨1/2跨度梁段、腹板加厚之后两

22、个梁段等的横截面，按铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范第4.3.9条，简化为支承在主梁腹板中心线下缘的箱形刚架计算。荷载包括：结构自重、桥面系恒载、横向预应力、列车活载、人行道活载、列车横向摇摆力、温度力等。其中，列车活载应考虑纵、横向分布宽度，求得纵向每延米的活载，再沿梁横向分布宽度进行加载。温度力分别计算日照及寒潮影响，计算模式如下。日照模式 寒潮模式荷载组合：1）主力：恒载（含预应力）+混凝土收缩和徐变+活载2）主+附：主力+温度力（取日照、寒潮两者不利者）3、空间计算利用MIDAS软件建立空间实体模型，分析结构的各个方向的振型模态，对结构进行初步的动力分析，并分析高墩横桥向抗

23、风能力，整体升降温及日照温差所产生的结构内力、变形等，同时对平面计算进行校核。荷载组合：1）主力：恒载（含预应力）+混凝土收缩和徐变+基础沉降+活载2）主+纵向附加力：主力+制动力+纵向风力+温度力3）主+横向附加力：主力+横向风力+温度力4、局部应力分析墩与梁体连接部位空间受力复杂，利用有限元分析软件，取0号块及墩顶6m等截面段建立空间整体模型进行局部应力分析，确保结构安全、可靠。分析所用外荷载（如预应力、两端截面的轴力、剪力、弯矩等）由平面计算提供。5、墩身及基础检算1） 边墩墩身按混凝土偏心受压构件计算,墩身截面合力偏心矩e按纵横向合成计算并符合下述规定： 主力 e0.5S 主力+附加力

24、 e0.6S 主力+特殊荷载 e0.7S式中S系沿截面重心与合力作用点的连线上量取，自截面重心至该连线与截面外包轮廓线的交点的距离。2）墩身截面强度计算按桥规TB10002.4-2005第5.1.3条及桥规TB10002.3-2005第5.2.6条计算。应力提高系数采用如下：主力 1.0 主力+附加力 1.3 主力+特殊荷载（地震力除外） 1.43）桥墩的整体稳定性计算按桥规TB10002.4-2005第5.1.2条进行计算。4）裂缝检算本桥主墩为钢筋混凝土结构，属偏心受压构件，其裂缝计算见桥规TB10002.3-2005第5.2.8条。裂缝宽度容许值为：主力 wf0.2mm 主力+附加力 w

25、f0.24mm5）温度应力根据桥梁墩台第6.3.3节和桥梁通用资料第三章第四节第6小节内容对主墩、边墩进行温度应力及温度钢筋计算。6）桥墩固端干扰应力固端干扰弯曲应力按截面最大应力的50%计算。在固端干扰范围内增设加强钢筋，固端干扰区域长度Si计算公式如下：t ：墩壁厚 R ：检算截面的横向中曲面半径 7）桩基础及承台计算根据平面计算及空间计算结果对主墩、边墩进行桩基础计算，刚性角超限者同时进行承台配筋计算。9）主、边墩检算荷载组合：（1）主力：恒载（含预应力）混凝土收缩、徐变及基础沉降+活载（2）主+附：主力+制动力+纵向风力+温度力（3）悬臂施工检算：恒载（含预应力）混凝土收缩、徐变+施工

26、临时荷载+风力（4）边墩施工检算：恒载+施工临时荷载+风力（三）基础及其构造要求基础均采用钻孔桩基础，主墩桩径2.0m，边墩桩径1.5m。桩基础承台应满足刚性角要求，一般不超过35度，不满足要求时，优先通过增加承台厚度或加台解决；当增加承台厚度而使圬工量增加较多时，可按刚性角不超过45度控制，此时承台配筋应根据计算确定。角桩刚性角不得超过45度。 九、 施工方法：本桥梁部采用悬臂施工方法。首先，施工31#、32#刚构墩及墩顶0号块，而后张拉纵横向预应力束及竖向预应力钢筋，同时施工两边墩。然后，从两主墩处对称悬臂浇注各梁段。两端施工不平衡重，考虑施工机具、人员等临时荷载分布不平衡以及两端梁段混凝

27、土浇筑进度差（不超过2m）等因素，不考虑挂蓝坠落。 先合拢中跨，中跨合拢后悬浇边跨两个不平衡段，同时在两边墩顶托架上现浇边跨墩顶梁段3.8m，然后合拢两个边跨合拢段。一十、 附属构造及其他：（一）挡碴墙的设置本设计挡碴墙在梁体合拢后进行现场灌筑，梁体施工时，应预埋防撞墙钢筋，以确保挡碴墙与梁体的整体性，同时应每隔2m左右设10mm断缝。（二）应注意接触网支柱设置处电缆槽的位置，以保证通信槽和电缆槽有足够的空间。（三）接触网支柱：接触网支柱设于桥面，基础位置处梁体悬臂应进行局部加宽、加强。（四）通风孔的设置在结构两侧腹板上设置两排直径100mm的通风孔，顺桥向间距2m左右，上层通风孔距离悬臂板根

28、部0.6m左右，下层距离梁底2.5m左右。（五）桥上排水系统 为保证桥上排水通畅，桥梁顶面挡碴墙内侧设置2的人字形排水坡，在挡碴墙内侧桥面板设置间距4m、内径150mm的PE泄水管。为使电缆槽内及水通过挡碴墙流到桥面排水孔，挡碴墙外侧电缆槽内的保护层应设置2的流水坡，电缆槽竖墙每2m预埋50mmPE管，挡碴墙预留过水孔。（六）检查孔的设置根据维修养护需要，在梁端底板中心距离梁端2.3m设置80cm的圆形进人孔，进人孔周围应用8mm环形箍筋加强。（七）防震落梁措施（是否需要设置？）为保证梁部结构在地震力等特殊荷载下的安全性，在梁与边墩之间设置防震落梁措施。防震落梁措施按7度设计。（八）桥面防水层

29、梁顶设垫层及TQF-I型防水层及聚丙烯纤维混凝土保护层及磨耗层，施工时注意按要求设排水坡及安设PE排水管。（九）人行道及栏杆本桥采用预制混凝土人行道板和预制混凝土栏杆。（十）避车台及防护网桥上设置钢避车台，沿顺桥向每30m左右设置一对。顺桥向每两座避车台之间设置一处防护网。（十一）伸缩缝参照通桥（2005）2001-I设置。（引桥简支梁与主桥桥面宽度不一样，如何处理？）一十一、 提高耐久性措施本桥处于T1环境之中，桥梁结构设计须满足铁路混凝土耐久性设计暂行规定的相关要求。提高结构耐久性措施如下：（一）防水层应在挡碴墙、电缆槽竖墙、底座板施工后铺设。挡碴墙下设置排水孔，应保证桥面防水层的完整性，并保证排水畅通。 （二）预应力钢筋或管道间净距：对于钢丝束及精扎螺纹钢筋，当管道直径等于或小于55mm时，不应小于40mm；当管道直径大于55mm时，不应小于管道外径。（三）预应力钢筋或管道表面