【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)方案比選后，采用八跨一聯(lián)連續(xù)梁橋， 28m+6 42m+28m，總長為 308m，采用單箱單室箱型梁 ， 支座處腹板加厚。 梁高根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)，取 4m。 梁高不變， 與 簡支 — 連續(xù)的施工方法 相適應(yīng)。 橫斷面尺寸 的擬定 根據(jù)要求，高速鐵路雙車道，上翼緣板寬 ，選用單箱單室箱型截面。 以便布置預(yù)應(yīng)力束 ， 頂板厚度取 38cm；底板厚 60cm，支點(diǎn)處 截面腹板厚 140 cm，跨中截面腹板 厚為 80 cm，中間 腹板 厚度呈線性變化；頂部承托尺寸為 45cm45cm，底部承托尺寸為 45cm45cm。 截面如圖 2圖 22 所示： 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 圖 21跨中處 截面橫截面 (單位 : m) 圖 22支點(diǎn)處 截面橫截面 (單位 ： m) 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 本橋主要材料 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用 C50 混凝土；預(yù)應(yīng)力鋼筋采用 ? 17 低松弛高強(qiáng)度鋼絞線 ， 面積為 139mm178。；墩身采用 C40 混凝土；普通受力鋼筋采用 HRB400 鋼筋；構(gòu)造鋼筋采用 R235 鋼筋。 預(yù)應(yīng)力管道采用預(yù)埋金屬波紋管 k=， μ=。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 第 3 章 內(nèi)力計算 荷載規(guī)定 我國現(xiàn)行《 高速鐵路設(shè)計規(guī)范 (試行 )》 (TB106212021 J9712021)中，將荷載分為主力、附加力和特殊荷載。主力包括結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用期內(nèi)其值不隨時間變化的恒載和由移動荷載引起的活載。具體要求見表 31。 表 31 鐵路橋荷載規(guī)定 荷載分類 荷載 主力 恒 載 結(jié)構(gòu)構(gòu)件及附屬設(shè)備自重 預(yù)加 應(yīng) 力 混凝土收縮 和 徐變的影響 土壓力 靜水壓力和水浮力 基礎(chǔ)變位的影響 活載 列車豎向靜活載 公路豎向靜活載（需要時） 列車豎向動力作用 長鋼軌伸縮力和撓曲力 離心力 橫向搖擺力 列車 活載 所產(chǎn)生的 土壓力 人行道 及欄桿的 荷載 氣動力 附加力 制動力或牽引力 風(fēng)力 流水壓力 冰壓力 溫度變化的 影響 凍脹力 特殊荷載 列車脫軌荷載 船 只 或排筏的撞擊力 汽車撞擊力 施工荷載 地震力 長鋼軌斷軌力 注： 1 如桿件的主要用途是承受某種附加力，則計算桿件時，該附加力應(yīng)按主力考慮； 2 長鋼軌伸縮力、 撓曲力、斷軌力及其與制動力或牽引力等的組合，應(yīng)符合鐵路橋上無縫線路設(shè)計的有石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 關(guān)規(guī)定； CRTSⅡ 型板式無砟軌道作用力應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況另行研究； 3 流水壓力不與冰壓力組合，兩者也不與制動力或牽引力組合； 4 列車脫軌荷載、船只或排筏的撞擊力、汽車撞擊力和長鋼軌斷軌力，只計算其中一種荷載與主力相組合，不與其他附加力相組合； 5 地震力與其他荷載的組合應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范》 GB50111 的規(guī)定； 荷載內(nèi)力計算方法 計算方法 本設(shè)計在計算內(nèi)力時采用了有限元分析軟件 Midas/Civil。該軟件適用于橋梁結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)建筑、大壩、港口等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計。 Midas 是一種有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計 有限元分析軟件。 Midas/Civil 是 為能夠迅速、準(zhǔn)確地完成類似結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計，以填補(bǔ)目前土木結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計軟件市場的空白，而開發(fā)的 “ 土木結(jié)構(gòu)專用的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計軟件 ” 。 它可以 分析象預(yù)應(yīng)力箱型橋梁、懸索橋、 斜拉橋 等特殊的橋梁結(jié)構(gòu)形式，同時可以做非線性邊界分析、水化熱分析、材料非線性分析、 靜力彈塑性分析 、動力彈塑性分析。 Midas/Civil簡介 Midas/Civil 軟 件是有限元分析 軟件中的一種，有以下 主要特點(diǎn)： (1)提供剛構(gòu)橋、板型橋、箱型暗渠、頂推法橋梁、懸臂法橋梁、移動支架 (滿堂支架 )法橋梁、懸索橋、斜拉橋的建模助手。 (2)提供菜單、表格、文本、導(dǎo)入 CAD 和部分其他程序文件等靈活多樣的建模功能，并盡可能使鼠標(biāo)在畫面上的移動量達(dá)到最少，從而使用戶的工作效率達(dá)到最高。 (3)提供桁架、一般梁 (邊截面梁 )、平面應(yīng)力 (平面應(yīng)變 )、只受拉 (只受壓 )、間隙、鉤、索、加勁板軸對稱、板 (厚板 /薄板、面內(nèi) /面外厚度、正交各向異向 )、實(shí)體單元 (六面體、楔形、四面體 )等工程實(shí)際時所需的各種有限元模型。 (4)提供中國、美國、英國、德國、歐洲、日本、韓國等國家的材料和截面數(shù)據(jù)庫，以及混凝土收縮和徐變規(guī)范和移動 荷載 規(guī)范。 (5)提供靜力分析 (線形靜力分析、熱應(yīng)力分析 )、動力分析 (自由振動分析、反應(yīng)譜分析、時程分析 )、靜力彈塑性分析、動力彈塑性分析、動力邊界非線形分析、幾何非線形分析 (Pdelta 分析、大位移分析 )、優(yōu)化索力、屈曲分析、移動荷載分析 (影響線/影響面分析 )、支座沉降分析、熱傳導(dǎo)分析 (熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射 )、水化熱分析 (溫度應(yīng)力、管冷 )、施工階段分析、聯(lián)合截面施工階段分析等功能。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 (6)在后處理中，可以根據(jù)設(shè)計規(guī)范自動生成荷載組合，也可以添加和修改荷載組合?？梢暂敵龈鞣N反力、位移、內(nèi)力和應(yīng)力的圖形、表格和文本。 (7)提供靜力和動力分析的動畫文件；提供移動荷載追蹤器的功能，可找出指定單元發(fā)生最大內(nèi)力 (位移等 )時，移動荷載作用的位置；提供局部方向內(nèi)力的合力功能，可將板單元或?qū)嶓w單元上任意位置的接點(diǎn)力組合成內(nèi)力。 (8)可在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析后對多種形式的梁、柱截面進(jìn)行設(shè)計和驗(yàn)算。 計算模型的建立 材料和截面的定義 按照設(shè)計任務(wù) 書的要求，主梁采用 C50 混凝土，在 Midas/Civil 軟件 的模型菜單中，選擇材料和截面，進(jìn)行材料和截面的輸入，本設(shè)計中，采用了 等 截面設(shè)計 ， 支座處截面腹板厚 ，跨中處截面腹板厚 ， 支座到跨中截面 腹板 呈線性變化。 單元劃分 建立模型時，要盡量使所建模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)一致。本設(shè)計中，根據(jù)主梁節(jié)段的劃分，將沿梁全長共劃分了 309 個節(jié)點(diǎn) ， 308 個單元。橋梁模型如圖 31 所示。 圖 31橋梁模型 該橋?yàn)榘丝邕B續(xù)梁橋，從兩端起到中間依次逐孔連續(xù)。 施加約束 該橋?yàn)?八跨一聯(lián) 連續(xù)梁橋， 橋梁的約束條件與施工過程有關(guān)。 從兩端起到中間依次逐孔簡支變連續(xù)，簡支梁橋兩支座分別是固定支座（ 約束了 x、 z 方向的移動 ）和活動支座（ 約束了 z 方向的移動 ）。 具體 施工過程如 圖 32 所示。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 施工階段一 施工階段二 施工階段三 施工階段四 施工階段五 施工階段六 施工階段七 圖 32橋梁各施工階段約束圖 1 413 414 415 426 427 428 309 1 29 415 424 281 309 1 29 415 416 417 422 423 424 281 309 1 29 71 417 422 239 281 309 1 29 71 417 418 419 420 421 422 239 281 309 1 29 71 113 419 420 197 239 281 309 1 29 71 113 155 197 239 281 309 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 由于橋梁是對稱結(jié)構(gòu)，墩臺編號為 08，取半結(jié)構(gòu) (左半結(jié)構(gòu) )節(jié)點(diǎn)號與控制截面對應(yīng)關(guān)系見表 32 表 32 節(jié)點(diǎn)號與控制截面對應(yīng)關(guān)系表 節(jié)點(diǎn)號 控制截面 節(jié)點(diǎn)號 控制截面 1 0 墩永久支點(diǎn) 92 第三跨跨中 15 第一跨跨中 113 3 墩永久支點(diǎn) 29 1 墩永久支點(diǎn) 417 3 墩臨時支點(diǎn) 413 1 墩臨時支點(diǎn) 418 3 墩臨時支點(diǎn) 414 1 墩臨時支點(diǎn) 134 第四跨跨中 50 第二跨跨中 155 4 墩永久支點(diǎn) 71 2 墩永久支點(diǎn) 419 4 墩臨時支點(diǎn) 415 2 墩臨時支點(diǎn) 420 4 墩臨時支點(diǎn) 416 2 墩臨時支點(diǎn) 恒荷載的施加 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋恒載內(nèi)力計算與所采用的施工方法有著直接的關(guān)系。主梁恒載內(nèi)力，包括自重引起的主梁自重 (一期恒載 )內(nèi)力 和二期恒載 (如鋪裝、欄桿等 )引起的主梁后期恒載內(nèi)力。 (1)自重荷載 對于 Midas 軟件，定義自重產(chǎn)生的內(nèi)力時，首先定義荷載工況名稱自重，然后令自重系數(shù)中的 Z=1，其余兩個系數(shù) X 和 Y 均為零，然后軟件會 根據(jù)單元截面形狀和混凝土的密度 自動計算出結(jié)構(gòu)的自重。 (2)二期荷載 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已有相似資料，可估算 二期荷載集度為 ： q=220kN/m， 施加二期荷載需要通過添加連續(xù)梁單元荷載來完成，首先定義荷載工況名稱二期荷載，然后定義荷載類型為分布荷載，最后定義均布荷載分布的起始點(diǎn)和終點(diǎn)位置，并且將荷載集度一欄都輸入 220kN/m (負(fù) 號代表與 z 軸正方向相反 )即可。 活載的施加 活載 采用 ZK 活載，荷載的施加通過 Midas 軟件 中添加移動荷載命令實(shí)現(xiàn)。移動荷載定義分四個步驟： (1)定義車道 (適用于梁單元 )或車道面 (適用于板單元 )； (2)定義車輛類型； 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 (3)定義移動荷載工況； (4)定義移動荷載分析控制 — 選擇移動荷載分析輸出選項(xiàng)、沖擊系數(shù) 計算方法和計算參數(shù)。 圖 33 ZK活載 移動荷載的施加方法，對于不同的結(jié)構(gòu)形式有不同的定義方法。對于梁單元，移動荷載定義采用的是車道加載。對梁單元這里又分為單梁結(jié)構(gòu)和有橫向聯(lián)系梁的梁結(jié)構(gòu)，對于單梁結(jié)構(gòu)移動荷載定義采用的是車道單元加載的方式，對于有橫向聯(lián)系梁的結(jié)構(gòu)移動荷載定義采用的是橫向聯(lián)系梁加載的方式。 本設(shè)計要采用車道單元加載的方式。進(jìn)入 “ 荷載 移動荷載分析數(shù)據(jù) ”菜單， 首先選擇移動荷載的規(guī)范為中國規(guī)范，其次定義車道，選擇全梁進(jìn)行車道的定義，定義兩個方向相反的單向車道，梁偏心距分別為 和 (負(fù)號表示在截面中心的右側(cè) )。然后定義標(biāo)準(zhǔn)車輛，選擇鐵路荷載規(guī)范，并選擇 ZK 活載，最后定義移動荷載工況，將兩車道與車輛進(jìn)行組合并定義車道最小為 1，最多為 2。 此外，還必須考慮沖擊的影響， 本設(shè)計采用 《 高速鐵路設(shè)計規(guī)范 (試行 )》(TB106212021 J9712021)的計算方法： 列車在豎向活載包括列車豎向動力作用時，該列車堅向活載等于列車靜活載乘以動力系 (1+μ)， (1+μ)按下 列公式 計算 ： ZK 活載作用下 ： 0 .5φ1 + = 1 + ( 1 .4 4 /( 0 .2 ) 0 .1 8 )L? (31) 式中 ， L? — 加載長度，其中 ，按 計算，簡支梁為梁的跨度， N 跨連續(xù)梁時取平均跨度乘以下列系數(shù)， N=2 N=2 N=2 N? 5 1+μ小于 1 時，取 1 當(dāng)計算 L? 小于最大跨度時，取最大跨度。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 本設(shè)計中， L? = 1+μ= 溫度荷載的施加 由于混凝土材料的導(dǎo)熱性能差，各種溫度 變化的作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生相當(dāng)大的應(yīng)力、變形 ， 因此需要 考慮溫度的作用效應(yīng)。 本設(shè)計在考慮橋跨結(jié)構(gòu)由溫度 梯度 引起的荷載效應(yīng)時，只考慮了 梁上下截面溫差為 20℃ 。 故在 Midas 軟件中選擇 梁截面 荷載， 選擇全梁，根據(jù)《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 ( J4622021) 箱梁沿板厚度的溫差曲線按下式計算 (圖 33)。 y 01TTaye?? (33) 式 中： Ty—— 計算 y 處的溫差； T01—— 箱梁梁高方向的溫差，取 20℃ ； a—— 由于采用無碴軌道，故取 5m1 計算結(jié)果如表 33所示 表 33 溫度曲線計算表 距頂面距離 y（ m） 0 溫度（ ℃ ） 20 支座位移荷載的施加 連續(xù)梁橋由于 各支座處的豎向支座反力和地質(zhì)條件的不同 會 引起支座的不均勻圖 34 梁厚度溫差曲線