[铁路钢筋混凝土框架涵受力分析及结构设计]钢筋混凝土结构设计手册
时间：2019-05-28 03:26:59 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
【摘要】：根据我国现行《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)、《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)与《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)等设计规范，对设计基本原则、受弯构件、偏心受压构件承载力计算的方法、构造要求，应用于实践工程，供同行参考。
【关键词】： 混凝土结构 ，桥梁 ，建筑结构
【 abstract 】 : according to China"s present "railway bridge design basic rules" (TB10002.1-2005), and "the railway bridge reinforced concrete and prestressed concrete structure design rules" (TB10002.3-2005) and the concrete structure design rules "(GB50010-2010), such as design specification, to design basic principles, the flexural members, eccentric loading capacity calculation method, component structure requirement, applied in engineering practice, refers for the colleague.
【 key words 】 : concrete structure, Bridges, building structure
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
一、涵身结构
（1）结构形式：采用平行四边形结构，单孔为变截面框架，双孔为变截面连续框架。
（2）施工方法：按就地灌注法施工。
（3）截面尺寸的设计：
a、截面尺寸确定的原则及方法：框架各构件截面高度经技术经济比较按下述原则确定：
填土高较低的涵节（高边墙涵洞填土高较小的两级及中、底边墙涵洞）主要以控制设计截面上混凝土σw≤［σb］及主拉应力σz≤［σtp-2］为条件进行设计（［σb］、［σtp-2］分别为混凝土弯曲受压及偏心受压时的压应力与无箍筋及斜筋时主拉应力的容许值）。
填土高较高的涵节（高边墙涵洞填土高较大的两级）因顶底板梗胁起始截面处剪力较大，则按配置箍筋及斜筋设计，截面尺寸经比选后选定，截面尺寸以2cm为模数。
b、截面最小尺寸的拟定：考虑施工时，质量易于保证，本图各孔径的顶、底板及边中墙截面最小厚度定为16cm，双孔涵洞中墙厚度一般与边墙一致。
（4）加腋：为改善角隅部分的应力状态，在角隅处设计直线形梗胁。
三、结构承受的荷载：
（1）恒载：包括结构自重、填土引起的竖向及水平力、路面铺装等。
a、结构自重：钢筋混凝土容重按25KN/m计算，加腋部分自重在加腋范围内简化为均布荷载。
b、顶板上路基填方的竖向压力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.2.3条规定计算：
p=KγH(kPa)
式中γ为填料容重，H为轨底至板顶填土高，K为系数，本设计将该竖向力分成填方重(γH)与附加竖向力((K-1)γH)两部分考虑,并将前者视为主力,后者视为附加力进行组合。
c、路基填方作用于边墙的水平压力按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.2.3条规定计算：
e=ξγH1 (kPa)
式中γ为填料容重，H1为轨底至涵洞计算截面处的填土高，ξ为系数，系数采用0.25。
d、填土容重按18KN/m计算。
（2）活载：中－活载，按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）第4.3.4条规定计算：
a、活载作用于涵洞的竖向压力：
qh= (kPa)
式中h为轨底以下深度；
b、活载引起的水平压力：e=ξqh（kpa）
侧压系数ξ=0.25，不计动力影响。
c、线数：根据填土高视不利情况分别按单、双线计算，双线线间距以5m计。
d、活载冲击力：中－活载的动力系数按《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1-2005）4.3.5计算。
e、不计制动（牵引）力及长轨作用力。
（3）其它荷载：
a、涵内水压力：静水压力按主加附设计。
b、本设计不考虑地震力的影响。
四、结构内力计算：
（1）本图涵身结构计算图式按垂直于线路方向截取单宽1m，计算跨径按平行线路方向的框架宽度，计算边墙宽度为平行于线路方向墙厚计算，其轴线为构件混凝土截面中心线。
（2）地基反力按直线分布考虑。
（3）结构内力计算采用平面杆系有限单元法，单元设为等截面直杆，对于梗胁部分单元则按其两杆端有效高度（按1：3的坡线计算）
以单孔框架为例，控制截面位置如下：
五、截面配筋计算
（1）截面设计按容许应力法进行。框架顶底板按受弯构件计算，不考虑轴向力影响，边墙、中墙按偏心受压构件计算。
（2）顶、底板按照受弯构件进行受力分析，强度按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.5条各式计算，
a.混凝土压应力
b.钢筋的拉应力
式中钢筋弹性模量与混凝土变形模量之比n按其它结构项取值（C35混凝土为10）。HRB335钢筋容许应力按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.2条取值。
（3）边墙按照偏心受压构件进行受力分析，强度按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.6条各式计算，并按该规定计算主拉应力。
（4）梗胁范围截面的剪应力计算按照受弯构件变高度梁剪应力的计算方法考虑截面高度变化的影响。按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.5条计算。
（5）钢筋的配置根据弯距包络图及剪应力图进行。当构件某截面主拉应力（主力或主力加附加力组合下）超过《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）表5.2.1[σtp-2]值时,则该截面所在的半跨范围内按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.3.14条要求设置开口箍筋及斜筋。
以单孔框架为例，弯矩及配筋包络图如下：
（6）梗胁部分斜向钢筋一般按构造布置，但当顶板梗胁下缘受拉时，则据其最不利竖向截面的强度和裂缝宽度的要求设计，其配筋率不小于钢筋混凝土最小配筋率要求。
（7）裂缝宽度计算按《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）第5.2.8条进行，其容许值为主力时［δf］=0.20mm，为主＋附时，［δf］=0.24mm。
（8）设计涵节长度顺涵轴方向3～5m，纵向辅助钢筋间距一般为20cm设置，在钝角处顶板顶面及底板底面设加强钢筋，加强范围约为跨长的1/5。出入口涵节按涵身一致配筋，其长度在斜交角35度及以下用2.5m，在斜交角35度以上采用3.0m。涵节端面边墙仍采用斜面。
（9）钢筋布置，钢筋骨架沿涵轴每1/cosα米配置8或10排，钢筋保护层厚度由结构所处环境，按《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB 10005-2010）确定，纵向钢筋构造布置。
六、设计注意事项
1、若采用顶进法施工，纵向钢筋配筋率不小于3%，并应检算顶进部位局部应力，边、中墙根剪应力等，且在底板前后端做局部加强设计。
2、对于双线或多线路基下涵洞，其线路下涵节长度宜设计为5m，沉落缝宜布置在线间中央附近，以免由单独一节涵身承受活载横向分布线重叠部分的力。
3、同一涵节应避免设在软硬相差甚大的两种地基上。
参考文献
1、《铁路桥涵设计基本规范》TB 10002.1-2005
2、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》TB 10002.3-2005
3、《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》TB 10002.4-2005
4、《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB 10005-2010
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
