制梁台座设计计算书Word下载.docx
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G1=819.05t
底模重：
G2=50t
内模重：
G3=80t
施工荷载（包括人员走动、机具设备、振动荷载）
外模重：
4.2、材料性能指标
主要材料强度指标
序号
材料名称及强度等级
强度种类
强度设计值（MPa）
1
C20砼
轴心抗压
10
轴心抗拉
1.10
2
C25砼
12.5
1.30
3
C30砼
15
1.50
4
热轧钢筋HPB235
210
5
热轧钢筋HRB335
300
5、基础设计
5.1、基础形式的选择
结合规划场地内的地质的实际情况，制梁台座端部采用钻孔桩基础,中部整板式基础，三条纵梁底部横向连接，截面形式见图5.1-1、图5.1-2。
根据制梁场地地层情况，桩基设计为直径1.0m钻孔桩，桩基按摩擦桩进行设计，桩顶与梁固结。
台座中部每条纵梁底部布置21根直径0.4mCFG桩.
图5.1-1：
制梁台座端部截面图（mm）
图5.1-2：
制梁台座中部截面图（mm）
5.2、基础内力计算模型
本设计外荷载均取时速350km客运专线32m双线预制箱梁，梁自重819.05t（参照通桥（2005）2322-Ⅱ）确定。
制梁台座在设计时针对中部和端部不同受力特点分别采用不同的荷载设计组合。
5.2.1、中部基础计算荷载
工况一：
梁体浇注过程中，梁体的重量由台座和外模共同承担，外加施工荷载、振动荷载、底模重量。
中部台座在梁体浇注后受力达到最大，整个底模按均匀受力考虑，此时底板承受的竖向荷载包括梁体自重、内模自重（80t）、底模自重（45t），外模两条轨道中一条轨道支撑在台座底板上，按1/2自重荷载（90t）参加组合。
混凝土底板设计时忽略条形纵梁对底板的加劲作用，条形纵梁自重按恒载计入底板设计荷载，这种处理对底板结构是偏于安全的.
5.2.2、端部基础计算荷载
工况二：
梁体初张以后，由于梁体的反拱作用，梁体的重量主要由桩基础承担，外加底模的重量、钢绞线的重量、锚具的重量、二次作业荷载。
制梁台座端部基础在梁体初张后受力最大，为工况二。
由于钢绞线的重量、锚具的重量、二次作业荷载目前暂无法计算，按梁重的2%考虑;
由于梁初张后的反拱度，故按梁重的1/2考虑作用在桩基上。
荷载分布按集中力加载。
G1=819.05/2×
2.6/2.5=425.9t。
钢绞线的重量、锚具的重量、二次作业荷载：
G2=819.05/2×
2%=8.19t。
G3=45×
2.5/34=3.3t（按平均分配计算）
每个条形基础自重：
G4=2.6×
2.5×
0.5×
0.9=2.93t
故作用在承台上每个集中力：
F1=（425.9+8.19+3.3+2.93）/4×
10=1100.8KN.
承台桩自重:
F2=2.5×
1.5×
6.8×
10=637.5KN.
单根基自重（按20米长考虑）:
F3=0.849×
20×
10=424.5KN.
6、结构分析
6.1、端部基础
台座端部桩基与底板刚性固结，设计验算中忽略地基对承台的弹性支撑及桩侧向约束作用，偏安全地仅考虑桩底约束作用,桩长按20米计算,结构计算简图如下:
6.1-21模型图
采用midas/civil建模进行结构分析，得到：
单桩支承反力:
N=（1100.8×
4+637.5）/2+424.5=2913.1KN。
桩顶弯矩:
M=1098.4KN×
0.45m=34.72KN.m。
台座跨中弯矩:
M=1679.73KN。
6.1-2反力图
6.1-3Mz图
6.1-4My图
6.2、中部基础
6.2.1台座中部地基承载力验算
混凝土底板设计时忽略条形纵梁对底板的加劲作用，条形纵梁自重按恒载计入底板设计荷载。
中部荷载由63根CFG桩平均分配承受,桩长按10米计算.偏安全的不考虑地基对底板的弹性支撑.
G1=819.05×
2.6/2.5=851.8t。
底模、内模、侧模重：
G2=（45+80+90/2）=170t.
G3=2.6×
29×
1.2=45.24t
砼整板基础自重:
G4=2.6×
6.5×
0.5=245.05t
故每根桩最大支承反力:
N=（（851.8+170）×
10×
29/32.6+45.24×
3×
10+245.05×
10）/63+10×
0.126×
2.4×
=234.96KPa.桩底最大反力N=234.96KN。
单桩承载力标准值按下式确定：
[P]=1/2（UΣLτP+AσR）。
其中，U—桩身周长；
L-局部冲刷线以下有效长度
τP—桩壁土的平均极限承载力；
A—桩底面积；
R28—桩体标准立方体试块28天抗压强度；
σR—桩尖处土的极限承载力。
按摩擦桩估算CFG桩基承载力，取地质勘探报告地基较软弱处位置计算:
表6.2-1中部CFG桩基承载力计算
桩径（m）
0.4
桩端截面积（m2）
0.126
桩身周长（m）
1.256
备注
土层
地质勘察报告
揭示层厚（m）
地质勘察报告桩极限
侧阻力取值（KPa）
端阻力取值（KPa）
桩侧阻力（KN）
（1）
种植土
0.8
未计该层
（2）
粉质黏土
6.1
80
612.93
（3）
圆砾
3.9
100
2000
389.36
（4）
花岗岩全风化
8.6
90
1800
（5）
花岗岩强风化
7.3
120
2600
（6）
花岗岩中风化
3500
.
∑桩侧阻力
1002.29
桩极限端阻取值（KPa）
桩端阻力（KN）
252
取设计桩长为10m，则单桩竖向承载力特征值=1/2（ULτP+AσR）
627.15
注：
取承载力标准值为627.2KN＞234.96KN,满足要求！
6.2.2台座中部地基沉降验算
6.2.2.1CFG桩复合地基承载力特征值初步估算：
fsp,k=mRa/Ap+β（1-m）fsk
式中fsp,k———复合地基承载力特征值（KPa）；
m———面积置换率；
Ra———单桩竖向承载力特征值（KN）；
Ap———桩的截面积（m2）；
β———桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75~0.95,天然地基承载力较高时取大值；
fsk———天然地基承载力特征值。
m=0.126×
63/（28.5×
4.8）=0.058,Ra取627.151KN,Ap=0.126m2,β取0.85;
则fsp,k=0.058×
627.2/0.126+0.85×
（1-0.058）×
220
=464.9KPa.
按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007）复合地基的压缩模量提高系数ζ=fsp,k/fsk=464.9/220=2.11。
6.2.2.2台座中部地基沉降验算:
p0=P/A=（851.8+170）×
10/（32.6×
7）+（45.24×
3+475.2）×
10/（7×
29）=74.87KPa
沉降量:
S=msΣ（hiσzi/ＥＳi）
式中,S—地基总沉降量,cm;
σzi—第i层土顶面与底面附加应力的平均值,ＭPa
ＥＳi—第i层土的压缩模量,ＭPa,
hi—第i层土的厚度,cm;
ms—沉降计算经验系数;
计算算基础中心O点的沉降量:
①基础底面附加应力σ0=σ-γd=74.87-2.0×
10=44.87KPa.
②地基中的附加应力,用点法计算,分成（l=14.5m,b=3.5m）四个矩形.附加应力
σ0=4acσ0KPa.查表计算如下:
深度z（m）
l/b
（z-1.5）/b
应力系数ac
附加应力
σ0=4acσ0KPa
1.5
4.1
0.25
44.87
4.2
0.77
0.22
39.49
6.9
1.54
0.16
28.72
9.6
2.31
0.12
21.54
③地基受压深度,因在9.6米深处已是圆砾层,压缩量非常小,故不再考虑更深土层.④地基沉降计算分层计算层厚度h≤0.4b=2.8m,取分层厚2.7m.
⑤取地质勘察报告中地基最弱处地质情况,计算如下表:
表6.2.2-1地基沉降计算
土层编号
土层厚度（m）
土的压缩模量ζＥＳ（ＭPa）
平均附加应力σ0（KPa）
沉降计算经验系数ms
沉降量（mm）
备注
2.7
2.11×
9.0
（44.87+39.49）/2=42.18
0.6
3.6
粉质黏土
（39.49+28.72）/2=34.10
2.9
30.0
（28.72+21.54）/2=25.12
0.2
圆砾
合计
6.7
相同方法计算B点地基沉降量为1.9mm.C点地基沉降量为3.7mm。
6.2.3台座中部底板配筋计算:
由于上部结构刚度相对而言较大，整体弯曲产生的内力大部分由上部结构承担，底板仅按局部弯曲进行计算。
计算局部弯曲时，取单位宽度板条，按倒梁法计算内力，地基反力假定按直线分布。
根据前面计算可知：
7×
0.9=475.2t
中部底板地基平均净反力（不计基础自重）：
Pj=[（851.8+170）*29/34]*10/（6.8*29）=44.2KPa
条形纵梁均布荷载q=[（851.8+170）*29/34]*10/（3*29）=100.2KN。
6.2.3.1中部底板内力计算
为简化计算分别将底板划分为横向和纵向板条，其中纵向条带宽取条形纵梁间距，横向取1.0m宽板条。
计算简图如图6.2.3-1、图6.2.3-2。
1、横向板条内力计算
采用倒梁法,以条形纵梁为支点,底板按多跨连续单向板计算内力，结果如下：
图6.2.3-3支点反力图
图6.2.3-4底板弯矩图
图6.2.3-5底板剪力图
由于按照多跨连续梁计算得到支点反力与纵梁实际反力不相符，需对支座反力进行调整，将支座计算反力与实际反力的差值平均分配在支座两侧各1／3跨度内，重新计算底板内力，并对内力叠加，当不平衡力不超过20％时，取内力叠加值作为底板内力设计值。
结果如下：
图6.2.3-5调整反力图
图6.2.3-6调整弯矩图
图6.2.3-7调整剪力图
调整后两侧支点反力R1=114.52-13.51=101.0kN,中间支点R2=71.52+27.15=98.7kN，
不平衡力分别为0.71kN（1.63kN）<
100.2×
20%=20.02kN，满足精度要求。
叠加得到底板内力：
跨中弯矩M中=3.644＋0.832=4.48kN/m；
支点弯矩M支1=34.531-2.499=32.03kN/m；
支点弯矩M支2=9.258+3.359=12.62kN/m。
最大剪力Q=59.27-6.37=52.9kN
2、纵向板条内力计算
纵向板条可简化为墙下条形基础，采用弹性地基梁模型计算地基的反力及底板内力。
中部台座地基采用CFG复合地基，根据场区勘测资料，天然土基压缩模量Es＝9.0MPa,
复合地基压缩模量Esp=ζEs=2.11×
9.0=18.99MPa；
地基变形模量E=βEs={1-2ν2/（1-ν）}Es,查表取泊松比ν=0.3
E={1-2×
0.32/（1-0.3）}×
18.99=14.11mPa
地基抗力系数k=p/sm
式中P—地基平均反力，取74.87kPa；
sm—底板平均沉降值，sm＝（4×
1.9+2×
3.7+6.7）/7=3.1mm
k=p/sm=74.87/0.0031=24151.6kN/m3,取24000kN/m3。
集中抗力系数ks=kb=24000×
2.15=51600kN/m2。
建立弹性地基梁模型，计算纵向板条内力如下：
图6.2.3-8纵向板条弯矩图
3、底板配筋计算
底板横向钢筋按横向板条内力计算结果进行配筋，其中横向上筋以底板跨中弯矩计算，横向下筋以底板支座弯矩计算；
纵向钢筋以纵向板条内力进行配筋。
底板上筋As1=M/（0.9fyh0）=4.48/（0.9×
300000×
0.45）=0.00003687m2；
按照最小配筋率0.15％的要求，As1’=0.15%×
（1.0×
0.45）=0.000675m2＞As1
即底板横向上筋仅需按构造要求设置，每米配筋5φ14@200=0.00077m2。
底板横向下筋As1=M/（0.9fyh0）=32.03/（0.9×
0.45）=0.0002636m2；
仅需按构造要求设置，每米配筋5φ14@200=0.00077m2。
底板纵向钢筋采用采用midas/civil自带钢筋混凝土截面设计计算器进行配筋计算，结果如图6.2.3-9。
根据计算结果，台座纵向配筋如下：
条形纵梁顶面钢筋计算面积As3=0.0010275m2,采用4φ20@150,实际配筋面积=0.001257m2;
底板纵向钢筋面积As4=0.0010275m2,亦采用4φ20@150；
底板其它纵向钢筋均按构造要求设置，采用φ14@200均匀布置；
条形纵梁箍筋及其它分布筋均采用φ10@200。
图6.2.3-9底板纵向板条配筋计算
4、底板冲切及剪切验算
1）底板受冲切力按下式计算：
Fl≤0.7βhpftumh0,式中：
βhp—受冲切承载力截面高度影响系数，当截面高不大于800mm时，取0.8;
ft—混凝土轴心抗压强度设计值，取15mPa;
um—距基础梁h0／2处冲切临界截面的周长；
h0—冲切临界截面有效高度；
Fl—冲切临界锥体承受地基净反力值。
代入有关数值：
0.7βhpftumh0＝0.7×
0.8×
15000×
2.0×
0.45=6720kN
＞Fl=44.2×
1.0×
0.75=33.2kN,满足要求。
2）底板受冲切力按下式计算：
Vs≤0.7βhsftbh0,式中：
βhp—受剪切承载力截面高度影响系数，βhs=（800/h0）1/4,当截面高h0不大于800mm时，取0.8;
b—剪切临界截面的边长，取1.0m；
h0—剪切临界截面有效高度；
Vs—距基础梁h0处剪切临界面剪力设计值。
0.7βhsftbh0＝0.7×
0.45=4725kN
＞Vs=44.2×
0.375=16.6KN,满足要求。
7、桩基础设计
7.1、单桩承载力计算
7．1．1端部桩基础
桩底最大反力N=2913.1KN。
[P]=1/2（UΣLτP+AσR）
L-局部冲刷线以下有效长度
取地质勘探报告地基较软弱处位置计算:
表7.1-1端部桩基承载力计算
1.04
0.849
3.267
1594.3
1274.1
2528.7
548.9
1.4m
5946
2207.4
取设计桩长为20m，则单桩竖向承载力特征值=1/2（ULτP+AσR）
4076.7KN
承载力标准值为4076.7KN＞2913.1KN,满足要求！
7.2、桩身强度计算:
桩身最大受压强度P=410.82KN/0.196=2.10MPa<
12.5MPa,满足要求.
7.3、桩基配筋计算
采用midas/civil钢筋混凝土截面设计计算器进行配筋计算，结果如图7.3-1：
其中纵向受力钢筋面积为00.00260155m2,配筋率0.33％。
根据《混凝土结构设计规范（GB50010-2002）》关于“钻孔桩纵向受力钢筋的最小配筋率”的要求，受压构件为0.4%,
。
为满足对称配筋的要求,配筋16φ16
满足要求！
螺旋筋采用φ8光圆钢筋，螺距200mm，为便于钢筋笼运输、吊装，钢筋骨架每2m设置一道φ16加强筋，以提高骨架整体刚度。
图7.3-1基桩配筋计算
8、端部台座设计
采用midas/civil钢筋混凝土截面设计计算器进行配筋计算，结果如图8-1：
图8-1端部台座配筋计算
根据配筋计算可知：
台座板顶钢筋面积为0.005475m2,采用28φ16，A=0.005630m2;
台座板底钢筋面积为0.0054375m2,采用28φ16，A=0.005630m2;
箍筋采用4肢φ12，在桩顶及两侧1.0m范围内，间距为10cm,其它位置可按构造要求设置，分布钢筋采用φ10光圆钢筋，间距20cm。
附图1：
制梁台座桩基配筋图
附图2：
制梁台座断面布置图
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