XX工业园区体育中心钢结构二标段游泳馆500t履带吊行走吊装道路加固处理方案Word下载.docx
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500T履带吊系统(包括路基箱)约为789T,吊件重量20.5T。
考虑动力系数及荷载不均匀系数,将其作用于两排路基上分布的面积上,如图所示:
每排路基箱的分布面积为11.55m×
5m,分布压力为:
9.8×
(789+20.5)×
1.8/2/11.55/5=123.6kPa。
②模型说明及结果
有限元模型采用ANSYS建立。
土体和表面200mm厚度的混凝土均采用三维实体单元SOLID45建立,采用Drucker-Prager土体模型,考虑大变形和弹塑性分析。
土体材料性质按照《XX工业园区体育中心项目详勘(2013-k-185)7.12》设置。
模型的边界条件为:
约束土体侧面及地下室外墙的水平自由度,约束土体地面的竖向自由度。
采用ANSYS软件进行土体在履带吊荷载作用下的受力分析,计算收敛表示土体稳定。
土体的变形和地下室墙体的受力情况如下:
最大下陷变形约为174mm,位于履带吊的站位附近。
注意:
该变形达到174mm,下陷变形较大,现通过手算予以校核:
按照《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》和土质勘察报告,采用分层总和法计算地基沉降。
与有限元计算结果相近,说明履带吊作用下,场地表层土下陷明显,下方土质较好,可作为持力层,因此应在表层予以加固。
加固方式采用在地基表层换填500mm道渣(碎石),回填夯实后保证压实系数0.97,采用分层总和法计算换填后的沉降。
换填后,可发现表层土的沉降量显著减小,仅为7.21mm。
土层的等效应力最大值为170kPa,位于第三层土层和第四层土层。
仅有土体自重时,墙体收到的压力荷载分布如下图:
可以发现土体自重时,墙体收到的压力荷载主要集中在中下部,最大为60KN。
同时考虑土体自重和履带吊荷载时,墙体受到的压力荷载分布如下图:
从墙体受力可见,墙体受到的最大压力约为76.5kN(墙体中下部),墙体上部收到的压力为零,与土体自重荷载作用时相比,最大压力仅增大了(76.5-60/60=27.5%。
墙体各坐标点收到的荷载值列表如下:
X
Y
F(kN)
8.65
0.00
74.52
0.48
67.95
10.58
75.74
69.28
12.50
76.17
69.73
14.43
16.35
0.95
64.50
1.43
58.09
65.99
59.81
66.50
60.40
1.91
53.91
2.38
49.53
56.04
52.07
56.78
52.96
2.86
44.97
3.34
40.22
47.99
43.70
49.04
44.92
3.81
34.76
4.29
27.80
38.67
32.12
40.02
33.64
4.77
17.94
5.24
0.94
23.00
5.09
24.78
6.86
5.72
18.28
68.13
61.80
58.36
52.08
47.65
43.03
11.31
38.17
33.13
27.36
23.32
20.36
21.64
19.96
3.60
6.35
8.24
10.42
2.08
14.04
14.45
59.97
16.81
61.69
20.57
6.73
20.44
22.78
26.43
26.44
28.53
31.72
32.01
33.93
36.77
37.25
39.00
41.52
42.44
29.11
43.97
25.94
46.13
24.13
48.78
20.95
50.22
18.32
52.22
15.67
52.39
12.86
53.76
9.83
55.61
6.84
58.70
3.76
0.80
1.68
3.36
5.04
59.98
42.45
25.00
33.92
36.76
16.80
将上述墙体受力荷载表通过MIDAS软件加载到地下室外墙模型中,外墙模型根据设计院提供的计算模型,得出外墙受力情况如下:
由有限元算法结果显示,外墙受到的最大弯矩为-209.05KN·
M,位于墙底。
下面用手算法进行外墙收到的主动土压力校核:
条件:
1、土质参数:
容重γ=19kN/mm,静止土压力系数K=0.50,地下水位标高为-3.23m;
2、地下室外墙参数:
墙厚d=600mm,墙高6.25m。
3、材料参数:
混凝土强度等级为C40,fc=19.1N/mm,钢筋为HRB335,配筋信息为墙外侧为25@150,内侧为20@150,钢筋抗拉强度为fy=300N/mm;
4、堆载信息:
距离墙面12m处存在一个长度为11.55m的均布荷载,荷载值为123.6Kpa
外墙荷载工况示意图
计算:
1、荷载计算,土压力按主动土压力计算。
(考虑地下水影响)
①-0.1m标高处土压力为:
(墙顶)
Ea0=0.5γh²
tan²
(45°
-φ/2)-2ctan(45°
-φ/2)=-20.14kPa
②-3.23m标高处土压力为:
(地下水位)
Ea1=0.5γh²
-φ/2)=13.122kPa
③-6.35m标高处土压力为:
(墙底)
Ea2=Ea1+(20-10)×
(6.35-3.23)×
-φ/2)+0.5×
20×
(6.35-3.23)=61.162kPa
根据以上对应标高的土压力值,在CAD中放样,同时根据朗肯土压力理论考虑超载的情况,可得到下图:
其中超载可按照h’=p/γ=123.6/19=6.5m进行履带吊对土产生的附加应力放样。
结果:
图中阴影区域为实际主动土压力,由CAD可得出面积(即主动土压力Ea)为225.2KN/m,作用点为距离墙底1.58m处。
考虑外墙两端固定,可算得外墙所受最大弯矩为-197KN·
M,同样位于墙底。
(此处计算属于简单超静定结构力学计算,过程略)
结论:
由手算法得出的外墙所受最大弯矩小于有限元算法,因此以有限元算法得出的最大弯矩值校核外墙强度。
根据《混凝土结构计算手册》,混凝土强度为C30,钢筋等级为HRB335,配筋面积为2700mm²
的板截面能承受422.56KN·
M的弯矩。
而该地下室外墙信息为C40混凝土,HRB335钢筋,外侧配筋信息为25@150,配筋面积As=2943.8mm²
因此外墙抗弯承载力满足设计要求,且具有较大安全系数。
裂缝宽度计算:
取1m的墙宽作为墙单元的裂缝计算,计算过程如下:
一、计算依据
①GB50010-20107.1.2
②地下室外墙受拉区为地下室外墙内侧,配筋信息和环境等级按照结构图纸确定
二、基本资料
截面尺寸bxh:
1000x600
受拉区纵筋:
HRB3356D25
纵筋放置:
单排
砼等级:
C40
受拉筋保护层厚度:
10mm
准永久组合下弯矩值:
197kN·
m
三、计算最大裂缝宽度ωmax
As=2945.2mm2
Ate=300000.0mm2
ρte=As/Ate=0.010取ρte=0.010
v=1.0
deq=25.00mm
ho=577mm
σs=Mq/(0.87*ho*As)=133.13MPa
ftk=2.39MPa
ψ=1.1-0.65*ftk/ρte/σsk=-0.067取ψ=0.200
c=10mm<
20mm取c=20mm
αcr=1.9
ωmax=αcr*ψ*σs*(1.9*c+0.08*deq/ρte)/Es=0.06mm<
ωlim=0.3mm
地下室墙体加固措施
为保证后期施工时对墙体影响的最小化,采用如下扶壁顶撑方式对墙体进行加固,加固部位见下图:
墙体顶撑
图2.7a地下室砌体墙顶撑分布
对于在履带吊吊装时产生的土侧压力影响区域的砌体墙采用HW300×
300型钢搭设墙体顶撑,搭设方式如下图所示,顶撑一端顶在砌体墙上,另一端与N-A-C轴框架剪力墙相接。
墙体扶壁式顶撑
图2.7b扶壁式顶撑方式
南部预留区域吊装对周边结构影响
4.1对周边结构的影响
由于履带吊吊装时对地面产生的荷载作用面为土层表面,而基础梁顶标高平均约为-2.0m,而南部预留区域地面标高约为-1.8m,根据地基受均布荷载的扩散效应,周边结构受到的影响十分微小,况且已施工的结构后浇带已封闭,形成较为稳定的框架结构。
4.2对桩基础的影响
根据游泳馆桩基平面布置图和现场南部预留区域放样可以得出,位于南部吊点的桩基主要为两种类型:
1Φ600(抗压桩一):
持力层为第7-2层,桩长39.00米,综合计算及试桩结果,单桩竖向载力特征值Ra=1800kN,桩顶标高为-2.9m;
2Φ600(抗压桩二):
持力层为第5-1层,桩长20.00米,综合计算及试桩结果,单桩竖向载力特征值Ra=780kN,桩顶标高为-2.9m。
图2.8桩基与南部预留区位置关系
吊装时路基板对地压强Pk为:
Pk=
=
=123.6Kpa
目前自然地面标高为-1.8m,桩顶覆土1.1m,覆土重度取
=20.0KN/m³
(饱和重度)
由于抗压桩二的承载力最小,因此验算抗压桩二的单桩承载力:
=1.4×
(1.4×
123.6+1.35×
1.1)×
3.14×
0.6²
=316.75KN<
=780KN
满足单桩的承载力要求,且安全系数较大,履带吊施工时对桩基产生的影响可以忽略。
第3章吊装工况分析与大型履带吊选择
吊装工况分析
由于本工程钢结构主要利用游泳馆外环道路和南区预留区域进行吊装,500T履带吊采用三个吊点进行吊装。
最不利吊装工况分析如下图所示:
图3.1最不利位置吊装工况立面分析图(北区)
图3.2最不利位置吊装工况立面分析图(南区)
图3.3最不利位置吊装工况平面分析图
大型履带吊选择
根据以上吊装工况的分析,钢结构V柱和环梁拟采用大型履带吊进行吊装。
采用1台德马格CC2500履带吊(超起工况),最大吊装半径为100m,最大吊装高度为32m。
主要吊装设备选择如下表所示:
序号
设备名称
型号规格
数量
用途
备注
1
履带吊
500t
1台
西区V柱、压环梁吊装
1、超起工况,臂长126m,超起半径16m。
2、自带足路基箱,满足在10米范围内行走。
第4章大型履带吊行走道路加固处理方法
根据钢结构吊装初步方案,采用大型履带吊为1台500t,该吨位吊机对地面要求相对较高,整个场馆需作专业处理的范围及工作量较大,为确保吊装安全和合理的地基处理费用,通过参考地质勘测报告、原始回填素土处理以及结合现场实际情况,初步设计吊装地基处理方案如下:
吊机对路基箱压力分析
由于吊机在不同状态下对路基箱压力有较大区别,可分为行走状态和吊装状态进行分析,分析结果如下:
(1)行走状态
行走状态下考虑履带吊正方行走工况,可按起重臂重心与履带前支点重合进行履带压力荷载计算。
表4-1行走工况吊车信息表
上车重量Gs(t)
履带吊起重主臂重量Gb
83.16
超起桅杆重量Gw
23.23
吊钩+钢丝绳重量Gc
6.7
主机转台重Gt
80
超起配重Gq
后配重Gp
下车重量Gx(t)
履带总成
100.6
主机车架
34
外形尺寸(m)
履带长度L
11.6
履带宽度B
1.5
履带中心距Lj
8
上车转台重心距回转中心Lt
5.7
主臂重心距回转中心Lb
5.55
超起桅杆重心距回转中心Lw
6
后配重重心距回转中心Lp
4.4
超起配重距回转中心Lq
16
履带吊总重G
327.7
吊重(含吊索具)W
取e—履带起重机各重量对回转中心的力矩矢量和与总重量的比值;
图4.1履带吊正方行走状态示意图
(2)吊装状态
吊装状态下同样考虑履带吊正方行走工况,根据吊装工况分析,吊装半径R为126m。
表4-2吊装工况吊车信息表
230
160
1.1
50
6.42
717.7
16.8
取e—履带起重机各重量对回转中心的力矩矢量和与总重量的比