梁场台座计算书.docx
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梁场台座计算书
汉宜铁路32m预制T梁梁场
台座及基础
设计计算书
计算:
复核:
2008年11月25日
汉宜铁路客运专线梁场采用短线方式存梁,本计算书分别对制梁台座、存梁台座及其基础设计进行验算。
一、设计验算依据
1.《汉宜铁路荆州梁场岩土工程勘察报告》
2.《汉宜铁路潜江梁场岩土工程勘察报告》
3.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
4.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
5.《建筑桩基技术规范》JGJ94-94
6.《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002
7.《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005
8.制梁、存梁台座相关设计图纸
9.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004
10.《重力式码头设计与施工规范》JTJ290-98
二、验算内容
1、荆州梁场制梁台座检算:
(1)制梁台座受力和刚度检算;
(2)扩大基础承载力检算。
2、荆州梁场存梁台座检算:
(1)存梁台座受力和刚度检算;
(2)扩大基础承载力和沉降检算。
3、潜江梁场制梁台座检算:
(1)制梁台座受力和刚度检算;
(2)基础承载力检算。
4、潜江梁场存梁台座检算:
(1)存梁台座受力和刚度检算;
(2)基础承载力和沉降检算。
三、荆州制梁台座计算
1、设计资料
该区制梁台座采用扩大基础的形式:
台座底为1m的换填碎石土,其下为可~硬塑状态的粘土(持力层)。
台座底在两端宽2.9m,中部宽1.88m。
地质情况参见《汉宜铁路荆州梁场岩土工程勘察报告》。
制梁台座按最大梁重(边梁)
146.31t计算,考虑模板自重及其它附加荷载80t,共计台座最大受力226.31t。
2、计算模型的建立
对制梁台座地上和地下部分进行有限元建模计算,采用弹性地基梁的方法。
根据地质报告及台座设计图,选取台座底的基床系数为40000KN/m3。
其受力机理及工况如下:
由底模传下的混凝土荷载传递至换填的碎石土层,再传递到底下的粘土持力层。
荷载工况1:
T梁刚浇注完毕,上部荷载为T梁混凝土重及模板等附加荷载,最大荷载合计2263.1KN;此时的荷载基本是均匀分布在台座上。
荷载工况2:
模板拆除,张拉完预应力钢束,上部荷载就T梁重1463.1KN。
此时,预应
力作用使梁体向上起拱,梁体中部脱离台座,使得支座附近受力变大
——T梁重由台座两端部分承担。
计算模型如下:
模型立面图
模型等视图
3、制梁台座计算结果
3.1荷载工况1
最大正弯矩
40.4KNM,出现在起吊口靠跨中附近。
最大负弯矩
3.4KNM
左右,出现在跨
中附近。
最大剪力53.7KN,出现在T梁支座附近。
最大支撑反力为64.4KN,出现在距离台座端部出现在台座端部。
台座整体竖向向下沉降,最大位移为
5m左右处,最小支撑反力为6.3KN,
1.31mm。
各项结果示意图如下:
弯矩示意图(单位:
KNM)
剪力示意图(单位:
KN)
支撑反力示意图(单位:
KN)
竖向位移示意图(单位:
mm)
3.2荷载工况2
最大正弯矩331.8KNM,出现在T梁支座附近。
最大负弯矩34.7KNM,出现在跨中的
沿程。
最大剪力360KN,出现在T梁两端附近。
最大支撑反力为156.3KN,出现在距离台座端部1.3m左右处,最小支撑反力为12.4KN,出现在跨中的沿程及台座的两自由端头。
台座中部上拱,最大向上位移为1.66mm,出现在跨中;台座两自由端头下沉,最大向下位移为2.23mm。
各项结果示意图如下:
弯矩示意图(单位:
KNM)
剪力示意图(单位:
KN)
支撑反力示意图(单位:
KN)
竖向位移示意图(单位:
mm)
3.3制梁台座截面验算
整理上述两种工况的计算结果,最大内力、变形和支反力如下表。
表中正弯矩为+,负弯矩为-;竖向向上位移为+,向下为-。
工况位置剪力z(KN)弯矩y(KN.m)支反力KN变形(mm)
-3.464.4
工况1最大(小)处53.7-1.31
+40.46.3
-34.7156.3-2.23
工况2最大(小)处360
+331.812.4+1.66
①按最大弯矩验算选取正、负弯矩最不利的工况进行配筋验算。
最大正弯矩为331.8KNM,发生在台座两端底宽2.9m的截面处。
原截面距底5cm处配置有13根φ12的钢筋,台座采用C25混凝土,折算其截面受压区高度为57.6mm,抗弯承载力为324KNM,不满足要求。
建议改成13根φ16的钢筋,其抗弯承载力为593.8KNM>
331.8KNM,受拉区钢筋应力为171.6MPa,裂缝宽度为0.174mm,满足规范要求。
最大负弯矩为34.7KNM,发生在台座中部底宽1.88m的截面处。
原截面距顶6cm处配置
有6根φ12的钢筋,距顶28cm处配置有4根φ12的钢筋,台座采用C30混凝土,折算其截面受压区高度为12.2mm,抗弯承载力为236KNM>34.7KNM,受拉区钢筋应力为47MPa,裂缝宽度为0.043mm,满足规范要求。
台座两端底宽2.9m的截面处按负弯矩配筋,台座中部底宽1.88m的截面处按正弯矩配
筋计算,也均满足规范要求。
②抗剪能力验算
台座两端底宽2.9m的截面抗剪能力上限:
Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0
=0.00051×(30.0^0.5)×700.0×811.3
=1586.4kN
台座两端底宽2.9m的截面抗剪能力下限:
Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0
=0.0005×1.00×30.0×700.0×811.3
=394.7kN
台座中部底宽1.88m的截面抗剪能力上限:
Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0
=0.00051×(30.0^0.5)×700.0×752.0
=1470.4kN
台座中部底宽1.88m的截面抗剪能力下限:
Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0
=0.0005×1.00×30.0×700.0×752.0
=365.8kN
因此,截面抗剪能力足够,无须进行抗剪验算,只需按构造配置箍筋。
配筋计算图例
4、制梁台座基础验算
底宽2.9m处最大支撑反力为156.3KN,该处单元长度为0.65m,基底应力为82.9KPa;
底宽1.88m
粘土持力层顶部的压应力的确定可根据简明计算土压力公式:
σ'=
B×σ
+γ×d
B+2d×tanθ
式中,σ'为粘土持力层顶部的应力标准值;
B为梁底的实际受压宽度;
d为换填碎石层基床厚度,设计中d=1m;
θ为换填碎石层的扩散角度,偏保守取θ=30°;
σ为换填碎石层顶部(梁底)应力标准值;
γ为换填碎石层的重度标准值,设计取18KN/m3。
因此,对于底宽2.9m处,粘土持力层顶部:
B×σ
+γ×d=
2.9
×82.9
+18
×1=95.3kpa
σ'=
B+2d×tanθ2.9+2×1×tan30°
对于底宽1.88m处,粘土持力层顶部:
σ'=B×σ+γ×d=1.88×34.7+18×1=57.5kpa
B+2d×tanθ1.88+2×1×tan30°
根据地质资料,粘土持力层的承载力特征值为180KPa>95.3KPa,因此,粘土持力层的
承载力满足规范要求。
四、潜江(仙桃)制梁台座计算
1、设计资料
该区所测的三层土分别为:
粉质粘土、淤泥质粘土、粉质粘土,制梁台座采用碎石垫层+复合地基形式:
台座底为0.5m的换填碎石土,其下采用粉喷桩与台座底在两端宽杉木桩
加固的复合基础。
台座底在两端宽2.9m,中部宽1.88m(台座本身的设计与荆州处的一致)。
地质情况参见《潜江(仙桃)铁路荆州梁场岩土工程勘察报告》。
制梁台座按最大梁重(边梁)146.31t计算,考虑模板自重及其它附加荷载80t,共计台座最大受力226.31t。
2、计算模型的建立
对制梁台座地上和地下部分进行有限元建模计算,采用弹性地基梁的方法
——经过粉喷桩与杉木桩处理的复合地基,经过粉喷桩处理的复合地基暂按其特征承载力为150KPa来计算。
根据地质报告及台座设计图,选取台座底的基床系数为38000KN/m3。
其受力机理及工况同荆州处制梁台座一致。
模型等视图
3、制梁台座计算结果
3.1荷载工况1
最大正弯矩41.3KNM,出现在起吊口靠跨中附近。
最大负弯矩3.4KNM左右,出现在
跨中附近。
最大剪力54KN,出现在T梁支座附近。
最大支撑反力为64.3KN,出现在距离台座端部5m左右处,最小支撑反力为6.3KN,出现在台座端部。
台座整体竖向向下沉降,最大位移为1.38mm。
各项结果示意图可参考荆州处制梁台座的图例,此处不赘述。
3.2荷载工况2
最大正弯矩332.6KNM,出现在T梁支座附近。
最大负弯矩36KNM,出现在跨中的沿
程。
最大剪力360KN,出现在T梁两端附近。
最大支撑反力为156.2KN,出现在距离台座端部1.3m左右处,最小支撑反力为12.4KN,出现在跨中的沿程及两自由端头。
台座中部上拱,最大向上位移为1.68mm,出现在跨中;台座两自由端头下沉,最大向下位移为2.35mm。
各项结果示意图可参考荆州处的,此处不赘述。
3.3制梁台座截面验算
整理上述两种工况的计算结果,最大内力、变形和支反力如下表。
表中正弯矩为+,负弯矩为-;竖向向上位移为+,向下为-。
工况
位置
剪力z(KN)弯矩y(KN.m)支反力KN
变形mm
-3.4
64.3
工况1
最大(小)处
54
-1.38
+41.3
6.3
-36
156.2
-2.35
工况2
最大(小)处
360
+332.6
12.4
=1.68
①按最大弯矩验算
最大正弯矩为332.6KNM,发生在台座两端底宽2.9m的截面处。
原截面距底5cm处配置
有13根φ12的钢筋,台座采用C30混凝土,折算其截面受压区高度为57.6mm,抗弯承载
力为324KNM,不满足要求。
建议改成13根φ16的钢筋,其抗弯承载力为551KNM>
332.6KNM,受拉区钢筋应力为185.9MPa,裂缝宽度为0.189mm,满足规范要求。
最大负弯矩为36KNM,发生在台座中部底宽1.88m的截面处。
原截面距顶6cm处配置有
6根φ12的钢筋,距顶28cm处配置有4根φ12的钢筋,台座采用C25混凝土,折算其截面
受压区高度为12.2mm,抗弯承载力为236KNM>36KNM,受拉区钢筋应力为47MPa,裂缝宽度为0.043mm,满足规范要求。
台座两端底宽2.9m的截面处按负弯矩配筋,台座中部底宽1.88m的截面处按正弯矩配筋计算,也均满足规范要求。
②抗剪能力验算
台座两端底宽2.9m的截面抗剪能力上限:
Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0
=0.00051×(30.0^0.5)×700.0×811.3
=1586.4kN台座两端底宽2.9m的截面抗剪能力下限:
Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0
=0.0005×1.00×30.0×700.0×811.3
=394.7kN台座中部底宽1.88m的截面抗剪能力上限:
Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0
=0.00051×(30.0^0.5)×700.0×752.0
=1470.4kN
台座中部底宽1.88m的截面抗剪能力下限:
Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0
=0.0005×1.00×30.0×700.0×752.0
=365.8kN
因此,截面抗剪能力足够,无须进行抗剪验算,只需按构造配置箍筋。
4、制梁台座基础验算
底宽2.9m处最大支撑反力为156.2KN,该处单元长度为0.65m,基底应力为82.9KPa;底宽1.88m处最大支撑反力为32.9KN,该处单元长度为0.5m,基底应力为
35KPa;
据《铁路桥涵地基和基础设计规范》表4.1.2-2,碎石土地基的最小基本承载力
(松散)为200~400KPa>82.9KPa,因此,换填的碎石土承载力满足规范要求。
换填的碎石土底部压应力的确定可根据简明计算土压力公式:
σ'=
B×σ
+γ×d
B+2d×tanθ
式中,σ'为粘土持力层顶部的应力标准值;
B为梁底的实际受压宽度;
d为换填碎石层基床厚度,设计中d=0.5m;
θ为换填碎石层的扩散角度,偏保守取θ=30°;σ为换填碎石层顶部(梁底)应力标准值;
γ为换填碎石层的重度标准值,设计取18KN/m3。
因此,对于底宽2.9m处,换填的碎石土底部:
B×σ
2.9
×82.9
+18
×1=96.1kpa
σ'=
+γ×d=
B
+2
d×
tan
θ
2.9
+2
×
1
×
°
tan30
对于底宽1.88m处,粘土持力层顶部:
B×σ
+γ×d=
1.88
×
34.7+18
×1=53.8kpa
σ'=
B+2d×tanθ1.88+2×1×tan30°
若按设计初衷,复合地基的承载能力能达到150KPa,则基底承载能力满足要求。
若依据原设计,粉喷桩的设计中距为1.2m,并且分布范围均匀。
按摩擦桩的受力对粉喷桩进行参考计算。
按通用的承载力公式:
P=0.5×(Ulτ+Aσ)
式中,U=2×π×0.5m=3.14m
l=7.5m
τ=(25KPa×5.5m+35KPa×2m)÷7.5m=27.7Kpa
π=A×0.25×0.25×2=0.39m2
σ根据地质资料,按保守取为50KPa。
∴P=0.5×(Ulτ+σA)=336KN
而该处最大支撑反力为156.2×01...652=288.4KN<336KN,安全系数1.16。
可见,按这样的思路配置粉喷桩,能满足承载能力要求。
五、荆州存梁台座计算
1、设计资料
该区存梁台座采用扩大基础的形式:
台座底为1m的换填碎石土,其下为可~硬塑状态的粘土(持力层)。
台座底宽3m。
地质情况参见《汉宜铁路荆州梁场岩土工程勘察报告》。
存梁台座按双层存梁考虑,最大吨位单头受力146.31吨。
两片梁间距为2.7m。
2、计算模型的建立
对制梁台座地上和地下部分进行有限元建模计算,采用弹性地基梁的方法。
根据地质报告及台座设计图,选取台座底的基床系数为40000KN/m3。
其受力机理及工况如下:
预制T梁的重力施加在存梁台座上,荷载再传递至换填的碎石土层,尔后传递到底下
的粘土持力层。
作为弹性地基梁,梁长、布置T梁的片数和位置均对该弹性地基梁(存梁
台座)的受力产生影响。
偏保守计,计算模型选取27m长的台座,等间距布置10处T
梁(共20片)。
计算模型如下:
模型等视图
3、存梁台座计算结果
计算结果显示:
最大正弯矩439.3KNM,出现在两端附近的T梁放置点。
最大负弯矩157.9KNM左右,出
现在跨中附近的T梁放置点。
最大剪力673.1KN。
支撑反力在该荷载工况下较为均匀,最大支撑反力为273.7KN,出现在跨中附近,最小支撑反力为237.1KN,出现在端部。
台座整体竖向向下沉降,沉降较为均匀,最大位移出现在跨中附近,为5.068mm,边端
位移最小,为4.392mm。
各项结果示意图如下:
弯矩示意图(单位:
KNM)
剪力示意图(单位:
KN)
18
支撑反力示意图(单位:
KN)
竖向位移示意图(单位:
mm)
4、存梁台座截面验算
整理上述计算结果,最大内力、变形和支反力如下表。
表中正弯矩为+,负弯矩为-;
竖向位移向下为-。
位置剪力z(kN)弯矩(KN.M)支反力kN变形mm
-157.9273.7-5.068
最大(小)处673.1
+439.3237.1-4.392
按最大弯矩验算:
最大正弯矩为439.3KNM。
原截面距底10cm和44cm处分别配置有10根φ12的钢筋,台座采用C30混凝土,折算其截面受压区高度为57.5mm,抗弯承载力为760.3KNM>439.3KNM满足规范要求。
最大负弯矩为157.9KNM。
原截面距顶3.25cm处配置有4根φ12的钢筋,距顶28cm、53cm处分别配置有2根φ12的钢筋,台座采用C30混凝土,折算其截面受压区高度为6.1mm,抗弯承载力为323KNM>157.9KNM,满足规范要求。
抗剪能力验算:
截面抗剪能力上限:
Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0
=0.00051×(30.0^0.5)×800.0×1230.0
=2748.7kN
截面抗剪能力下限:
Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0
=0.0005×1.00×30.0×800.0×1230.0
=683.9kN
因此,截面抗剪能力足够,无须进行抗剪验算,只需按构造配置箍筋。
5、存梁台座基础验算
台座底部最大支撑反力为273.7KN,该处单元长度为0.45m,宽3m,基底应力为
202.7KPa;
据《铁路桥涵地基和基础设计规范》表4.1.2-2,碎石土地基的最小基本承载力(松散)为200~400KPa,因此,换填的碎石土承载力能满足规范要求,但在施工时应注意碎石层的密实性。
粘土持力层顶部的压应力的确定可根据简明计算土压力公式:
σ'=
B×σ
+γ×d
B+2d×tanθ
式中,σ'为粘土持力层顶部的应力标准值;
B为梁底的实际受压宽度;
d为换填碎石层基床厚度,设计中d=1m;
θ为换填碎石层的扩散角度,偏保守取θ=30°;
σ为换填碎石层顶部(梁底)应力标准值;
γ为换填碎石层的重度标准值,设计取18KN/m3。
因此,粘土持力层顶部:
B×σ
3
×
σ'=
+γ×d=
202
7
+18
×1=182.4Kpa
B+2d×tanθB+2d×tanθ
正常情况下,可取θ=35°时
B×σ
3
×
σ'=
+γ×d=
202
7
+18
×1=156.2Kpa
B+2d×tanθB+2d×tanθ
根据地质资料,粘土持力层的承载力特征值为180KPa>156.2KPa,安全系数1.15,因
此,粘土持力层的承载可以满足规范要求。
六、潜江(仙桃)存梁台座计算
1、设计资料
该区所测的三层土分别为:
粉质粘土、淤泥质粘土、粉质粘土,制梁台座采用碎石垫层+复合地基形式:
台座底为0.5m的换填碎石土,其下采用粉喷桩加固的复合基础。
台座底宽2.5m。
地质情况参见《潜江(仙桃)铁路荆州梁场岩土工程勘察报告》。
存梁台座按双层存梁考虑,最大吨位单头受力146.31吨,两片梁间距为2.7m。
2、计算模型的建立
对制梁台座地上和地下部分进行有限元建模计算,采用弹性地基梁的方法。
根据地质报告及台座设计图,选取台座底的基床系数为38000KN/m3。
其受力机理及工况如下:
预制T梁的重力施加在存梁台座上,荷载再传递至换填的碎石土层,尔后传递到底下的复合地基。
作为弹性地基梁,梁长、布置T梁的片数和位置均对该弹性地基梁(存梁台座)的受力产生影响。
偏保守计,计算模型选取27m长的台座,等间距布置10处T梁(共20片)。
计算模型如下:
模型等视图
3、存梁台座计算结果
计算结果显示:
最大正弯矩440.5KNM,出现在两端附近的T梁放置点。
最大负弯矩155.5KNM左右,出现在跨中附近的T梁放置点。
最大剪力674.1KN。
支撑反力在该荷载工况下较为均匀,最大支撑反力为273.7KN,出现在跨中附近,最小支撑反力为237.6KN,出现在端部。
台座整体竖向向下