梁场计算书龙门吊基础制梁和存梁台座.docx
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梁场计算书龙门吊基础制梁和存梁台座
附件一
1预制梁场龙门吊计算书
1.1工程概况
1.1.1工程简介
本项目预制梁板形式多样,分别为预制箱梁、空心板及T梁,其中最重的是30m组合箱梁中的边梁,一片重达105t。
预制梁场拟采用两台起吊能力为100t的龙门吊用于预制梁的出槽,其龙门吊轨道之间跨距为36.7m。
1.1.2地质情况
预制梁场基底为粉质粘土。
查《路桥施工计算手册》中碎石土的变形模量E0=29~65MPa,粉质粘土16~39MPa,考虑最不利工况,统一取粉质粘土的变形莫量E0=16MPa。
临建用地经现场动力触探测得实际地基承载力大于160kpa。
1.2基础设计及受力分析
1.2.1龙门吊轨道基础设计
龙门吊轨道基础采用倒T型C30混凝土条形基础,基础底部宽80cm,上部宽40cm。
每隔10m设置一道2cm宽的沉降缝。
基础底部采用8根Φ16钢筋作为纵向受拉主筋,顶部放置4根Φ12钢筋作为抗负弯矩主筋,每隔40cm设置一道环形箍筋。
,箍筋采用HPB235Φ10mm光圆钢筋,箍筋间距为40cm,具体尺寸如图1.2.1-1、1.2.1-2所示。
图1.2.1-1龙门吊轨道基础设计图
图1.2.2-2龙门吊轨道基础配筋图
1.2.2受力分析
梁场龙门吊属于室外作业,当风力较大或降雨时候应停止施工。
当起吊最重梁板(105t)且梁板位于最靠近轨道位置台座的时候为最不利工况。
图1.2-1最不利工况所处位置
单个龙门吊自重按G1=70T估算,梁板最重G2=105t。
起吊最重梁板时单个天车所受集中荷载为P,龙门吊自重均布荷载为q。
P=G1/2=105×9.8/2=514.5KN(1-1)
q=G2/L=70×9.8/42=16.3KN/m(1-2)
当处于最不利工况时单个龙门吊受力简图如下:
`
图1.2-3龙门吊受力示意图
龙门吊竖向受力平衡可得到:
N1+N2=q×L+P(1-3)
取龙门吊左侧支腿为支点,力矩平衡得到:
N2×L=q×L×0.5L+P×3.5(1-4)
由公式(1-3)(1-4)可求得N1=869.4KN,N2=331.1KN
龙门吊单边支腿按两个车轮考虑,两个车轮之间距离为6m,对受力较大支腿进行分析,受力简图如下所示:
图1.2-4支腿单车轮受力示意图
受力较大的单边支腿竖向受力平衡可得
N1=N+N(1-5)
由公式(1-5)得出在最不利工况下,龙门吊单个车轮所受最大竖向应力为N=434.7KN
1.3建模计算
1.3.1力学模型简化
对龙门吊轨道基础进行力学简化,基础内力计算按弹性地基梁计算,用有限元软件MidasCivil2015进行模拟计算。
即把钢筋砼梁看成梁单元,将地基看成弹性支承。
图1.3-1力学简化模型
1.3.2弹性支撑刚度推导
根据《路桥施工计算手册》p358可知,荷载板下应力P与沉降量S存在如下关系:
(1-6)
其中:
E0地基土的变形模量,MPa;
ω沉降量系数,刚性正方形板荷载板ω=0.88;刚性圆形荷载板ω=0.79;
ν地基土的泊松比,为有侧涨竖向压缩土的侧向应变与竖向压缩应变的比值;
Pcrp-s曲线直线终点所对应的应力,MPa;
s--与直线段终点所对应的沉降量,mm;
b--承压板宽度或直径,mm;
不妨假定地基的变形一直处在直线段,这样考虑是比较保守也是可行的。
故令地基承载的刚度系数
,则
(KN/m)。
另考虑到建模的方便和简单,令b=200mm(纵梁向20cm一个土弹簧),查表得粉质粘土νn=0.25~0.35,取ν=0.35粉质粘土的变形莫量E0=16MPa。
带入公式(1-6)求解得:
K=4.144×106
1.3.3Madis2015建模计算
(1)模型建立
图1.3-2模型建立
(2)龙门吊轨道梁弯矩计算
图1.3-3轨道梁应力图
(3)轨道梁剪力计算
图1.3-4轨道梁剪力图
(4)基地反力计算
图1.3-5基地反力图
(5)轨道梁位移
图1.3-6轨道梁位移图
经过Madis2015建模计算,求得龙门吊轨道梁最大应力弯矩为279.6KN·m,最大负弯矩为64.9KN·m,最大剪力207.6KN,土弹簧最大支点反力14.4KN,考虑到轨道梁位移很小,土弹簧处于弹性变形过程,通过图1.3-5可知基地承载范围在纵梁方向集中在12m。
1.4龙门吊轨道梁配筋计算
1.4.1轨道梁正截面强度验算
(1)判断是截面形式
单筋截面适筋梁最大承受能力为:
(1-7)
(1-8)
--混凝土抗压强度设计值,C30混凝土取14.3Mpa;
---截面有效高度;
---纵向受拉钢筋全部截面重心至受拉边缘的距离(轨道梁设计
=7.5cm);
---受压区混凝土截面宽度,取400mm;
---相对受压区高度,取0.56;
由公式(1-7)(1-8)可以求的;
·m
因为
,故龙门吊轨道梁单筋截面就满足受力情况。
(2)最小配筋面积计算
通过截面力矩平衡、受力平衡可得:
(1-9)
(1-10)
(1-11)
--钢筋抗拉强度设计值,取280Mpa;
---受拉区钢筋截面面积;
---计算受压区高度;
γ0--结构重要性系数,取1.1。
通过公式(1-10)可求得
通过公式(1-11)可求得
结论:
纵向受拉钢筋最小配筋率为1540mm2,龙门吊轨道梁实际配置8根Φ16纵向受拉钢筋
=1600mm2大于最小配筋率,故正截面强度验算符合要求。
1.4.2斜截面强度计算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)可知,混凝土和箍筋共同抗剪能力的公式为
α1异号弯矩影响系数,计算简支梁和连续梁近边支点梁段的抗剪承载力时,α1=1.0;计算连续梁和悬臂梁近中间支点梁段的抗剪承载力时,α1=0.9;故取α1=1.0;
α2预应力提高系数,对钢筋混凝土受弯构件,α2=1.0;对预应力混凝土受弯构件,α2=1.25,但当由钢筋合力引起的截面弯矩与外弯矩的方向相同,或允许出现裂缝的预应力混凝土受弯构件,取α2=1.0;故取α2=1.0;
α3-受压翼缘的影响系数,取α3=1.1;
b--------斜截面受压端正截面处矩形截面宽度,取b=400mm;
h0-------斜截面受压段正截面的有效高度,自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离;故取h0=625mm;
p---------斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率,p=100ρ,当p>2.5时,取p=2.5,其中ρ=As/bh0;故p=100×1005/(400×625)=0.402;
fcu,k-------边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准,取fcu,k=30MPa,;
ρsv------斜截面内箍筋配筋率,ρsv=Asv/(Svb)=157.1/(500×400)=0.079%;
fsv--------箍筋抗拉强度设计值,箍筋采用光圆钢筋,故取值fsv=195MPa;
Asv-------斜截面内配置在同一截面的箍筋各肢的总截面面积,取157.1mm2;
Sv--------斜截面内箍筋的间距,取500mm。
由上述条件可以求得:
=170KN>166.5KN(最大剪力)
故轨道梁400mm设置一道环形φ10箍筋满足斜截面受力要求。
1.4.3轨道地基承载力计算
经过Madis2015建模可以看出,在纵梁方向基地土弹簧反力范围为2.2~2.4m,考虑端头位置反力较小,出于保守考虑纵梁方向2m为基底承力范围。
轨道梁下方设置50cm碎石垫层,地基压力按45度角扩散至基地,纵梁地基承力范围为3m。
图1.4-1轨道梁地基承载范围侧面图
图1.4-2轨道梁地基承载范围立面图
考虑最不利工况,轨道梁所受最大压力为:
Fmax=411.23KN
地基承力面积:
S=3×1.2=3.6m2
对地基压力:
<160
(实测地基承载力)
故龙门吊轨道基础地基承载力满足要求。
2预制场台座计算书
2.1工程概况
2.1.1工程简介
预制梁场场梁板尺寸主要有25m、28m、29m、30m组合箱梁以及30mT梁。
其中最重的为30m预制组合箱梁中的边梁。
混凝土方量为40.2m3,最大预制梁重105t,模板采用整体液压模板共重30t。
2.1.2地质情况
与预制梁场龙门吊基础地质情况一致,不做赘述。
2.2台座设计
2.2.1台座尺寸
制梁台座由方钢台座及混凝土支墩组成,其中方钢台座通长30.5m,尺寸为30.5×0.922×0.55m,为便于台座改造,防止不均匀沉降,采用30×30cm方钢管墩支撑、复合背肋钢模,方钢管通过与基础中预埋的角钢焊接固定作为支撑体系。
为了保证制梁台座高度防止台座沉降,在方钢管墩下方设置100×40×20cm的C20混凝土支墩。
图2.2-1方钢管台座
2.2.2制梁台座验算
预制梁自重105T,取G1=105×9.8=1029KN;
模板及振捣设备重30T,取G2=30×9.8=294KN;
方钢台座按照80cm一道布置,方钢墩放置在尺寸为1×0.4×0.2m的水泥支墩上,水泥支墩体积V1=0.08m3,单个水泥支墩及方钢重力G3=0.08×25=2KN;
梁板张拉前受力验算
在预制梁张拉前,整体对地基的压力最大的时候是在混凝土浇筑之时,考虑1.1的安全系数,所以总的对地基的压力最大值为:
Fmax=1.1×(G1+G2+G3)=1.1×(1029+294+2)=1457.5KN。
故80cm范围内台座受力F=(Fmax/30.5)×0.8=38.23KN
水泥支墩与地基有效接触面积为:
A1=1×0.4=0.4m2。
对地基的压力为:
所以,预制梁张拉前地基承载力要求不小于95.6KPa。
梁板张拉后受力验算
张拉后,由于梁板起拱,预制梁脱离台座接触,只有两端与台座接触,可看梁板简支在台座两端。
台座两端扩大基础尺寸为2×1.5×0.2m,体积V2=0.6m3,重力
G4=V2×25=15KN
取1.1的分项系数故台座单端受力大小为:
F张拉=1.1×G1/2+1.1×G4=582.45KN
基础底面积为:
A2=2×1.5=3m2。
对地基的压力为:
所以,梁板张拉后,台座端头地基承载力要求不小于194.15KPa。
2.2.3存梁台座验算
存梁台座设计
存梁台座采用双层C25钢筋混凝土结构,纵梁方向6m设置一道断逢防止不均匀沉降。
存梁台座顶部超出地面0.3m,保证梁板吊装的有效操作空间和安全距离。
具体尺寸见图:
图2.2-4存梁台座断面图
受力分析
存梁台座设计为双层存梁(箱梁、空心板),梁板之间间距为3.2m。
单片梁板重:
G=105×9.8=1029KN;
存梁台座单端受力:
F=2×G/2=1029KN;
存梁台座自重线荷载:
q1=S×25=36.75KN/m(S为存梁台座截面面积);
地基反力纵梁方向平均长度取L=3.2m,截面方向取B=2.4m(存梁台座底部宽);
地基承载面积:
S1=L×B=7.68m2;
开挖土体自重线荷载:
q2=S2×λ=1.2×18=21.6KN/m(λ为土重度取18KN/m3)。
图2.2-5存梁台座受力简图
地基承载力验算
地基承载力特征值
轴心荷载作用下地基承载力验算
计算公式:
按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)下列公式验算:
Pk=(Fk+Gk)/A
Pk=(F+q1×L-q2×L)/S1=(1029+36.75×3.2-21.6×3.2)/7.68
=140.3kPa<
故地基承载力满足要求。
基础受压验算
存梁台座采用C25混凝土,轴心抗压强度设计值:
[fcd]=11.9Mpa。
考虑到梁板放置在存梁台座上,梁低楔形块位置集中受力;
楔形块面积:
S=0.5×0.5=0.25m2;
局部荷载为:
F=1029KN;
;
所以,存梁台座自身受力强度满足要求。
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