梁場臺座計算書

臺座及基礎(chǔ)設(shè)計計算書計算：復(fù)核：2008年1月25日漢宜鐵路客運專線梁場采用短線方式存梁本計算書分別對制梁臺座存梁臺座及其基礎(chǔ)設(shè)計進(jìn)行驗算。一、設(shè)計驗算依據(jù)1.《漢宜鐵路荊州梁場巖土工程勘察報告》2.《漢宜鐵路潛江梁場巖土工程勘察報告》3.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-20024.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-20025.《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-946.《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-20028.制梁、存梁臺座相關(guān)設(shè)計圖紙9.《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》JTGD62-200410.《重力式碼頭設(shè)計與施工規(guī)范》JTJ290-98二、驗算內(nèi)容1、荊州梁場制梁臺座檢算：（1）制梁臺座受力和剛度檢算；（2）擴大基礎(chǔ)承載力檢算。2、荊州梁場存梁臺座檢算：（1）存梁臺座受力和剛度檢算；（2）擴大基礎(chǔ)承載力和沉降檢算。3、潛江梁場制梁臺座檢算：（1）制梁臺座受力和剛度檢算；（2）基礎(chǔ)承載力檢算。4、潛江梁場存梁臺座檢算：（1）存梁臺座受力和剛度檢算；（2）基礎(chǔ)承載力和沉降檢算。三、荊州制梁臺座計算1、設(shè)計資料該區(qū)制梁臺座采用擴大基礎(chǔ)的形式：臺座底為1m的換填碎石土，其下為可～硬塑狀態(tài)的粘土（持力層）。臺座底在兩端寬2.9m，中部寬1.88m。地質(zhì)情況參見《漢宜鐵路荊州梁場巖土工程勘察報告》。制梁臺座按最大梁重（邊梁）146.31t計算，考慮模板自重及其它附加荷載80t，共計臺座最大受力226.31t。2、計算模型的建立對制梁臺座地上和地下部分進(jìn)行有限元建模計算，采用彈性地基梁的方法。根據(jù)地質(zhì)報告及臺座設(shè)計圖，選取臺座底的基床系數(shù)為40000KN/m3。其受力機理及工況如下：由底模傳下的混凝土荷載傳遞至換填的碎石土層，再傳遞到底下的粘土持力層。荷載工況1：T梁剛澆注完畢，上部荷載為T梁混凝土重及模板等附加荷載，最大荷載合計2263.1KN；此時的荷載基本是均勻分布在臺座上。荷載工況2：模板拆除，張拉完預(yù)應(yīng)力鋼束，上部荷載就Ｔ梁重。此時，預(yù)應(yīng)力作用使梁體向上起拱，梁體中部脫離臺座，使得支座附近受力變大——T梁重由臺座兩端部分承擔(dān)。計算模型如下：模型立面圖模型等視圖3、制梁臺座計算結(jié)果3.1荷載工況1最大正彎矩40.4KNM，出現(xiàn)在起吊口靠跨中附近。最大負(fù)彎矩左右，出現(xiàn)在跨中附近。最大剪力53.7KN，出現(xiàn)在T梁支座附近。最大支撐反力為64.4KN，出現(xiàn)在距離臺座端部5m左右處，最小支撐反力為6.3KN，出現(xiàn)在臺座端部。臺座整體豎向向下沉降，最大位移為1.31mm。各項結(jié)果示意圖如下：彎矩示意圖(單位：KNM)剪力示意圖(單位：KN)支撐反力示意圖(單位：KN)豎向位移示意圖(單位：mm)3.2荷載工況2最大正彎矩，出現(xiàn)在T梁支座附近。最大負(fù)彎矩，出現(xiàn)在跨中的沿程。最大剪力360KN，出現(xiàn)在T梁兩端附近。最大支撐反力為，出現(xiàn)在距離臺座端部左右處，最小支撐反力為，出現(xiàn)在跨中的沿程及臺座的兩自由端頭。臺座中部上拱，最大向上位移為，出現(xiàn)在跨中；臺座兩自由端頭下沉，最大向下位移為。各項結(jié)果示意圖如下：彎矩示意圖(單位：KNM)剪力示意圖(單位：KN)支撐反力示意圖(單位：KN)豎向位移示意圖(單位：mm)3.3制梁臺座截面驗算整理上述兩種工況的計算結(jié)果，最大內(nèi)力、變形和支反力如下表。表中正彎矩為＋，負(fù)彎矩為－；豎向向上位移為＋，向下為－。工況位置剪力z（KN彎矩y（KN.m）支反力KN變形（mm）工況1最大（?。┨幑r2最大（?。┨?60①按最大彎矩驗算選取正、負(fù)彎矩最不利的工況進(jìn)行配筋驗算。最大正彎矩為，發(fā)生在臺座兩端底寬的截面處。原截面距底5cm處配置有13根φ12的鋼筋，臺座采用C25混凝土，折算其截面受壓區(qū)高度為，抗彎承載力為324KNM，不滿足要求。建議改成13根φ16的鋼筋，其抗彎承載力為＞，受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力為，裂縫寬度為，滿足規(guī)范要求。最大負(fù)彎矩為，發(fā)生在臺座中部底寬的截面處。原截面距頂6cm處配置有6根φ12的鋼筋，距頂28cm處配置有4根φ12的鋼筋，臺座采用C30混凝土，折算其截面受壓區(qū)高度為，抗彎承載力為236KNM＞，受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力為47MPa，裂縫寬度為，滿足規(guī)范要求。臺座兩端底寬的截面處按負(fù)彎矩配筋，臺座中部底寬的截面處按正彎矩配筋計算，也均滿足規(guī)范要求。②抗剪能力驗算臺座兩端底寬的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××=1586.4kN臺座兩端底寬的截面抗剪能力下限：Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0=394.7kN臺座中部底寬的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××=1470.4kN臺座中部底寬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，截面抗剪能力足夠，無須進(jìn)行抗剪驗算，只需按構(gòu)造配置箍筋。配筋計算圖例4、制梁臺座基礎(chǔ)驗算底寬處最大支撐反力為156.3KN，該處單元長度為0.65m，基底應(yīng)力為82.9KPa；底寬處最大支撐反力為32.6KN，該處單元長度為0.5m，基底應(yīng)力為34.7KPa；據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》表4.1.2－2，碎石土地基的最小基本承載力（松散）為200～400KPa＞82.9KPa，因此，換填的碎石土承載力滿足規(guī)范要求。粘土持力層頂部的壓應(yīng)力的確定可根據(jù)簡明計算土壓力公式：σ'= B×σ+γ×dB+2d×tanθ式中，σ'為粘土持力層頂部的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；B為梁底的實際受壓寬度；d為換填碎石層基床厚度，設(shè)計中d＝1m；θ為換填碎石層的擴散角度,偏保守取θ＝30°；σ為換填碎石層頂部（梁底）應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；γ為換填碎石層的重度標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計取18KN/m3。因此，對于底寬2.9m處，粘土持力層頂部：σ'= B×σ+γ×d=×+18×1B+2d×tanθ對于底寬1.88m處，粘土持力層頂部：σ'= B×σ+γ×d=×+18×1=kpa+2×1×tan30°根據(jù)地質(zhì)資料，粘土持力層的承載力特征值為180KPa＞95.3KPa，因此，粘土持力層的承載力滿足規(guī)范要求。四、潛江（仙桃）制梁臺座計算1、設(shè)計資料該區(qū)所測的三層土分別為：粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土，制梁臺座采用碎石墊層＋復(fù)合地基形式：臺座底為的換填碎石土，其下采用粉噴樁與臺座底在兩端寬杉木樁加固的復(fù)合基礎(chǔ)。臺座底在兩端寬2.9m，中部寬1.88m（臺座本身的設(shè)計與荊州處的一致）。地質(zhì)情況參見《潛江（仙桃）鐵路荊州梁場巖土工程勘察報告》。制梁臺座按最大梁重（邊梁）計算，考慮模板自重及其它附加荷載80t，共計臺座最大受力226.31t。2、計算模型的建立對制梁臺座地上和地下部分進(jìn)行有限元建模計算，采用彈性地基梁的方法——經(jīng)過粉噴樁與杉木樁處理的復(fù)合地基，經(jīng)過粉噴樁處理的復(fù)合地基暫按其特征承載力為150KPa來計算。根據(jù)地質(zhì)報告及臺座設(shè)計圖，選取臺座底的基床系數(shù)為38000KN/m3。其受力機理及工況同荊州處制梁臺座一致。模型等視圖3、制梁臺座計算結(jié)果3.1荷載工況1最大正彎矩，出現(xiàn)在起吊口靠跨中附近。最大負(fù)彎矩3.4KNM左右，出現(xiàn)在跨中附近。最大剪力54KN，出現(xiàn)在T梁支座附近。最大支撐反力為，出現(xiàn)在距離臺座端部5m左右處，最小支撐反力為，出現(xiàn)在臺座端部。臺座整體豎向向下沉降，最大位移為。各項結(jié)果示意圖可參考荊州處制梁臺座的圖例，此處不贅述。3.2荷載工況2最大正彎矩，出現(xiàn)在T梁支座附近。最大負(fù)彎矩36KNM，出現(xiàn)在跨中的沿程。最大剪力360KN，出現(xiàn)在T梁兩端附近。最大支撐反力為，出現(xiàn)在距離臺座端部左右處，最小支撐反力為，出現(xiàn)在跨中的沿程及兩自由端頭。臺座中部上拱，最大向上位移為，出現(xiàn)在跨中；臺座兩自由端頭下沉，最大向下位移為。各項結(jié)果示意圖可參考荊州處的，此處不贅述。3.3制梁臺座截面驗算整理上述兩種工況的計算結(jié)果，最大內(nèi)力、變形和支反力如下表。表中正彎矩為＋，負(fù)彎矩為－；豎向向上位移為＋，向下為－。工況位置剪力z（KN支反力KN變形mm工況1最大（?。┨?4工況2最大（小）處360-36①按最大彎矩驗算最大正彎矩為332.6KNM，發(fā)生在臺座兩端底寬2.9m的截面處。原截面距底5cm處配置有13根φ12的鋼筋，臺座采用C30混凝土，折算其截面受壓區(qū)高度為57.6mm，抗彎承載力為324KNM，不滿足要求。建議改成13根φ16的鋼筋，其抗彎承載力為551KNM＞332.6KNM，受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力為185.9MPa，裂縫寬度為0.189mm，滿足規(guī)范要求。最大負(fù)彎矩為36KNM，發(fā)生在臺座中部底寬1.88m的截面處。原截面距頂6cm處配置有6根φ12的鋼筋，距頂28cm處配置有4根φ12的鋼筋，臺座采用C25混凝土，折算其截面受壓區(qū)高度為12.2mm，抗彎承載力為236KNM＞36KNM，受拉區(qū)鋼筋應(yīng)力為47MPa，裂縫寬度為0.043mm，滿足規(guī)范要求。臺座兩端底寬2.9m的截面處按負(fù)彎矩配筋，臺座中部底寬1.88m的截面處按正彎矩配筋計算，也均滿足規(guī)范要求。②抗剪能力驗算臺座兩端底寬的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××=1586.4kN臺座兩端底寬的截面抗剪能力下限：Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0=394.7kN臺座中部底寬的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××臺座中部底寬的截面抗剪能力下限：Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0=365.8kN因此，截面抗剪能力足夠，無須進(jìn)行抗剪驗算，只需按構(gòu)造配置箍筋。4、制梁臺座基礎(chǔ)驗算底寬處最大支撐反力為，該處單元長度為，基底應(yīng)力為；底寬處最大支撐反力為，該處單元長度為，基底應(yīng)力為35KPa；據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》表－2，碎石土地基的最小基本承載力（松散）為200～400KPa＞，因此，換填的碎石土承載力滿足規(guī)范要求。換填的碎石土底部壓應(yīng)力的確定可根據(jù)簡明計算土壓力公式：σ'= B×σ+γ×dB+2d×tanθ式中，σ'為粘土持力層頂部的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；B為梁底的實際受壓寬度；d為換填碎石層基床厚度，設(shè)計中d＝；θ為換填碎石層的擴散角度,偏保守取θ＝30°；σ為換填碎石層頂部（梁底）應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；γ為換填碎石層的重度標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計取18KN/m3。因此，對于底寬2.9m處，換填的碎石土底部：σ'= B×σ+γ×d=×+18×B+2d×tanθ+2×1×tan30°對于底寬1.88m處，粘土持力層頂部：σ'= B×σ+γ×d=×+18×B+2d×tanθ+2×1×tan30°若按設(shè)計初衷，復(fù)合地基的承載能力能達(dá)到150KPa，則基底承載能力滿足要求。若依據(jù)原設(shè)計，粉噴樁的設(shè)計中距為，并且分布范圍均勻。按摩擦樁的受力對粉噴樁進(jìn)行參考計算。按通用的承載力公式：P=0.5×(Ulτ+Aσ)式中，U=2×π×0.5m=l=7.5mτ=(25KPa×5.5m+35KPa×2m)÷7.5m=paπ=A×0.25×0.25×2=0.39m2σ根據(jù)地質(zhì)資料，按保守取為50KPa?！郟=0.5×(Ulτ+σA)＝336KN而該處最大支撐反力為156.2×=288.4KN＜336KN，安全系數(shù)1.16?？梢?，按這樣的思路配置粉噴樁，能滿足承載能力要求。五、荊州存梁臺座計算1、設(shè)計資料該區(qū)存梁臺座采用擴大基礎(chǔ)的形式:臺座底為1m的換填碎石土,其下為可～硬塑狀態(tài)的粘土（持力層）。臺座底寬3m。地質(zhì)情況參見《漢宜鐵路荊州梁場巖土工程勘察報告》。存梁臺座按雙層存梁考慮，最大噸位單頭受力146.31噸。兩片梁間距為2.7m。2、計算模型的建立對制梁臺座地上和地下部分進(jìn)行有限元建模計算，采用彈性地基梁的方法。根據(jù)地質(zhì)報告及臺座設(shè)計圖，選取臺座底的基床系數(shù)為40000KN/m3。其受力機理及工況如下：預(yù)制T梁的重力施加在存梁臺座上，荷載再傳遞至換填的碎石土層，爾后傳遞到底下的粘土持力層。作為彈性地基梁，梁長、布置T梁的片數(shù)和位置均對該彈性地基梁（存梁臺座）的受力產(chǎn)生影響。偏保守計，計算模型選取27m長的臺座，等間距布置10處T梁（共20片）。計算模型如下：模型等視圖3、存梁臺座計算結(jié)果計算結(jié)果顯示：最大正彎矩439.3KNM，出現(xiàn)在兩端附近的T梁放置點。最大負(fù)彎矩左右，出現(xiàn)在跨中附近的T梁放置點。最大剪力673.1KN。支撐反力在該荷載工況下較為均勻，最大支撐反力為273.7KN，出現(xiàn)在跨中附近，最小支撐反力為237.1KN，出現(xiàn)在端部。臺座整體豎向向下沉降，沉降較為均勻，最大位移出現(xiàn)在跨中附近，為5.068mm，邊端位移最小，為4.392mm。各項結(jié)果示意圖如下：彎矩示意圖(單位：KNM)剪力示意圖(單位：KN)18支撐反力示意圖(單位：KN)豎向位移示意圖(單位：mm)4、存梁臺座截面驗算整理上述計算結(jié)果，最大內(nèi)力、變形和支反力如下表。表中正彎矩為＋，負(fù)彎矩為－；豎向位移向下為－。位置剪力z（kN）彎矩）支反力kN變形mm最大（?。┌醋畲髲澗仳炈悖鹤畲笳龔澗貫椤Ｔ孛婢嗟?0cm和44cm處分別配置有10根φ12的鋼筋，臺座采用C30混凝土，折算其截面受壓區(qū)高度為，抗彎承載力為＞滿足規(guī)范要求。最大負(fù)彎矩為。原截面距頂處配置有4根φ12的鋼筋，距頂28cm、53cm處分別配置有2根φ12的鋼筋，臺座采用C30混凝土，折算其截面受壓區(qū)高度為，抗彎承載力為323KNM＞，滿足規(guī)范要求?？辜裟芰︱炈悖航孛婵辜裟芰ι舷蓿篤u1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××=2748.7kN截面抗剪能力下限：Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0=683.9kN因此，截面抗剪能力足夠，無須進(jìn)行抗剪驗算，只需按構(gòu)造配置箍筋。5、存梁臺座基礎(chǔ)驗算臺座底部最大支撐反力為，該處單元長度為，寬3m，基底應(yīng)力為；據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》表－2，碎石土地基的最小基本承載力（松散）為200～400KPa，因此，換填的碎石土承載力能滿足規(guī)范要求，但在施工時應(yīng)注意碎石層的密實性。粘土持力層頂部的壓應(yīng)力的確定可根據(jù)簡明計算土壓力公式：σ'= B×σ+γ×dB+2d×tanθ式中，σ'為粘土持力層頂部的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；B為梁底的實際受壓寬度；d為換填碎石層基床厚度，設(shè)計中d＝1m；θ為換填碎石層的擴散角度,偏保守取θ＝30°；σ為換填碎石層頂部（梁底）應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；γ為換填碎石層的重度標(biāo)準(zhǔn)值，設(shè)計取18KN/m3。因此，粘土持力層頂部：σ'=B×σ+γ×d=3×+18×1=B+2d×tanθB+2d×tanθ正常情況下，可取θ=35°時σ'=B×σ+γ×d=3×+18×KpaB+2d×tanθB+2d×tanθ根據(jù)地質(zhì)資料，粘土持力層的承載力特征值為180KPa＞，安全系數(shù)1.15,因此，粘土持力層的承載可以滿足規(guī)范要求。六、潛江（仙桃）存梁臺座計算1、設(shè)計資料該區(qū)所測的三層土分別為：粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土，制梁臺座采用碎石墊層＋復(fù)合地基形式：臺座底為0.5m的換填碎石土，其下采用粉噴樁加固的復(fù)合基礎(chǔ)。臺座底寬。地質(zhì)情況參見《潛江（仙桃）鐵路荊州梁場巖土工程勘察報告》。存梁臺座按雙層存梁考慮，最大噸位單頭受力噸，兩片梁間距為。2、計算模型的建立對制梁臺座地上和地下部分進(jìn)行有限元建模計算，采用彈性地基梁的方法。根據(jù)地質(zhì)報告及臺座設(shè)計圖，選取臺座底的基床系數(shù)為38000KN/m3。其受力機理及工況如下：預(yù)制T梁的重力施加在存梁臺座上，荷載再傳遞至換填的碎石土層，爾后傳遞到底下的復(fù)合地基。作為彈性地基梁，梁長、布置T梁的片數(shù)和位置均對該彈性地基梁（存梁臺座）的受力產(chǎn)生影響。偏保守計，計算模型選取27m長的臺座，等間距布置10處T梁（共20片）。計算模型如下：模型等視圖3、存梁臺座計算結(jié)果計算結(jié)果顯示：最大正彎矩440.5KNM，出現(xiàn)在兩端附近的T梁放置點。最大負(fù)彎矩左右，出現(xiàn)在跨中附近的T梁放置點。最大剪力674.1KN。支撐反力在該荷載工況下較為均勻，最大支撐反力為273.7KN，出現(xiàn)在跨中附近，最小支撐反力為237.6KN，出現(xiàn)在端部。臺座整體豎向向下沉降，沉降較為均勻，最大位移出現(xiàn)在跨中附近，為5.336mm，邊端位移最小，為4.632mm。各項結(jié)果示意圖可參考荊州處存梁臺座的圖例，此處不贅述。4、存梁臺座截面驗算整理上述計算結(jié)果，最大內(nèi)力、變形和支反力如下表。表中正彎矩為＋，負(fù)彎矩為－；豎向位移向下為－。位置剪力z（kN））支反力kN變形mm最大（?。┌醋畲髲澗仳炈悖鹤畲笳龔澗貫椤Ｔ孛婢嗟?0cm和44cm處分別配置有10根φ12的鋼筋，臺座采用C30混凝土，折算其截面受壓區(qū)高度為，抗彎承載力為＞滿足規(guī)范要求。最大負(fù)彎矩為。原截面距頂處配置有4根φ12的鋼筋，距頂28cm、53cm處分別配置有2根φ12的鋼筋，臺座采用C30混凝土，折算其截面受壓區(qū)高度為，抗彎承載力為323KNM＞，滿足規(guī)范要求。抗剪能力驗算：截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××=2748.7kN截面抗剪能力下限：Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0=683.9kN因此，截面抗剪能力足夠，無須進(jìn)行抗剪驗算，只需按構(gòu)造配置箍筋。5、存梁臺座基礎(chǔ)驗算臺座底部最大支撐反力為，該處單元長度為，寬3.0m，基底應(yīng)力為2KPa；據(jù)《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》表4.1.2－2，碎石土地基的最小基本承載力（松散）為200～400KPa，因此，換填的碎石土承載力能滿足規(guī)范要求，但在施工時應(yīng)注意碎石層的密實性。換填的碎石土底部壓應(yīng)力的確定可根據(jù)簡明計算土壓力公式：σ'= B×σ+γ×dB+2d×tanθ式中，σ'為粘土持力層頂部的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；B為梁底的實際受壓寬度；d為換填碎石層基床厚度，設(shè)計中d＝；θ為換填