梁场台座计算书.pdf
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1/23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GB50010-20024.建筑地基基础设计规范 GB50007-20025.建筑桩基技术规范JGJ94-946.建筑地基处理技术规范JGJ79-20027.铁路桥涵地基和基础设计规范 TB10002.5-20058.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 JTG D62-200410.重力式码头设计与施工规范 JTJ 290-98二、二、验验算内容算内容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、三、荆州制梁台座计算荆州制梁台座计算2/231、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3/233.1 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 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 1.31mm。各项结果示意图如下：弯矩示意图(单位：KNM)4/23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。5/23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)6/23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。7/23工况工况1工况2位置最大（小）处最大（小）处剪力 z（KN）53.7弯矩y（KN.m）-3.4+40.4-34.7360+331.8支反力KN64.46.3156.312.4-1.31-2.23+1.66变形（mm）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12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16 的钢筋，其抗弯承载力为593.8KNM331.8KNM，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12的钢筋，距顶28cm处配置有 4 根12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 236KNM34.7KNM，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。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(fcu0.5)bh0 =0.00051(30.00.5)700.0811.3 =1586.4kN台座两端底宽2.9m的截面抗剪能力下限：Vu2=0.00052fcubh0 =0.00051.0030.0700.0811.38/23=394.7kN台座中部底宽1.88m的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051(fcu0.5)bh0 =0.00051(30.00.5)700.0752.0=1470.4kN台座中部底宽1.88m的截面抗剪能力下限：Vu2=0.00052fcubh0 =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。=0.00051.0030.0700.0752.0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 处最大支撑反力为 32.6KN，该处单元长度为 0.5m，基底应力为 34.7KPa；据铁路桥涵地基和基础设计规范表4.1.22，碎石土地基的最小基本承载力（松散）为 200400 KPa82.9KPa，因此，换填的碎石9/23土承载力满足规范要求。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：=BB+2d tan+d式中，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 d1m；为换填碎石层的扩散角度,偏保守取30；为换填碎石层顶部（梁底）应力标准值；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=2.982.9+d=+181=95.3kpaB+2d tan2.9+2 1 tan30对于底宽 1.88m 处，粘土持力层顶部：B=+d=1.8834.7+181=57.5kpaB+2d tan 1.88+21 tan30根据地质资料，粘土持力层的承载力特征值为180KPa95.3KPa，因此，粘土持力层的承载力满足规范要求。四、四、潜江（仙桃）制梁台座计算潜江（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10/23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。11/23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。工况位置最大（小）处最大（小）处剪力z（KN）54弯矩 y（KN.m）-3.4+41.3-36+332.6支反力KN64.36.3156.212.4变形mm-1.38-2.35=1.68工况1工况2360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12 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16 的钢筋，其抗弯承载力为 551KNM332.6KNM，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12 的钢筋，距顶 28cm 处配置有 4 根12 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 236KNM36KNM，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。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(fcu0.5)bh0 =0.00051(30.00.5)700.0811.3 =1586.4kN 台座两端底宽2.9m的截面抗剪能力下限：Vu2=0.00052fcubh012/23 =0.00051.0030.0700.0811.3 =394.7kN 台座中部底宽1.88m的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051(fcu0.5)bh0 =0.00051(30.00.5)700.0752.0 =1470.4kN台座中部底宽1.88m的截面抗剪能力下限：Vu2=0.00052fcubh0 =0.00051.0030.0700.0752.0 =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 4、制梁台座基础验算、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4.1.22，碎石土地基的最小基本承载力（松散）为200400KPa82.9KPa，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：B=+dB+2d tan式中，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 d0.5m；为换填碎石层的扩散角度,偏保守取30；为换填碎石层顶部（梁底）应力标准值；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=+d=2.982.9+181=96.1kpaB+2d tan2.9+21tan30对于底宽1.88m 处，粘土持力层顶部：13/23B=+d=1.8834.7+181=53.8kpaB+2d tan1.88+21tan30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(Ul+A)式中，U=20.5m=3.14ml=7.5m=(25KPa5.5m+35KPa2m)7.5m=27.7Kpa=A0.250.252=0.39m2根据地质资料，按保守取为50KPa。P=0.5(Ul+A)336KN而该处最大支撑反力为156.20.65=288.4KN336KN，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、荆州存梁台座计算五、荆州存梁台座计算1 1、设计资料、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 2、计算模型的建立、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14/231.2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 3、存梁台座计算结果、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：15/23弯矩示意图(单位：KNM)剪力示意图(单位：KN)1816/23支撑反力示意图(单位：KN)竖向位移示意图(单位：mm)4 4、存梁台座截面验算、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。位置最大（小）处剪力z（kN）673.1弯矩（KN.M）-157.917/23支反力kN变形mm273.7-5.068+439.3按最大弯矩验算：237.1-4.392最大正弯矩为439.3KNM。原截面距底10cm和44cm处分别配置有10 根12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760.3KNM439.3KNM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12的钢筋，距顶28cm、53cm处分别配置有2根12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323KNM157.9KNM，满足规范要求。抗剪能力验算：截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051(fcu0.5)bh0 =0.00051(30.00.5)800.01230.0 =2748.7kN截面抗剪能力下限：Vu2=0.00052fcubh0 =0.00051.0030.0800.01230.0 =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 5、存梁台座基础验算、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4.1.22，碎石土地基的最小基本承载力（松散）为 200400 KPa，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：B=+dB+2d tan式中，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 d1m；18/23为换填碎石层的扩散角度,偏保守取30；为换填碎石层顶部（梁底）应力标准值；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 32 0 2 7=+d=+181=182.4KpaB+2d tanB+2d tan正常情况下，可取=35时 B 32 0 2 7=+d=+181=156.2 KpaB+2d tanB+2d tan根据地质资料，粘土持力层的承载力特征值为 180 KPa156.2KPa，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、六、潜江（仙桃）存梁台座计算潜江（仙桃）存梁台座计算1 1、设计资料、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 2、计算模型的建立、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：19/23模型等视图3 3、存梁台座计算结果、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。台座整体竖向向下沉降，沉降较为均匀，最大位移出现在跨中附近，为5.336mm，边端位移最小，为 4.632mm。各项结果示意图可参考荆州处存梁台座的图例，此处不赘述。4 4、存梁台座截面验算、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）最大（小）处20/23弯矩（KN.M）-155.5+440.5支反力kN变形mm273.7237.6-5.336-4.632673.1按最大弯矩验算：最大正弯矩为440.5KNM。原截面距底10cm和44cm处分别配置有10根12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760.3KNM440.5KNM满足规范要求。最大负弯矩为155.5KNM。原截面距顶3.25cm处配置有4根12的钢筋，距顶28cm、53cm处分别配置有2根12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323KNM155.5KNM，满足规范要求。抗剪能力验算：截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051(fcu0.5)bh0=0.00051(30.00.5)800.01230.0=2748.7kN截面抗剪能力下限：Vu2=0.00052fcubh0=0.00051.0030.0800.01230.0=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 5、存梁台座基础验算、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3.0m，基底应力为202.7KPa；据铁路桥涵地基和基础设计规范表 4.1.22，碎石土地基的最小基本承载力（松散）为 200400 KPa，因此，换填的碎石土承载力能满足规范要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：B=+dB+2d tan求，但在施工时应注意碎石层的密实性。式中，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 d0.5m；21/23为换填碎石层的扩散角度,偏保守取30；为换填碎石层顶部（梁底）应力标准值；为换填碎石层的重度标准值，设计取 18KN/m3。因此，换填的碎石土底部：B3.0202.7=+d=+180.5=169.99KpaB+2d tan3.0+2 0.5 tan30原设计中粉喷桩的置换率原则上适中，原设计基底承载力为150KPa169.99KPa；但通常粉喷桩加固的复合地基，承载力一般在160180KPa之间。因此，该处的粉喷桩加固应注意加强，特别是施工时一定要控制质量。按通用的承载力公式对粉喷桩进行摩擦桩受力参考计算：设计中台座纵向 1.5m 范围内布置有 6 根粉喷桩，P=0.5(Ul+A)式中，U=60.5m=9.42l=7.5m=(25KPa5.5+35KPa2m)7.5m=27.66KPaA=0.250.256=1.18m2 根据地质资料，按保守取为50KPa。P=0.5(Ul+A)=1006.59KN而该处最大支撑反力为：273.71.5 0.45=912.3 KN小于1006.6KN，可见，按七、七、计算结论计算结论1、荆州处的制梁台座在两端底宽2.9m段，最大弯矩作用下原截面底部配置的13根12钢筋应力超限，抗弯承载力不满足要求。建议改成13根16的HRB335钢筋。台座的其余各项验算及地基验算，均能满足相关规范要求。2、潜江（仙桃）处的制梁台座在两端底宽2.9m段，最大弯矩作用下原截面底部配置的13根12钢筋应力超限，抗弯承载力不满足要求。建议改成13根16的HRB335钢筋。台座的其余各项验算均能满足相关规范要求。粉喷桩及杉木桩加固地基的方式可取，其加固后的复合地基承载力应能满足150KPa的原设计要求。建议对该部分设计进行复核，并请对粉喷桩的强度、粉体的掺入量等22/23摩擦桩受力的思路参考配置粉喷桩，能满足承载能力要求。参数进行要求和控制。3、荆州处的存梁台座各项验算，能满足相关规范要求。但选择的粘土持力层的承载力的安全余度不大，施工时注意对粘土持力层的地基适当加固。4、潜江（仙桃）处的存梁台座各项验算，能满足相关规范要求。粉喷桩加固地基的承载能力满足要求，但应加强施工中粉喷桩质量控制。23/23
