梁场台座计算书

台座及基础设计计算书计算：复核：2008年1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》GB50010-20024.《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》JGJ79-20028.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》JTGD62-200410.《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。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)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，出现在T梁支座附近。最大负弯矩，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，出现在距离台座端部左右处，最小支撑反力为，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，出现在跨中；台座两自由端头下沉，最大向下位移为。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）工况1最大（小）处工况2最大（小）处360①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，发生在台座两端底宽的截面处。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，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＞，受拉区钢筋应力为，裂缝宽度为，满足规范要求。最大负弯矩为，发生在台座中部底宽的截面处。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，抗弯承载力为236KNM＞，受拉区钢筋应力为47MPa，裂缝宽度为，满足规范要求。台座两端底宽的截面处按负弯矩配筋，台座中部底宽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的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××=1586.4kN台座两端底宽的截面抗剪能力下限：Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0=394.7kN台座中部底宽的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××=1470.4kN台座中部底宽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4.1.2－2，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。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×dB+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：σ'= B×σ+γ×d=×+18×1B+2d×tanθ对于底宽1.88m处，粘土持力层顶部：σ'= B×σ+γ×d=×+18×1=kpa+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）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，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，出现在距离台座端部5m左右处，最小支撑反力为，出现在台座端部。台座整体竖向向下沉降，最大位移为。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，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，出现在距离台座端部左右处，最小支撑反力为，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，出现在跨中；台座两自由端头下沉，最大向下位移为。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支反力KN变形mm工况1最大（小）处54工况2最大（小）处360-36①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的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××=1586.4kN台座两端底宽的截面抗剪能力下限：Vu2=0.0005·α2·fcu·b·h0=394.7kN台座中部底宽的截面抗剪能力上限：Vu1=0.00051·(fcu^0.5)·b·h0×(30.0^0.5)××台座中部底宽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处最大支撑反力为，该处单元长度为，基底应力为；底宽处最大支撑反力为，该处单元长度为，基底应力为35KPa；据《铁路桥涵地基和基础设计规范》表－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×dB+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＝；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：σ'= B×σ+γ×d=×+18×B+2d×tanθ+2×1×tan30°对于底宽1.88m处，粘土持力层顶部：σ'= B×σ+γ×d=×+18×B+2d×tanθ+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，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=l=7.5mτ=(25KPa×5.5m+35KPa×2m)÷7.5m=paπ=A×0.25×0.25×2=0.39m2σ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×=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）支反力kN变形mm最大（小）按最大弯矩验算：最大正弯矩为。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，抗弯承载力为＞满足规范要求。最大负弯矩为。原截面距顶处配置有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，抗弯承载力为323KNM＞，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×(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，该处单元长度为，宽3m，基底应力为；据《铁路桥涵地基和基础设计规范》表－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×dB+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：σ'=B×σ+γ×d=3×+18×1=B+2d×tanθB+2d×tanθ正常情况下，可取θ=35°时σ'=B×σ+γ×d=3×+18×KpaB+2d×tanθB+2d×tanθ根据地质资料，粘土持力层的承载力特征值为180KPa＞，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。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，最大吨位单头受力吨，两片梁间距为。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、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））支反力kN变形mm最大（小）按最大弯矩验算：最大正弯矩为。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，抗弯承载力为＞满足规范要求。最大负弯矩为。原截面距顶处配置有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，抗弯承载力为323KNM＞，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×(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，该处单元长度为，宽3.0m，基底应力为2KPa；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。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×dB+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＝；θ为换填