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）

工况1

最大（小）处

53.7

-3.4

64.4

-1.31

+40.4

6.3

工况2

最大（小）处

360

-34.7

156.3

-2.23

+331.8

12.4

+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：

σ'=B×σ+γ×d=2.9×82.9+18×1=95.3kpa

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

工况1

最大（小）处

54

-3.4

64.3

-1.38

+41.3

6.3

工况2

最大（小）处

360

-36

156.2

-2.35

+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：

σ'=B×σ+γ×d=2.9×82.9+18×1=96.1kpa

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=53.8kpa

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×

=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

最大（小）处

673.1

-157.9

273.7

-5.068

+439.3

237.1

-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：

σ'=B×σ+γ×d=3×202…7+18×1=182.4Kpa

B+2d×tanθB+2d×tanθ

正常情况下，可取θ=35°时

σ'=B×σ+γ×d=3×202…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）

弯矩（KN.M）

支反力kN

变形mm

最大（小）处

673.1

-155.5

273.7

-5.336

+440.5

237.6

-4.632

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＞440.5KNM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＞155.5KNM，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3.0m，基底应力为202.7KPa；

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，换填的碎石土底部：

σ'=B×σ+γ×d=σ3.0×202.7+18×0.5=169.99Kpa

B+2d×tanθ3.0+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150KPa＜169.99KPa；但通常粉喷桩加固的复合地基，承载力一般在160～180KPa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×（Ulτ+Aσ）

式中，

U=6×π×0.5m=9.42

l=7.5m

τ=（25KPa×5.5+35KPa×2m）÷7.5m=27.6