门式起重机轨道基础设计计算书.docx
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门式起重机轨道基础设计计算书
长江•汉普顿桃花岛
苏家浩大桥工程
门式起重机
轨道基础设计计算书
编制人：
审核人：
批准人:
重庆巨能建设（集团）有限公司
二0一三年六月三日
1设计依据
1.《重庆木洞苏家浩大桥工程两阶段施工图设计》;
2.《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；
4.《公路工程水文地质勘测规范》（JTGC30-2002）;
5.《公路桥涵施工技术规范》（JTGTF50-2011）;
6.《混凝土结构设计规范》（GB50010－2010）;
7.苏家浩大桥地质勘探资料；
8.门式起重机生产厂家提所供有关资料；
9.现场考察资料。
2工程概况
2.1工程背景
长江.汉普顿项目位于重庆市巴南区木洞镇桃花岛，桃花岛在三峡175m蓄水后形成天然孤岛。
项目地处长江上游，紧接广阳、中坝岛，南靠巴南木洞镇,与江北区五宝镇隔江而望。
项目基地距市中心26公里，位于重庆1小时经济圈内。
深圳联合金融充分利用岛内的优质生态景观系统，构建城市近郊休闲度假旅游及长江国际黄金水上旅游新地标，打造丰富、常年吸引人气的旅游项目，建设可以使游客停留的项目与设施，比如巴渝小镇、金融汉普顿、滨水演绎区、国际Town和体育公园等休闲娱乐设施等。
图1.1苏家浩大桥地理位置图
为满足桃花岛整体开发、木洞镇旧城改造和解决岛上交通出行，规划在岛的上、下游区域各建设一座大桥，首先修建上游桥位的苏家浩大桥。
2.2桥梁概况
苏家浩大桥起于茶涪路，与茶涪路平交，横跨长江河汊，止于桃花岛；其中引道长度约25m，桥梁长度469m，桥梁全宽23m,桥面设1.5%的双向横坡；平面无转点；采用了0.8%的单向纵坡。
主桥采用的是上承式混凝土拱桥，主桥跨径组成为：
4×80m+87m，主拱圈采用箱形板拱形式。
主拱净跨73.8m，净矢高为13m，净矢跨比为1/5.68，拱轴系数m=2.0。
桥梁主拱圈的总高度D＝1.4m。
引桥采用36.4m空腹式拱桥，桥梁总长469m。
主桥桥墩为空心薄壁墩，主墩基础为钻孔灌注桩基础和扩大基础。
图1.2苏家浩大桥总体布置图
单幅桥主拱圈由7片拱箱组成，每片拱箱分为3段预制吊装。
每段拱箱的制作，是将先期分块预制的腹板和横隔板在底板钢筋骨架上进行组装，然后现浇底板、接头，最后浇筑顶板，形成闭合的拱箱构件，在浇筑顶板混凝土前，应先预埋立柱底梁伸入顶板的钢筋。
吊装后进行箱段之间的纵横连接加固工作和浇筑纵缝混凝土。
为加强7片拱箱的横向联系，在所有拱箱架设完毕并浇筑纵缝后，再浇筑一层10cm的混凝土横向连接层，内设D10钢筋网。
现浇纵缝混凝土前，应先扎好底梁和立柱伸入纵缝的钢筋。
每段拱箱均在岸边分3段预制，然后采用缆索和扣索吊装拼装成拱。
架设时，先从靠近预制场地一侧桥跨开始往另一侧逐跨架设，先架设靠近大桥中心线（桥轴线）的4片拱箱，全桥贯通成拱后，然后与第一轮吊装相反的方向从大桥一侧向另一侧逐跨吊装靠近内侧的四片拱箱，按此顺序吊装完成所有拱箱。
架设时应注意横桥向的对称施工。
为此，在桃花岛上设置预制场，采用门式起重机对拱肋进行吊运和存放。
为确保门式起重机在桥梁施工工程中正常工作，预制场内设置门式起重机行走通道。
对门式起重机基础进行专门设计。
3设计参数
3.1门式起重机技术资料
苏家浩大桥移梁所采用的门式起重机结构见图3.1。
其主要参数见表3.1。
图3.1门式起重机构造图
表3.1苏家浩大桥门式起重机基础设计参数
用途：
移梁
序号
项目
代号
值
单位
依据
备注
1
型号：
MQ80/22
2
台
2
起重机质量
66758
kg
3
跨距
22
m
4
起升高度
8/7.5
m
5
轮数
8
只
6
支腿纵距
5.5
m
7
轮距
0.6
m
8
使用方式：
两台门机抬吊一片梁
3.2门式起重机基础设计参数
门式起重机行走轨道基础采用钢筋砼条形基础，采用倒T形截面（图3.2），混凝土强度等级为C30。
门式起重机行走轨道采用门式起重机厂家设计要求重型起重钢轨，基础设计中不考虑轨道与基础的共同受力作用，忽略钢轨的承载能力。
门式起重机跨度为22m。
基础设计时，仅对一条基础进行计算。
为保证基础可自由伸缩，根据台座布置情况，每50m设置一道20mm宽的伸缩缝。
图3.2门式起重机基础一般构造图
3.2.1设计荷载
根据门式起重机厂家提供资料显示，门式起重机自重为P1=66.758t，拱肋节段最大重量按P2=70.8t计。
门式起重机自重考虑1.1的增大系数，拱肋吊装时考虑1.2的动力系数。
则门式起重机每个轮上作用的荷载有：
砼自重按25.0kN/m3自动计入，土体容重按2.7kN/m3计。
3.2.2地勘资料
根据探勘资料取地基承载力容许值：
地基压缩模量：
4门式起重机基础内力分析
4.1计算模型
门式起重机基础内力采用MidasCivil进行分析，计算见图见图4.1。
地基梁长度取50m，截面尺寸按照图3.2取定。
采用只能承受压力的弹性支承约束模拟地基梁下部土体（弹性支承连续梁），基床反力系数取为K=10000kN/m3，相当于较松散的中等密实土的参数。
由于弹性支承连续梁上荷载作用在端部和中部的受力有区别，故在加载位置上取两种典型情况，加载1为端部加载，加载2为中部加载。
图4.1.1地基梁简化计算模型
图4.1.2地基梁有限元模型（端部加载时）
图4.1.3地基梁有限元模型（中部加载时）
4.2计算结果
1）弯矩
图4.2.1弯矩图（端部加载时）
图4.2.2弯矩图（中部加载时）
计算得到的弯矩分布图如图4.2.1、4.2.2所示。
可见，当门式起重机位于地基梁端部区域时，在地基梁内产生的最大正弯矩为151.027kN-m，对应的最大负弯矩为-69.985kN-m。
而当门式起重机位于地基梁中部区域时，产生的最大正弯矩为121.68kN-m，最大负弯矩为-67.998kN-m。
2）剪力
图4.2.3剪力图（端部加载时）
图4.2.4剪力图（中部加载时）
计算得到的剪力分布图如图4.2.3、4.2.4所示。
可见，当门式起重机位于地基梁端部区域时，在地基梁内产生的最大剪力为146.701kN。
而当门式起重机位于地基梁中部区域时，产生的最大剪力为146.661kN。
5地基梁配筋计算
5.1地基梁下缘配筋计算
地基梁下缘配筋受力图示见图5.1。
图5.1地基梁下缘配筋计算受力图示
计算公式见式5.1和5.2。
（5.1）
（5.2）
5.2地基梁上缘配筋计算
地基梁上缘配筋受力图示见图5.2。
图5.2地基梁上缘配筋计算受力图示
计算公式仍采用式5.1和5.2。
5.3地基梁箍筋配筋计算
箍筋的设置：
设采用四肢箍筋φ8@200cm，则配箍率公式为
（5.3）
依据规范，钢筋混凝土梁抗剪强度计算公式为
（5.4）
（5.5）
依据如上数据及公式得配筋计算表：
门式起重机轨道基础及配筋计算
1.轨道基础下缘钢筋计算
项目
值
单位
备注
相对界限受压区高度ξb=
0.53
弯矩组合设计值Md=
151.027
MPa
基础梁高度h=
800
mm
混凝土保护层厚度a=
40
mm
截面有效高度h0=
760
mm
腹板宽度b=
500
mm
底板宽度b1=
1500
mm
C30混凝土轴心抗压强度设计值fcd=
13.8
MPa
C30混凝土轴心抗拉强度设计值ftd=
1.39
MPa
纵向普通钢筋（HRB400）的抗拉设计值fsd=
330
MPa
纵向普通钢筋（HPB300）的抗拉设计值fsd=
270
MPa
重要性系数γ0=
1
根据正截面抗弯承载力计算规定，得到混凝土受压区高度x的二次方程系数：
A
3450
B
-5244000
C
151027000
混凝土受压区高度x
29
mm
ξbh0=
403
混凝土受压区高度计算结果判定:
符合要求
受拉区纵向普通钢筋的截面面积As=
614
mm2
实际配筋：
直径
12
mm
根数
8
受拉区纵向普通钢筋实际截面面积
905
mm2
配筋率ρ＝
0.238
最小配筋率ρmin＝
0.190
钢筋间距@=
0.203
m
配筋率判定：
满足最小配筋率要求
结论：
满足规范要求
2.轨道基础上缘钢筋计算
弯矩组合设计值Md=
69.985
MPa
根据正截面抗弯承载力计算规定，得到混凝土受压区高度x的二次方程系数：
A
3450
B
-5244000
C
69985000
混凝土受压区高度x
13
mm
ξbh0=
403
混凝土受压区高度计算结果判定：
符合要求
受拉区纵向普通钢筋的截面面积As=
282
mm2
实际配筋：
直径
12
mm
根数
4
受拉区纵向普通钢筋实际截面面积
452
mm2
配筋率ρ＝
0.040
钢筋间距@=
0.133
m
配筋率判定：
满足最小配筋率要求
结论：
满足规范要求
3.轨道基础箍筋计算
异号弯矩影响系数α1=
1
预应力提高系数α2=
1
受压翼缘的影响系数α3=
1.1
混凝土强度等级fcu,k=
30
斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率P＝
0.23809965374575
最大剪力Vd=
146.701
kN
γ0Vd=
146.701
0.5*0.001*α2*ftd*b*h0=
264.1
是否需要进行抗剪验算
不需要进行抗剪验算
箍筋间距@sv=
0.220
m
箍筋直径d=
8
mm
箍筋肢数n=
4
箍筋面积Asv=
201.061929829747
箍筋配筋率ρsv=
0.00182783572572497
Vsv=
384.7262981
配筋率判定：
满足最小配筋率要求
结论：
满足规范要求
综上所述，地基梁的配筋图如图5.3所示。
图5.3地基梁钢筋构造图
预制场570m龙门吊轨道基础梁材料数量表
项目
材料
编号
截面面积（m2）
间距（m）
数量（根）
单根长度（m）
总长度（m）
每米重量（kg）
小计
单位
合计
混凝土
C30
0.70
570.00
1140.00
798.00
m3
C30砼：
798m3
HRB400Φ12:
11.73吨
HPB300Φ8：
17.35吨
HPB300Φ14：
1.595吨
钢筋HRB400
Φ12
1
24.00
550.00
13200.00
0.8885
11727.94
kg
钢筋HPB300
Φ8
2
12.00
550.00
6600.00
0.3949
2606.21
kg
Φ8
3
0.22
9996.00
2.26
22590.96
0.3949
8920.72
kg
Φ8
4
0.22
4998.00
2.95
14744.10
0.3949
5822.15
kg
Φ14
5
0.50
4396.00
0.30
1318.80
1.2093
1594.85
kg
6门式起重机基础基底应力验算
根据门式起重机轮轴作用位置可分为两种情况，一种是作用在地基梁端部，一种是作用在中部，忽略钢轨的影响，按45度角扩散至地基土上，计算基底应力。
作用荷载有，门式起重机自重，拱肋重量和地基梁自重，其中门式起重机自重和拱肋吊装的合力为P=151.027KN，同时考虑应力扩散范围的地基梁自重。
当轮轴位于端部时，基底应力为
＜
当轮轴位于中部时，基底应力为
<
可见，轮轴位于地基梁各个区域时，基底应力均小于地基承载力容许值。
结论：
满足要求。
基底应力验算见图6.1
图6.1基底应力验算
7附件
1、《预制场平面布置图》
重庆巨能建设（集团）有限公司
二0一三年六月三日
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