轨道梁课程设计.doc

目 录一、设计遵循的主要规范标准二、梁格布置及尺寸拟定三、荷载标准值四、材料性能五、计算简图及荷载计算六、内力计算七、截面设计附件：轨道梁配筋图一张一、 设计遵循的主要规范标准1.华人民共和国行业标准 高桩码头设计与施工规范（JTS16712010）. 北京：人民交通出版社，2010。2.华人民共和国行业标准 港口工程荷载规范（JTJ21598）. 北京：人民交通出版社，1998。3.华人民共和国行业标准 港口工程混凝土结构设计规范（JTJ26798）. 北京：人民交通出版社，1998。4.华人民共和国行业标准 港口工程制图标准（JTJ20696）. 北京：人民交通出版社，1996。二、梁格布置及尺寸拟定某河港高桩板梁式码头，排架间距7.0m，下部桩基为600600mm预应力混凝土方桩，上部结构为现浇横梁、非预应力预制纵梁、预应力混凝土叠合式起重机轨道梁、非预应力叠合式面板。横梁上部宽度400mm，高度为175cm，横梁下部宽度900mm，高度为60cm，轨道梁简支时搁置长度250mm。轨道梁为预应力芯棒叠合梁结构，芯棒高度取梁宽。宽度为50cm，牛腿宽度取15cm，高度为180cm。钢筋混凝土叠合式面板的厚度：预制部分厚200 mm，现浇部分150 mm。磨耗层厚50 mm（素混凝土）。码头断面图如下：图1 高桩板梁式码头断面图（尺寸单位：mm；高程单位：m）三、荷载标准值1.施工期：均布荷载：q=3.0 kPa； 使用期：均布荷载：q=30 kPa；2.门机：两台Mh325门座式起重机同时作业，工作状态下的支腿最大竖向荷载Pmax=750KN，轨距10.5m，支腿纵向距离10.5m，按吊臂位置在状态下的轮压P=220KN，在状态下的轮压P=250KN。表1 国产门座式起重机荷载代号Mh-3-25标准值最大起重量（t）最大幅度（m）自重（t）轨距（m）支腿纵距（m）荷载P（kN）两机最小距离（m）荷载计算图式102514510.510.52501.50.750.75PPP表2 国产门座式起重机在工作状态下的支腿竖向荷载标准值（代号Mh-3-25）吊臂位置1（KN）吊臂位置2（KN）吊臂位置3（KN）ABCDABCDABCD660660240240750450150450660240240660图2 吊臂位置图四、材料性能1.混凝土强度等级梁预制预应力芯棒采用C40级；梁预制非预应力部分采用C30级；梁现浇部分采用C25级；表3 混凝土强度及性能指标（N/mm2）性能指标标准值设计值弹性模量混凝土强度等级fckftkfcftEc预应力芯棒C4026.82.3919.11.713.25104非预应力部分C3020.12.0114.31.433.00104现浇梁部分C2516.71.7811.91.272.801042.钢筋等级预应力钢筋：采用冷拉级非预应力钢筋：采用级构造钢筋：采用级表4 钢筋等级及性能指标（N/mm2）钢筋种类标准值设计值弹性模量fyk(fpyk)fy(fpy)fy(fpy)Es预应力钢筋冷拉级5004203601.8105非预应力钢筋级3353103102.0105构造钢筋级2352102102.1 105五、计算图式及荷载计算(一)计算图式1、 简支梁 g+q1图3 简支梁计算图式2、连续梁 ABBCCAABCqPP图4 连续梁计算图式(二)计算跨度横梁中心距=7000mm；净跨=6100mm；搁置长度=250mm；纵梁支座宽度=900mm； 简支梁弯矩计算：=+=6350mm；剪力计算：=6100mm； 连续梁弯矩计算：=1.05=6405mm；剪力计算：= =6100mm；荷载计算. 永久荷载标准值1）面板及面板产生的自重标准值2）轨道梁本身产生的自重标准值gk2=250.51.80+(0.15+0.30)0.15=24.19 KN/m3）轨道梁承受的总自重标准值ggk=gk1+gk2=26.75+24.19=50.94 KN/m. 可变荷载标准值1）施工均布荷载q产生的标准值2）满布堆货荷载q产生的标准值qk2=qb2=30=80.25 KN/m3）局布堆货荷载产生的标准值qk3qk3=qb3=300.75=22.5 KN/m3）门座式起重机产生的标准值见表1和表2；六、内力计算说明：内力计算所要用到的计算图式、计算跨度及荷载标准值课参见上一部分，以下不再赘述。其中永久荷载的弯矩计算选取截面5，剪力计算选取截面A、5、B（包括左和右），可变荷载的弯矩计算选取截面5，剪力计算选取截面A、5、B（包括左和右），详见下断面示意图：图5 断面示意图1 永久荷载产生的内力设计值 无论是施工期还是使用期，当纵梁放置于横梁后，纵梁的形变已经产生，内力已经产生，因此按照简支梁计算：1） 弯矩计算2） 剪力计算表5 永久荷载产生的内力设计值 （）（）（）（）（）308.11186.440186.44186.442 可变荷载产生的内力设计值1）施工荷载跨中最大弯矩设计值支座处最大剪力设计值表6 施工荷载产生的内力设计值 （）（）（）（）（）52.6131.84031.8431.842） 满布堆货荷载根据多跨连续梁活载最不利布置方式，当堆货荷载分布在1、3、5跨时：=1=1 =0.100=460.90 =1=1 =0.053=244.28 =1q =1=0.4476.1=306.34 =1q =1=0.5536.1=378.99=1q =1=0.0136.1=8.91当堆货荷载分布在2、4跨时：=1=1 =0.0263=121.22 =1=1 =0.053=244.28 =1q =1=0.0536.1=36.32 =1q =1=0.0536.1=36.32=1q =1=0.05136.1=35.16当堆货荷载分布在1、2、4跨时：=1=1 =0.073=336.46 =1=1 =0.119=548.48 =1q =1=0.386.1=260.43 =1q =1=0.626.1=429.91=1q =1=0.5986.1=409.83当堆货荷载分布在2、3、5跨时： =1=1 =0.035=162.32 =1q =1=0.0356.1=23.99 =1q =1=0.0356.1=23.99=1q =1=0.4246.1=290.58当堆货荷载分布在3跨时：=1=1 =0.013=59.92 =1q =1=0.0136.1=8.91 =1q =1=0.0136.1=8.91=1q =1=0.0666.1=45.23表7 满布堆货荷载产生的内力设计值（）（）（）（）（）1、3、5跨460.90244.28306.34378.998.912、4跨121.22244.2836.3236.3235.161、2、4跨336.46548.48260.43429.91409.832、3、5跨162.3223.9923.99290.583跨59.928.918.9145.23利用影响线计算满布堆货荷载产生的、3） 局布堆货荷载根据多跨连续梁活载最不利布置方式，当堆货荷载分布在1、3、5跨时：=1=1 =0.100=129.22 =1=1 =0.053=68.49 =1q =1=0.4476.1=85.89 =1q =1=0.5536.1=106.26=1q =1=0.0136.1=2.50当堆货荷载分布在2、4跨时：=1=1 =0.0263=33.99 =1=1 =0.053=68.49 =1q =1=0.0536.1=10.18 =1q =1=0.0536.1=10.18=1q =1=0.05136.1=9.86当堆货荷载分布在1、2、4跨时：=1=1 =0.073=94.33=1=1 =0.119=153.78 =1q =1=0.386.1=73.02 =1q =1=0.626.1=120.54=1q =1=0.5986.1=114.91当堆货荷载分布在2、3、5跨时： =1=1 =0.035=45.51 =1q =1=0.0356.1=6.73 =1q =1=0.0356.1=6.73=1q =1=0.4246.1=81.47当堆货荷载分布在3跨时：=1=1 =0.013=16.8 =1q =1=0.0136.1=2.50 =1q =1=0.0136.1=2.50=1q =1=0.0666.1=12.68表8 局布堆货荷载产生的内力设计值（）（）（）（）（）1、3、5跨129.2268.4985.89106.262.502、4跨33.9968.4910.1810.189.861、2、4跨94.33153.7873.02120.54114.912、3、5跨45.516.736.7381.473跨16.82.502.50-12.68利用影响线计算局布堆货荷载产生的、4） 门座式起重机产生的荷载（1）对于单台门机工作时按、状态中最不利组合进行计算。I状态断面值iiiPl。123456M5最大值0.000 0.000 0.000 0.147 0.195 0.149 0.491 967.826 最小值-0.037 -0.039 -0.037 0.008 0.006 0.004 -0.095 -186.799 -0.036 -0.039 -0.037 0.009 0.007 0.005 -0.092 -180.940 -0.038 -0.039 -0.036 0.008 0.006 0.004 -0.095 -187.982 -0.038 -0.038 -0.035 0.008 0.005 0.003 -0.095 -188.160 -0.039 -0.038 -0.034 0.006 0.005 0.003 -0.097 -190.744 -0.039 -0.038 -0.034 0.007 0.005 0.003 -0.095 -187.943 -0.039 -0.036 -0.031 0.006 0.004 0.002 -0.095 -187.331 断面值iiiPl。123456M10最大值0.020 0.021 0.019 -0.004 -0.003 -0.002 0.051 100.215 0.021 0.021 0.018 -0.004 -0.003 -0.002 0.051 100.274 0.021 0.020 0.018 -0.004 -0.003 -0.001 0.051 100.097 最小值-0.090 -0.101 -0.102 -0.044 -0.028 -0.009 -0.374 -736.818 -0.082 -0.096 -0.102 -0.052 -0.036 -0.018 -0.386 -760.393 -0.073 -0.090 -0.101 -0.061 -0.044 -0.027 -0.396 -780.613 -0.067 -0.087 -0.100 -0.064 -0.048 -0.031 -0.395 -778.443 -0.062 -0.083 -0.097 -0.066 -0.051 -0.034 -0.393 -775.760 断面值iiiP123456R。、Q。最大值0.000 0.000 0.000 1.000 0.874 0.749 2.622 807.607最小值-0.076 -0.067 -0.050 0.011 0.007 0.002 -0.174 -53.530-0.079 -0.073 -0.060 0.014 0.008 0.004 -0.185 -57.011-0.078 -0.075 -0.064 0.015 0.010 0.005 -0.188 -57.812-0.078 -0.076 -0.066 0.015 0.011 0.006 -0.188 -57.781断面值iiiP123456Q10左最小值0.000 0.000 0.000 -0.877 -0.946 -1.000 -2.823 -869.484最大值0.021 0.020 0.016 -0.004 -0.002 -0.001 0.051 15.5850.021 0.020 0.018 -0.004 -0.003 -0.001 0.051 15.6490.020 0.021 0.019 -0.005 -0.003 -0.002 0.051 15.597断面值iiiP123456Q10右最大值0.000 0.000 0.000 1.000 0.923 0.829 2.752 847.462最小值-0.094 -0.104 -0.097 0.025 0.021 0.015 -0.234 -72.164-0.095 -0.105 -0.096 0.025 0.020 0.014 -0.237 -72.904-0.102 -0.106 -0.093 0.024 0.019 0.012 -0.246 -75.873-0.104 -0.099 -0.088 0.021 0.015 0.008 -0.245 -75.475断面值iiiP123456Q5最大值0.400 0.269 0.172 -0.028 -0.009 0.004 0.809 249.049 最小值-0.361 -0.490 -0.601 -0.063 -0.048 -0.024 -1.586 -488.365 状态断面值iiPl。123456M5最大值0.155 0.200 0.144 -0.024 -0.015 -0.006 1057.7290.143 0.193 0.152 -0.025 -0.017 -0.007 1027.0440.160 0.193 0.138 -0.023 -0.015 -0.003 1044.781最小值-0.036 -0.039 -0.037 0.009 0.007 0.005 -223.915-0.038 -0.039 -0.036 0.008 0.006 0.004 -229.183-0.039 -0.038 -0.034 0.006 0.005 0.003 -229.291-0.039 -0.038 -0.034 0.007 0.005 0.003 -227.085-0.039 -0.036 -0.031 0.006 0.004 0.002 -223.637断面值iiPl。123456M10最大值0.019 0.021 0.020 -0.005 -0.004 -0.003 118.822 0.020 0.021 0.019 -0.004 -0.003 -0.002 122.624 0.021 0.021 0.018 -0.004 -0.003 -0.002 121.785 0.021 0.020 0.018 -0.004 -0.003 -0.001 120.866 最小值-0.090 -0.101 -0.102 -0.044 -0.028 -0.009 -765.020 -0.082 -0.096 -0.102 -0.052 -0.036 -0.018 -769.570 -0.073 -0.090 -0.101 -0.061 -0.044 -0.027 -768.965 -0.067 -0.087 -0.100 -0.064 -0.048 -0.031 -757.353 -0.062 -0.083 -0.097 -0.066 -0.051 -0.034 -746.682 断面值iiP123456R。、Q。最大值1.000 0.874 0.749 -0.068 -0.077 -0.076 871.197 最小值-0.076 -0.067 -0.050 0.011 0.007 0.002 -63.574 -0.079 -0.073 -0.060 0.014 0.008 0.004 -68.383 -0.078 -0.075 -0.064 0.015 0.010 0.005 -69.783 -0.078 -0.076 -0.066 0.015 0.011 0.006 -70.056 -0.076 -0.078 -0.073 0.017 0.013 0.008 -71.533 -0.070 -0.078 -0.075 0.019 0.015 0.010 -68.831 断面值iiP123456Q10左最小值-0.877 -0.946 -1.000 0.007 0.016 0.020 -978.940 最大值0.021 0.020 0.016 -0.004 -0.002 -0.001 18.606 0.021 0.020 0.018 -0.004 -0.003 -0.001 18.937 0.020 0.021 0.019 -0.005 -0.003 -0.002 19.160 0.019 0.021 0.020 -0.005 -0.004 -0.003 18.269 断面值iiP123456Q10右最大值1.000 0.923 0.829 -0.098 -0.105 -0.095 900.571 最小值-0.094 -0.104 -0.097 0.025 0.021 0.015 -90.503 -0.095 -0.105 -0.096 0.025 0.020 0.014 -91.133 -0.102 -0.106 -0.093 0.024 0.019 0.012 -93.773 -0.104 -0.099 -0.088 0.021 0.015 0.008 -92.075 断面值iiP123456Q5最大值0.400 0.269 0.172 -0.028 -0.009 0.004 287.476 最小值-0.361 -0.490 -0.601 -0.063 -0.048 -0.024 -536.172 （2）对于两台门机同时工作按状态计算断面值iiiPl。123456123456M5最大值0.00 0.00 0.00 0.15 0.20 0.15 0.01 0.00 -0.01 0.01 0.01 0.01 0.51 1011.3650.00 0.00 0.00 0.06 0.11 0.16 0.13 0.09 0.05 0.00 0.00 0.01 0.60 1181.790最小值0.00 0.00 0.00 0.03 -0.06 -0.02 -0.04 -0.04 -0.03 0.01 0.01 0.00 -0.16 -310.667断面值iiiPl。123456123456M10最小值-0.10 -0.10 -0.10 -0.04 -0.02 0.00 -0.06 -0.03 -0.01 0.00 0.00 0.00 -0.45 -882.505 -0.07 -0.09 -0.10 -0.06 -0.04 -0.03 -0.01 -0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 -0.41 -806.831 最大值0.02 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 110.730 断面值iiiP123456123456R。Q。最大值0.00 0.00 0.00 1.00 0.87 0.75 0.51 0.38 0.27 -0.05 -0.03 -0.01 3.70 1139.631 最小值0.00 0.00 0.00 0.03 -0.02 -0.06 -0.08 -0.07 -0.06 0.01 0.01 0.00 -0.24 -73.865 断面值iiiP123456123456Q10 左最大值0.02 0.02 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 17.282 最小值0.00 0.00 0.00 -0.44 -0.56 -0.67 -0.88 -0.95 -1.00 0.01 0.02 0.02 -4.45 -1371.007 断面值iiiP123456123456 Q10 右最大值0.00 0.00 0.00 1.00 0.92 0.83 0.60 0.47 0.34 -0.06 -0.04 -0.02 4.04 1244.794 最小值-0.10 -0.11 -0.09 0.02 0.02 0.01 -0.01 -0.01 -0.01 0.00 0.00 0.00 -0.27 -84.096 断面值iiiP123456123456 Q5最大值0.400.270.17-0.03-0.010.000.020.020.020.000.000.000.86264.60最小值0.000.000.000.000.00-0.08-0.36-0.49-0.60-0.06-0.05-0.02-1.66-511.74（三）最不利荷载组合表9 短暂状况及持久状况作用效应及其组合最不利荷载组合计算截面的弯矩设计值（KN.m)计算截面剪力设计值（KN）5B自重产生的内力设计值308.110 0.000 186.440 0.000 -186.440 186.440 施工荷载产生的内力设计值52.610 0.000 31.840 0.000 -31.840 31.840 满布堆货荷载产生的内力设计值最大值460.900 59.920 306.340 69.700 8.910 409.830 最小值-121.220 -548.480 -36.320 -141.800 -429.910 -45.230 局布堆货荷载产生的内力设计值最大值129.220 16.800 85.890 19.540 2.500 114.910 最小值-33.990 -153.780 -10.180 -39.760 -120.540 -12.680 门机荷载产生的内力设计值最大值1181.790 122.624 1139.631 287.476 19.160 1244.794 最小值-310.667 -882.505 -73.865 -536.172 -1371.007 -93.773 短暂状况荷载组合自重+施工360.720 0.000 218.280 0.000-218.280 218.280 持久状况荷载组合自重+门机+0.7局布最大值1580.354 134.384 1386.194 301.154 -165.530 1511.671 最小值-26.350 -990.151 105.449 -564.004 -1641.825 83.791 自重+满布最大值769.010 59.920 492.780 69.700 -177.530 596.270 最小值186.890 -548.480 150.120 -141.800 -616.350 141.210 最大值1580.354 134.384 1386.194 301.154 -165.530 1511.671 最小值-26.350 -990.151 105.449 -564.004 -1641.825 83.791 七、截面设计承载能力极限状态计算叠合梁正截面承载能力计算 现浇预 制 253040 图6 轨道梁断面图1）短暂状况（施工期梁为简支）原材料：混凝土强度可能未达到100%设计值，一般按75%计算。对于C30，按C20计， fc=9.6MPa ft=1.10MPa。 冷拉钢筋： fy=420MPa 级钢筋：fy=310MPa保护层c，混凝土保护层厚度按JTS151-2011第7.2.2条取65mm.考虑到采用先张法预应力芯棒结构,芯棒的尺寸一般为矩形,其高度等于宽度.为减小偏心受压,预应力筋的布置一般如下图所示,上排预应力筋在截面的中心位置。图7 预应力芯棒图初次计算时，可取 as=0.25h35=0.25500+35=160mm。配筋计算：按矩形截面梁进行设计计算，取d=1.0，=1.0；级建筑物0=1.0，按最不利荷载组合表， （自重+施工荷载） 2）持久状况（使用期梁为五跨刚性支承连续梁）混凝土：梁顶现浇C25,芯棒C40, 梁顶预制部分C30, 跨中强度配筋根据最不利荷载组合表，（自重+门机+0.7局布堆货荷载）实配 5C25+2B25()min =0.20%支座强度配筋根据最不利荷载组合表，双排钢筋保护层a=c+35=85mm， 实配 6B22 ()施工期所需的钢筋远小于使用期。min =0.20%构造配筋（8.2.10条）架立筋和构造筋直径不小于10mm；梁高h大于1600mm时，直径不小于12mm，h大于700mm时，在梁的两侧面沿高度每隔300400mm各设置一根构造筋，两侧纵向构造钢筋应用联系筋联接。联系筋直径取68mm，间距500700mm，通常为箍筋间距的倍数。由于梁高1800mm1600mm，可取架立筋和构造筋直径为12mm，钢筋布置见下图。 图8 轨道梁配筋图叠合梁斜截面承载力计算根据最不利荷载组合表，持续状况剪力设计值，混凝土取预制部分为C30，ft =1.43。1）按新规范5.5.1条，受弯构件的受剪截面应满足下列要求：因为 所以 s取0.25，c取1.0，取1.1，受剪截面符合要求。2）按新规范第5.5.4.1条计算，矩形、T 形和I 形截面的一般受弯构件，当仅配置箍筋时，其斜截面的受剪承载力计算应符合下列规定。箍筋采用级钢A14 4肢箍筋，按规范第8.3.4条规定对预应力混凝土叠合构件，不考虑预应力对受剪承载力的有利影响，取。箍筋间距按规范第8.2.7条规定： 满足要求。3 短暂状况（施工时期）正常使用极限状态验算.计算截面的几何特征值图9 预应力芯棒图1）预应力芯棒几何特征值芯棒断面：混凝土：C40经计算，芯棒的配筋如下：预应力钢筋（冷拉级）： 3C25 5C25 2C25 5C25合力点 非预应力钢筋（级钢筋）：2B25 钢筋和混凝土的弹性模量比值预应力：非预应力： 芯棒的几何特征值见表 表10 预应力芯棒几何特征值编号换算为混凝土的面积A0面积形心至计算边的距离，a面积距Si=A0a形心至计算轴距离yiA0yi2惯性距Ii=bh3/12125062500000250-242.39=7.6114478025277.5391940.75242.39-77.5=164.89137501473.7377.5518275.05242.39-77.5=164.89181822337.142501114570250-242.39=7.61258188.357226620364524785.8334060024.1换算面积的形心至下边缘距离：换算截面形心至上边缘的距离：换算截面形心至下边缘惯性矩：截面抵抗矩系数： 2）预制部分断面几何特征值混凝土近似按叠合部分C30计算。钢筋和混凝土弹性模量比值：非预应力：预应力： 预制部分几何特征见下表表11 预制部分断面几何特征值编号换算为混凝土的面积面积形心至计算边的距离a面积矩形心至计算轴距离惯性矩1800640000000838.49-800=38.49118518408021525686250001525-838.49=686.512120831910531400315000001400-838.49=561.517094103302477.5431515.35838.49-77.5=760.99322442623752501227500838.49-250=588.491700433557677.5570787.5838.49-77.5=760.994265114070885342.94742354802.9386775803523）整梁全断面几何特征值（列表计算）表12 整梁全断面几何特征值编号换算为混凝土的面积面积形心至计算边的距离a面积矩形心至计算轴距离惯性矩1900810000000934.46-900=34.46106874244021525686250001525-934.46=590.541569318712231400315000001400-934.46=465.544876368561477.5431515.35934.46-77.5=856.96408898623652501227500934.46-250=684.462300263764677.5570787.5934.46-77.5=856.9654087119527172222269145.081722-934.46=787.548020762192998275.08934623947.941457022268混凝土：取预制叠合部分为C30。钢筋：梁顶负弯矩配筋6B22 ，。预应力，非预应力。预制部分几何特征见下表。.预应力芯棒抗裂验算1)按规范第6.1.7条规定，预拉区不允许出现裂缝，应符合以下规定：混凝土拉应力： 混凝土压应力： 根据规范第6.1.3条规定，芯棒按混凝土强度达设计强度75%时施加预应力，则取C30。按规范附表G.2，取因此( 2)芯棒预应力:按规范第6.2.76.2.8条，预应力损失取冷拉级3)钢筋合力：见下图10。 换算截面形心图10 芯棒换算截面形心图示4)施加预应力时混凝土拉压应力：和满足要求，如图11所示。 ct=0.602.06cc=6.8317图11 混凝土拉压应力图.芯棒吊运时产生的拉应力验算芯棒吊运时由于支座弯矩在芯棒上部产生的拉应力按规范第6.1.14条验算：1) 计算吊运时的拉应力 预制梁长(芯棒)为6.63m(排架间距7.0m-横梁上部宽度400mm+30mm)，吊点位置如图所示。 图 12 芯棒吊运图示芯棒的自重为：动力系数 2) 芯棒预拉应力在芯棒上部的拉应力3)满足要求。. 施工安装时产生的压应力验算