制梁台座设计计算书.doc

制梁台座设计计算书1、工程概况12、设计依据13、设计说明13.1、地质、水文参数13.2、结构形式24、设计参数选定24.1、设计荷载24.2、材料性能指标25、基础设计35.1、基础形式的选择35.2、基础内力计算模型46、结构分析56.1、端部基础56.2、中部基础77、桩基础设计157.1、单桩承载力计算157.3、桩基配筋计算168、端部台座设计18附图1：制梁台座桩基配筋图20附图2：制梁台座断面布置图211、工程概况新建武广客专线XXTJ II标DK29+400DK106+200段桥梁为双线整孔箱梁，共计443孔，我四分部梁场负责DK1520+000DK1596+000段329孔箱梁制作。2、设计依据2.1、基础工程；2.2、地质勘探资料；2.3、二公司客运专线技术组有关资料；2.4、(JTJ024-85)2.5、砼结构设计规范（GB50010-2002）。 3、设计说明3.1、地质、水文参数根据对梁场地质勘察资料，梁场位置地质层自上而下依次为： 层种植土平均层厚0.74m，粉质粘土,呈软-可塑状态,强度低,压缩性大. 层粉质粘土平均层厚4.36m，灰黄色，湿、软塑-硬塑状态，基本承载力220kPa。 层圆砾平均层厚3.22m，黄色，粉红色，湿密实状态，基本承载力280kpa。 层全风化花岗岩平均层厚9.66 m，棕红色，湿、坚硬状态。粉砂结构，块状构造，岩芯呈柱基本状。承载力260kpa。 层强风化花岗岩-平均层厚2.29m,肉红色，岩体大部分被破坏，节理裂隙较发育，完整性较差，基本承载力600kpa。 层中风化花岗岩肉红色，岩体部分结构被破坏。岩质坚硬。岩芯呈短-长柱状。基本承载力1400kpa。水文地质条件特征：本区地下水孔隙潜水，赋存于第四系土层和花岗岩风化层孔隙裂隙中，地下水水量较丰富，分布均匀，水位因地形及季节而存在差异，水位埋深28m。地表水较发育， 本设计所采用地质参数均以制梁场地勘查资料为依据。3.2、结构形式制梁台座分为中部及端部两部分。底板端部由于张拉后梁体上拱，承受较大的竖向荷载，台座基础采用两根1.0m钻孔桩，设计桩长20m，桩顶与台座底板连接，底板上设置4道钢筋混凝土条形纵梁；台座中部受力相对均匀，采用钢筋混凝土整板结构，为防止中部沉降过大，整板基础下加设63根0.4m CFG桩，板顶设置3道条形纵梁, 端部条形纵梁高度0.9m，宽度0.5m,制梁台座底板宽度6.5m，端部厚度1.8m，中部厚度0.5m；中部条形纵梁高度0.9m，宽度0.5m，条形纵梁顶面预埋钢板，便于与底模联接。台座两侧各设置一条P43双轨，作为侧模纵移轨道。台座长度34m，钻孔桩采用C25水下砼，CFG桩采用C20砼灌注，制梁台座底板及条形纵梁采用C30砼。基础设计中不考虑基础与地基、基础与上部结构的共同受力作用；采用梁结构形式进行设计分析. 制梁台座布置及配筋详见附图。4、设计参数选定4.1、设计荷载梁重：G1=819.05 t 底模重：G2=50t 内模重：G3=80t 施工荷载(包括人员走动、机具设备、振动荷载) 外模重： 4.2、材料性能指标主要材料强度指标序号材料名称及强度等级强度种类强度设计值(MPa)1C20砼轴心抗压10轴心抗拉1.102C25砼轴心抗压12.5轴心抗拉1.303C30砼轴心抗压15轴心抗拉1.504热轧钢筋HPB2352102105热轧钢筋HRB335300300 5、基础设计5.1、基础形式的选择结合规划场地内的地质的实际情况，制梁台座端部采用钻孔桩基础,中部整板式基础，三条纵梁底部横向连接，截面形式见图5.1-1、图5.1-2。根据制梁场地地层情况，桩基设计为直径1.0m钻孔桩，桩基按摩擦桩进行设计，桩顶与梁固结。台座中部每条纵梁底部布置21根直径0.4mCFG桩.图5.1-1：制梁台座端部截面图(mm)图5.1-2：制梁台座中部截面图(mm)5.2、基础内力计算模型本设计外荷载均取时速350km客运专线32m双线预制箱梁，梁自重819.05t（参照通桥（2005）2322-）确定。制梁台座在设计时针对中部和端部不同受力特点分别采用不同的荷载设计组合。5.2.1、中部基础计算荷载工况一：梁体浇注过程中，梁体的重量由台座和外模共同承担，外加施工荷载、振动荷载、底模重量。中部台座在梁体浇注后受力达到最大，整个底模按均匀受力考虑，此时底板承受的竖向荷载包括梁体自重、内模自重（80t）、底模自重（45t），外模两条轨道中一条轨道支撑在台座底板上，按1/2自重荷载（90t）参加组合。混凝土底板设计时忽略条形纵梁对底板的加劲作用，条形纵梁自重按恒载计入底板设计荷载，这种处理对底板结构是偏于安全的.5.2.2、端部基础计算荷载工况二：梁体初张以后，由于梁体的反拱作用，梁体的重量主要由桩基础承担，外加底模的重量、钢绞线的重量、锚具的重量、二次作业荷载。制梁台座端部基础在梁体初张后受力最大，为工况二。由于钢绞线的重量、锚具的重量、二次作业荷载目前暂无法计算，按梁重的2%考虑;由于梁初张后的反拱度，故按梁重的1/2考虑作用在桩基上。荷载分布按集中力加载。梁重：G1=819.05/22.6/2.5=425.9t。钢绞线的重量、锚具的重量、二次作业荷载：G2=819.05/22%=8.19t。 底模重：G3=452.5/34=3.3t (按平均分配计算)每个条形基础自重： G4=2.62.50.50.9=2.93t 故作用在承台上每个集中力：F1=(425.9+8.19+3.3+2.93)/410= 1100.8KN.承台桩自重:F2=2.51.56.82.510=637.5KN.单根基自重(按20米长考虑): F3=0.849202.510=424.5KN.6、结构分析6.1、端部基础台座端部桩基与底板刚性固结，设计验算中忽略地基对承台的弹性支撑及桩侧向约束作用，偏安全地仅考虑桩底约束作用,桩长按20米计算,结构计算简图如下: 6.1-2 1模型图 采用midas/civil建模进行结构分析，得到：单桩支承反力: N=(1100.84+637.5)/2+424.5=2913.1KN。桩顶弯矩:M=1098.4KN0.45m=34.72 KN.m。台座跨中弯矩:M=1679.73KN。6.1-2 反力图6.1-3 Mz图6.1-4 My图6.2、中部基础6.2.1台座中部地基承载力验算混凝土底板设计时忽略条形纵梁对底板的加劲作用，条形纵梁自重按恒载计入底板设计荷载。中部荷载由63根CFG桩平均分配承受, 桩长按10米计算. 偏安全的不考虑地基对底板的弹性支撑.梁重：G1=819.052.6/2.5=851.8t。底模、内模、侧模重：G2=（45+80+90/2）=170t.每个条形基础自重： G3=2.6290.51.2=45.24t 砼整板基础自重:G4=2.66.5290.5=245.05t故每根桩最大支承反力:N =(851.8+170)1029/32.6+45.24310+245.0510)/63+100.1262.410=234.96 KPa. 桩底最大反力N=234.96 KN。单桩承载力标准值按下式确定：P=1/2(ULP+AR)。其中，U桩身周长； L - 局部冲刷线以下有效长度 P桩壁土的平均极限承载力；A 桩底面积；R28桩体标准立方体试块28天抗压强度； R桩尖处土的极限承载力。按摩擦桩估算CFG桩基承载力，取地质勘探报告地基较软弱处位置计算:表6.2-1 中部CFG桩基承载力计算桩径(m)0.4桩端截面积(m2)0.126桩身周长(m)1.256备 注土层地质勘察报告揭示层厚(m)地质勘察报告桩极限侧阻力取值(KPa)地质勘察报告桩极限端阻力取值(KPa)桩侧阻力(KN)(1) 种植土0.815未计该层(2) 粉质黏土6.180612.93(3) 圆砾3.91002000389.36(4) 花岗岩全风化8.6901800(5) 花岗岩强风化7.31202600(6) 花岗岩中风化3500.桩侧阻力1002.29桩极限端阻取值(KPa)2000桩端阻力(KN)252取设计桩长为10m，则单桩竖向承载力特征值=1/2(ULP+AR)627.15注：(JTJ024-85)取承载力标准值为627.2KN234.96KN,满足要求！6.2.2台座中部地基沉降验算6.2.2.1 CFG桩复合地基承载力特征值初步估算：fsp,k=mRa/Ap+(1-m)fsk式中fsp,k 复合地基承载力特征值（KPa）；m面积置换率；Ra 单桩竖向承载力特征值(KN)；Ap桩的截面积（m2）；桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.750.95,天然地基承载力较高时取大值；fsk 天然地基承载力特征值。 m =0.12663/(28.54.8)=0.058, Ra取627.151KN, Ap=0.126 m2, 取0.85;则fsp,k=0.058627.2/0.126+0.85(1-0.058)220 =464.9 KPa.按现行国家标准建筑地基基础设计规范(GB 50007)复合地基的压缩模量提高系数=fsp,k/ fsk=464.9/220=2.11。6.2.2.2台座中部地基沉降验算: p0= P/A =(851.8+170)10 /(32.67)+(45.243+475.2)10/( 729)=74.87 KPa沉降量:S=ms (hizi/i)式中, S 地基总沉降量,cm;zi 第i层土顶面与底面附加应力的平均值, Pai 第i层土的压缩模量,Pa,hi 第i层土的厚度, cm;ms 沉降计算经验系数;计算算基础中心O点的沉降量: 基础底面附加应力 0=-d=74.87-2.01.510=44.87 KPa. 地基中的附加应力,用点法计算,分成(l=14.5m,b=3.5m)四个矩形.附加应力0=4ac0KPa.查表计算如下:深度z(m)l/b(z-1.5)/b应力系数ac附加应力0=4ac0KPa1.54.100.2544.87 4.24.10.770.2239.49 6.94.11.540.1628.72 9.64.12.310.1221.54 地基受压深度,因在9.6米深处已是圆砾层,压缩量非常小,故不再考虑更深土层. 地基沉降计算分层 计算层厚度h0.4b=2.8m,取分层厚2.7 m. 取地质勘察报告中地基最弱处地质情况,计算如下表:表6.2.2-1 地基沉降计算土层编号土层厚度(m)土的压缩模量（Pa）平均附加应力 0(KPa)沉降计算经验 系数ms沉降量(mm)备注12.72.119.0 （44.87+39.49）/2=42.180.63.6粉质黏土22.72.119.0 （39.49+28.72）/2=34.100.62.9粉质黏土32.72.1130.0 （28.72+21.54）/2=25.120.20.2圆砾合计6.7相同方法计算B点地基沉降量为1.9mm. C点地基沉降量为3.7mm。6.2.3 台座中部底板配筋计算:由于上部结构刚度相对而言较大，整体弯曲产生的内力大部分由上部结构承担，底板仅按局部弯曲进行计算。计算局部弯曲时，取单位宽度板条，按倒梁法计算内力，地基反力假定按直线分布。根据前面计算可知：梁重：G1=819.052.6/2.5=851.8t。底模、内模、侧模重：G2=（45+80+90/2）=170t.每个条形基础自重： G3=2.6290.51.2=45.24t 砼整板基础自重:G4=2.67290.9=475.2t中部底板地基平均净反力（不计基础自重）：Pj=(851.8+170)*29/34*10/(6.8*29) =44.2 KPa条形纵梁均布荷载q=(851.8+170)*29/34*10 /(3*29)=100.2 KN。6.2.3.1 中部底板内力计算为简化计算分别将底板划分为横向和纵向板条，其中纵向条带宽取条形纵梁间距，横向取1.0m宽板条。计算简图如图6.2.3-1、图6.2.3-2。1、横向板条内力计算采用倒梁法,以条形纵梁为支点,底板按多跨连续单向板计算内力，结果如下：图6.2.3-3 支点反力图图6.2.3-4 底板弯矩图图6.2.3-5 底板剪力图由于按照多跨连续梁计算得到支点反力与纵梁实际反力不相符，需对支座反力进行调整，将支座计算反力与实际反力的差值平均分配在支座两侧各13跨度内，重新计算底板内力，并对内力叠加，当不平衡力不超过20时，取内力叠加值作为底板内力设计值。结果如下：图6.2.3-5 调整反力图图6.2.3-6 调整弯矩图图6.2.3-7 调整剪力图调整后两侧支点反力R1=114.52-13.51=101.0kN,中间支点R2=71.52+27.15=98.7 kN，不平衡力分别为0.71 kN(1.63 kN)100.220%=20.02 kN，满足精度要求。叠加得到底板内力：跨中弯矩M中=3.6440.832=4.48kN/m；支点弯矩M支1=34.531-2.499=32.03kN/m；支点弯矩M支2=9.258+3.359=12.62kN/m。最大剪力Q=59.27-6.37=52.9kN2、纵向板条内力计算纵向板条可简化为墙下条形基础，采用弹性地基梁模型计算地基的反力及底板内力。中部台座地基采用CFG复合地基，根据场区勘测资料，天然土基压缩模量Es9.0MPa, 复合地基压缩模量Esp=Es=2.119.0=18.99 MPa；地基变形模量E=Es=1-22/（1-）Es,查表取泊松比=0.3E=1-20.32/(1-0.3)18.99=14.11mPa地基抗力系数k=p/sm式中P地基平均反力，取74.87kPa；sm底板平均沉降值，sm（41.9+23.7+6.7）/7=3.1mmk=p/sm=74.87/0.0031=24151.6kN/m3,取24000 kN/m3。集中抗力系数ks=kb=240002.15= 51600kN/m2。建立弹性地基梁模型，计算纵向板条内力如下：图6.2.3-8 纵向板条弯矩图3、底板配筋计算 底板横向钢筋按横向板条内力计算结果进行配筋，其中横向上筋以底板跨中弯矩计算，横向下筋以底板支座弯矩计算；纵向钢筋以纵向板条内力进行配筋。 底板上筋As1=M/(0.9fyh0)=4.48/(0.93000000.45)=0.00003687m2；按照最小配筋率0.15的要求，As1=0.15%(1.00.45)=0.000675 m2As1即底板横向上筋仅需按构造要求设置，每米配筋514200=0.00077 m2。底板横向下筋As1=M/(0.9fyh0)=32.03/(0.93000000.45)=0.0002636m2；仅需按构造要求设置，每米配筋514200=0.00077 m2。底板纵向钢筋采用采用midas/civil自带钢筋混凝土截面设计计算器进行配筋计算，结果如图6.2.3-9。根据计算结果，台座纵向配筋如下：条形纵梁顶面钢筋计算面积As3=0.0010275 m2,采用420150,实际配筋面积=0.001257 m2;底板纵向钢筋面积As4=0.0010275 m2,亦采用420150；底板其它纵向钢筋均按构造要求设置，采用14200均匀布置；条形纵梁箍筋及其它分布筋均采用10200。图6.2.3-9 底板纵向板条配筋计算4、底板冲切及剪切验算1）底板受冲切力按下式计算：Fl0.7hpftumh0,式中：hp受冲切承载力截面高度影响系数，当截面高不大于800mm时，取0.8;ft混凝土轴心抗压强度设计值，取15mPa;um距基础梁h02处冲切临界截面的周长； h0冲切临界截面有效高度； Fl冲切临界锥体承受地基净反力值。代入有关数值：0.7hpftumh00.70.8150002.00.45=6720kNFl =44.21.00.75 =33.2 kN,满足要求。2）底板受冲切力按下式计算：Vs0.7hsftbh0,式中：hp受剪切承载力截面高度影响系数，hs=(800/h0)1/4,当截面高h0不大于800mm时，取0.8;ft混凝土轴心抗压强度设计值，取15mPa;b剪切临界截面的边长，取1.0m； h0剪切临界截面有效高度； Vs距基础梁h0处剪切临界面剪力设计值。代入有关数值：0.7hsftbh00.71.0150001.00.45=4725kNVs=44.21.00.375=16.6KN,满足要求。7、桩基础设计7.1、单桩承载力计算711 端部桩基础桩底最大反力N=2913.1KN。单桩承载力标准值按下式确定：P=1/2(ULP+AR)其中，U桩身周长； L-局部冲刷线以下有效长度 P桩壁土的平均极限承载力；A桩底面积； R桩尖处土的极限承载力。取地质勘探报告地基较软弱处位置计算:表7.1-1 端部桩基承载力计算桩径(m)1.04 桩端截面积(m2)0.849 桩身周长(m)3.267 备 注土层地质勘察报告揭示层厚(m)地质勘察报告桩极限侧阻力取值(KPa)地质勘察报告桩极限端阻力取值(KPa)桩侧阻力(KN)(1)