[工作精品论文]混凝土布料杆立柱基础结构设计与计算

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集混凝土布料杆立柱基础结构设计与计算麦研1郭井龙2（1、中交四航局二公司工艺部；2、中交四航局二公司党群部，广东广州510300）摘要本文结合现场情况，综合利用了我国钢结构设计规范（GB500172003）及美国房屋建筑混凝土结构规范（ACI31805）对料杆立柱基础柱进行了设计计算，计算内容包括泵送混凝土荷载、基础锚栓受力、混凝土抗崩裂强度、连接焊缝强度。关键词海外项目立柱基础柱脚锚栓设计中国规范美国规范1前言安哥拉LNG海工工程LPG码头工作平台面积为825M，拟采用地泵布料杆工艺分层浇筑该工作平台。布料杆布置在工作平台陆侧的平台A上，现有布料杆立柱基础不能满足使用要求，必须对布料杆立柱基础进行设计计算。本项目总包方为美国BECHTEL公司，该公司对现场施工临时结构有严格的审批管理程序。为了高效率的通过BECHTEL公司的审批，在布料杆立柱基础设计计算中我们结合实际情况，选用我国钢结构设计规范（GB500172003）及美国房屋建筑混凝土结构规范（ACI31805）作为设计计算的主要依据。2布料杆及其立柱基础概况本工程所采用的布料杆产自三一重工，型号为HG38，总重13T，其中浇注臂长38M重8T。现考虑将布料杆布置在LPG码头平台A上，平面位置如图1所示。LPG码头工作平台海侧陆侧平台A布料杆基础图1布料杆基础布置图布料杆下部立柱为120020钢管柱，高2M，布料杆上部转盘与下部钢管柱间采用法兰连接，为出厂标准配置，在此不作计算。现对布料杆下部钢管柱与混凝土间的锚固连接进行设计计算，基础（平台A）混凝土标号为C40。底板采用3CM厚钢板，尺寸为2M2M，作者简介麦研198311，男，广西梧州人，助理工程师，港口工程施工技术管理工作。372中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集底板上布置56个锚栓，按照直径为188M的环形均匀布置（如图2、图3所示），底板与钢管柱间以坡口焊方式焊接。钢管柱与底板间设置1CM厚加劲肋（如图4、图5所示），加劲肋采用直角角焊缝与底板及钢管柱焊接。30120020钢管柱1CM厚加劲肋30锚栓3CM厚钢板图2布料杆基础结构平面图MVN图3布料杆基础结构立面图3荷载计算混凝土布料杆对基础锚栓产生的荷载主要包括混凝土浇注过程中由于混凝土与管壁间摩擦力产生的弯矩、布料杆浇注臂及其内部混凝土自重产生的弯矩。如图4所示，按照最不利的情况布置布料杆浇注臂。布料杆基座浇注臂自重G180KN水平摩擦力F1布料杆基础混凝土泵送方向垂直摩擦力F2管内混凝土自重G280KN90弯管L1L2L1L1图4布料杆结构简图及计算工况373中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集31结构自重产生的外力根据本设备配套资料可知布料杆总重量130，浇注臂自重KN180GKN，。119LM臂自重对布料杆基础产生的弯矩为1111520MGLKNMII；竖向力。1130NKNM32泵管中的混凝土自重产生的弯矩布料杆泵管内径为125MM，长36L管内混凝土重量为221124DGLII砼KN，由混凝土自重产生的弯矩为2212128MGLKNMII；竖向力。2112NKN33混凝土与管壁间摩擦力产生的弯矩混凝土与管壁间受力分析如下取布料杆浇筑臂管道任意一个节段为脱离体作受力分析，如图5所示，布料杆在图4工况下泵送混凝土时，受混凝土前进所产生的摩擦力，摩擦力方向与混凝土前进方向相同。混凝土前进方向混凝土前进方向摩擦力F方向与运动方向相反进口泵送压力F出口泵送压力F混凝土前进方向以混凝土作为脱离体以钢管作为脱离体混凝土对管壁摩擦力F根据作用力与反作用力原理摩擦力F方向与运动方向相反混凝土对管壁摩擦力F布料杆浇筑臂管道节段图5混凝土与管壁间受力分析图摩擦力F计算式12FKKV其中F柱塞流与输送管道内表面间的摩擦力，PA；1K黏着系数，PA；2K数度系数，PAS/M；V混凝土的流速，M/S。当管道内足够光滑时，普通混凝土的、值可以按照实验式计算1K2K374中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集2130110KS，2240110KSS混凝土塌落度，CM。本工程混凝土塌落度设计为20CM。23600QVR，Q混凝土泵的理论输送量，。本工程采用三一重工HBT60型地泵，理论最大输送量为。3/MH360/QMHR输送管道半径，M。则22260301201040120103716360031420125/2FFPA浇筑混凝土过程中，弯管、软管对混凝土产生的流动阻力要比水平管大，现将90弯管、软管换算为水平长度，具体如下表所示90注摘自新型泵送混凝土技术及施工按照布料杆实际情况，浇筑臂共有弯管5根，R05M，则换算长度为51260M。3M软管1根（位于布料杆出口处，向下垂直），换算长度为18M。90水平力计算1603860314201253716143FLDFKN竖向力计算2181831420125371626FDFKN水平力产生的弯矩为3114316229MFHKNMII。垂直力产生的弯矩为422638988MFLKNM。竖向力。326NKN375中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集34荷载组合按照恒载12、活载1411进行荷载组合，则弯矩设计值11211142342339MMMMMIKNMKNKN；剪力设计值；1111422VF轴力设计值。221213011141773NGF4结构计算布料杆基础结构及受力简图如下图所示MVNMINMAXTR图6布料杆基础受力简图41底部钢板产生的应力验算MAXMINNMAW，其中23623650AMM，1241183610IMM，911810WM3M则MAXMIN00491982NMAW，1MAX2030351225CMPAFMPA提供的计算方法，对基础外缘受力最大的锚栓进行受力计算421锚栓受力验算如图6所示，2000HMM01940HMM，60SMM，MAXMAXMIN1024XHMIM，65923HXAM，则锚栓的总拉力为0MNATH，00166HHHH，其中6396MNHI，376中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集则0824，01390MNANHTK，受力最大的锚栓分配系数为11786IANA，则单根锚栓最大拉力为778TZKNN。422锚栓抗拉强度验算由于布料杆是可以360度旋转的，所以取边缘受力最大的锚栓进行断面选择。本基础选用88级锚栓，共计56个，总长1M，埋入混凝土内90CM。现对拉力最大的锚栓进行抗拉强度验算，具体如下3088级锚栓抗拉承载力设计值为，其中30,ATUDTNFAS锚栓抗拉强度设计值,400UDTFMPA，（锚栓为国产材料，强度设计值按照钢结构设计规范GB500172003取值）。锚栓有效截面积2561SAMM，则66,40010561102244ATUDTSNFAKNA07507522441683778ATNKN，锚栓抗拉强度满足规范ACI31805要求。423锚栓抗剪强度验算锚栓抗剪承载力设计值为，其中,AUDVSVF锚栓抗剪强度设计值,250UDVFMPA，（锚栓为国产材料，强度设计值按照钢结构设计规范GB500172003取值）。锚栓有效截面积2561SAMM，则66,25010561101403AUDVSVFAKN22065065140391203956ATVNKNN，锚栓抗剪强度满足规范ACI31805要求。施工时应配置双螺帽。43基础混凝土受力验算根据规范ACI31805附录D验算基础混凝土受力情况431受拉锚栓群的混凝土抗崩裂强度验算受拉锚栓群的混凝土抗崩裂强度为,NCCBGECNEDNCNCPNBNCOANNA，其中NCA群锚的总投影面积，如图7所示，其值为21404NCAM；377中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集15HEF15HEFANC平面图AA图715HEFHEFAA断面图15HEF图8NCOA单个锚栓的最大投影面积，09EFHM229729NCOEFAHM；,ECN受偏心拉力的群锚调节系数，,10ECN；,EDN边缘效应调整系数，取10；,CN调节系数1，预埋锚栓取125；,CPN调节系数2，预埋锚栓取10；BN单个锚栓的混凝土基本抗崩裂强度，151597BCCEFNKFHKN；3845CBGNKNKN混凝土抗崩裂强度为，满足受力要求。075384528841390CBGNKNKN432受剪锚栓群的混凝土抗崩裂度验算受剪锚栓群的混凝土抗崩裂强度为,VCCBGECVEDVCVBVCOAVVA，其中VCA一组群锚在混凝土构件边缘处的破坏面向构件侧面的投影面积，2956421913VCAM；VCOA单个锚栓投影面积，2154VCOAM；,ECV受剪力偏心作用的群锚的调节系数，取,10ECV；,EDV群锚边缘效应调节系数，取,10EDV；378中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集,CV在使用荷载下不开裂的区域中的锚栓，取,14CV；BV单个锚栓在已开裂混凝土中受剪时混凝土的基本抗崩裂强度，02151063819EBOCAOLVDFDKN；则,6641VCCBGECVEDVCVBVCOAVVAKN，07464922CBGVKNV，混凝土抗剪强度满足要求。44基础钢板与布料杆柱身间的焊缝强度验算本节构件按照我国钢结构设计规范（GB500172003）进行设计。底板为3CM厚钢板，尺寸为2M2M，120020钢管柱与底板间以坡口焊方式焊接，钢管柱与底板间设置1CM厚加劲肋（如图4所示），加劲肋采用直角角焊缝与底板及钢管柱焊接，焊缝细部尺寸如图9所示。加劲肋角焊缝焊脚尺寸，则焊缝的有效高度为10FHMMM077EFHH。钢管柱坡口焊坡口深度，则焊缝有效高度为25SMM322EHSMM。22452010加劲肋焊缝连接细部图钢管柱焊缝连接细部图图9焊缝细部尺寸图MVNC40砼锚栓锚栓1CM加劲肋120020钢管柱3CM厚底板图10焊缝受力简图焊缝平面布置如图11所示379中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集钢管柱坡口焊焊缝有效宽度22MM加劲肋双面直角角焊有效宽度7MMYXO图11焊缝平面布置焊缝截面性质如下457178366594MMI，MAX1193HMM，2193482MMA3MAX479282IWCHM。焊缝在弯矩作用下产生的弯曲正应力为63233948816047928210MKNMMPAMPAWMI，满足受力要求。焊缝在剪力作用下产生的剪切应力为622201116019348210VKNMMPAMPAAMI，满足受力要求。通过对布料杆基础锚栓、混凝土强度、连接焊缝强度进行受力验算，其强度均能满足受力要求，且有足够的富余（可进一步优化），能满足现场使用要求。5结语结构物的基础是保证结构在使用期安全、可靠的关键部位，影响着整个上层结构物的刚度和强度，其重要性是不言而喻的，在设计过程必须严格按照规范规程进行计算。另外，海外项目临时结构设计，在选择规范使用时应综合考虑咨工（或总包）对各种规范的认同程度，选择咨工（或总包）比较容易接受的规范进行设计计算，这样可以更快捷的完成审批手续。【参考文献】1、李德滋钢柱柱脚锚栓的应力分析和设计