龙门吊轨道基础计算书

附件一

1 预制梁场龙门吊计算书

1.1工程概况

1.1.1工程简介

本项目预制梁板形式多样，分别为预制箱梁、空心板及T梁，其中最重的是30m 组合箱梁中的边梁，一片重达105t。预制梁场拟采用两台起吊能力为100t的龙门吊用于预制梁的出槽，其龙门吊轨道之间跨距为36.7m。

1.1.2地质情况

预制梁场基底为粉质粘土。查《路桥施工计算手册》中碎石土的变形模量E0=29～65MPa，粉质粘土16～39MPa，考虑最不利工况，统一取粉质粘土的变形莫量E0=16 MPa。临建用地经现场动力触探测得实际地基承载力大于160kpa。

1.2基础设计及受力分析

1.2.1龙门吊轨道基础设计

龙门吊轨道基础采用倒T型C30混凝土条形基础，基础底部宽80cm，上部宽40cm。每隔10m设置一道2cm宽的沉降缝。基础底部采用8根Φ16钢筋作为纵向受拉主筋，顶部放置4根Φ12钢筋作为抗负弯矩主筋，每隔40cm设置一道环形箍筋。，箍筋采用HPB235Φ10mm光圆钢筋，箍筋间距为40cm，具体尺寸如图1.2.1-1、1.2.1-2所示。

图1.2.1-1 龙门吊轨道基础设计图

图1.2.2-2 龙门吊轨道基础配筋图

1.2.2受力分析

梁场龙门吊属于室外作业，当风力较大或降雨时候应停止施工。当起吊最重梁板（105t）且梁板位于最靠近轨道位置台座的时候为最不利工况。

图1.2-1 最不利工况所处位置

单个龙门吊自重按G1=70T估算，梁板最重G2=105t。起吊最重梁板时单个天车所受集中荷载为P，龙门吊自重均布荷载为q。

P=G1/2=105×9.8/2=514.5KN （1-1）

q=G2/L=70×9.8/42=16.3KN/m （1-2）当处于最不利工况时单个龙门吊受力简图如下：

`

图1.2-3 龙门吊受力示意图

龙门吊竖向受力平衡可得到：

N1+N2=q×L+P （1-3）取龙门吊左侧支腿为支点，力矩平衡得到：

N2×L=q×L×0.5L+P×3.5 （1-4）由公式（1-3）（1-4）可求得N1=869.4KN，N2=331.1KN

龙门吊单边支腿按两个车轮考虑，两个车轮之间距离为6m，对受力较大支腿进行分析，受力简图如下所示：

图1.2-4 支腿单车轮受力示意图

受力较大的单边支腿竖向受力平衡可得

N1=N+N （1-5）由公式（1-5）得出在最不利工况下，龙门吊单个车轮所受最大竖向应力为

N=434.7KN

1.3建模计算

1.3.1力学模型简化

对龙门吊轨道基础进行力学简化，基础内力计算按弹性地基梁计算，用有限元软件Midas Civil2015进行模拟计算。即把钢筋砼梁看成梁单元，将地基看成弹性支承。

图1.3-1 力学简化模型

1.3.2弹性支撑刚度推导

根据《路桥施工计算手册》p358可知，荷载板下应力P与沉降量S存在如下关

系：

23

0(1)10cr P b E s ωυ-=-? (1-6) 其中：

E0-----------地基土的变形模量，MPa ；

ω-----------沉降量系数，刚性正方形板荷载板ω=0.88；刚性圆形荷载板ω=0.79； ν-----------地基土的泊松比，为有侧涨竖向压缩土的侧向应变与竖向压缩应变的比值；

Pcr-----------p-s 曲线直线终点所对应的应力，MPa ；

s-------------与直线段终点所对应的沉降量，mm ；

b-------------承压板宽度或直径，mm ；

不妨假定地基的变形一直处在直线段，这样考虑是比较保守也是可行的。故令地基承载的刚度系数3262

3101010cr cr P b P b k s s --???==?，则302101-b E k ωυ??=（）（KN/m ）。

另考虑到建模的方便和简单，令b=200mm （纵梁向20cm 一个土弹簧），查表得粉质粘土νn =0.25～0.35，取ν=0.35粉质粘土的变形莫量E 0=16 MPa 。带入公式(1-6)求解得：

K=4.144×106

1.3.3 Madis2015建模计算

（1）模型建立

图1.3-2 模型建立（2）龙门吊轨道梁弯矩计算

图1.3-3 轨道梁应力图（3）轨道梁剪力计算

图1.3-4 轨道梁剪力图（4）基地反力计算

图1.3-5 基地反力图（5）轨道梁位移

图1.3-6 轨道梁位移图

经过Madis2015建模计算，求得龙门吊轨道梁最大应力弯矩为279.6KN ·m ，最大负弯矩为64.9KN ·m ，最大剪力207.6KN ，土弹簧最大支点反力14.4KN ，考虑到轨道梁位移很小，土弹簧处于弹性变形过程，通过图1.3-5可知基地承载范围在纵梁方向集中在12m 。

1.4 龙门吊轨道梁配筋计算

1.4.1 轨道梁正截面强度验算

（1）判断是截面形式

单筋截面适筋梁最大承受能力为:

)5.01(2

0b b cd u bh f M ζζ-= (1-7)

s a h h -=0 （1-8） cd f --混凝土抗压强度设计值，C30混凝土取14.3Mpa ；

0h ---截面有效高度；

s a ---纵向受拉钢筋全部截面重心至受拉边缘的距离（轨道梁设计s a =7.5cm ）； b ---受压区混凝土截面宽度，取400mm ；

b ζ---相对受压区高度，取0.56；

由公式（1-7）（1-8）可以求的；

KM M u 830)56.05.01(56.0625.0625.04.0103.143=?-??????=·m

因为56.3076.2791.10=?=≥u u M M γ，故龙门吊轨道梁单筋截面就满足受力情况。

（2）最小配筋面积计算

通过截面力矩平衡、受力平衡可得： )2

(00x h bx f M cd d -=γ （1-9） )2

(00x h A f M s sd d -=γ （1-10） s sd cd A f bx f = (1-11)

sd f --钢筋抗拉强度设计值，取280Mpa ；

s A ---受拉区钢筋截面面积；

x ---计算受压区高度；

γ0--结构重要性系数，取1.1。

通过公式（1-10）可求得mm x 78.42=

通过公式（1-11）可求得21540mm f bx f A sd

cd s == 结论：纵向受拉钢筋最小配筋率为1540mm 2，龙门吊轨道梁实际配置8根Φ16纵向受拉钢筋实际）(s A =1600mm 2大于最小配筋率，故正截面强度验算符合要求。

1.4.2 斜截面强度计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）可知，混凝土和箍筋共同抗剪能力的公式为

31230.4510cs v bh ααα-=?α1------异号弯矩影响系数，计算简支梁和连续梁近边支点梁段的抗剪承载力时，α1=1.0；计算连续梁和悬臂梁近中间支点梁段的抗剪承载力时，α1=0.9；故取α1=1.0；

α2------预应力提高系数，对钢筋混凝土受弯构件，α2=1.0；对预应力混凝土受弯构件，α2=1.25，但当由钢筋合力引起的截面弯矩与外弯矩的方向相同，或允许出现裂缝的预应力混凝土受弯构件，取α2=1.0；故取α2=1.0；

α3------受压翼缘的影响系数，取α3=1.1；

b--------斜截面受压端正截面处矩形截面宽度，取b=400 mm；

h0-------斜截面受压段正截面的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离；故取h0=625mm；

p---------斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，p=100ρ，当p>2.5时，取p=2.5，其中ρ=A s/bh0；故p=100×1005/(400×625) =0.402；

f cu,k-------边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准，取f cu,k =30MPa,；

ρsv------斜截面内箍筋配筋率，ρsv= A sv/（S v b）=157.1/（500×400）=0.079%；

f sv--------箍筋抗拉强度设计值，箍筋采用光圆钢筋，故取值f sv=195MPa；

A sv-------斜截面内配置在同一截面的箍筋各肢的总截面面积，取157.1mm2；

S v--------斜截面内箍筋的间距，取500mm。

由上述条件可以求得：

?

+

1.1

?

0.1

0.13?

?

?

?

=-

?

?

?

?

v

400

30

)

.0

.0

195

%

402

079

10

45

.0

625

2(

6.0

cs

=170KN＞166.5KN（最大剪力）

故轨道梁400mm设置一道环形φ10箍筋满足斜截面受力要求。

1.4.3轨道地基承载力计算

经过Madis2015建模可以看出，在纵梁方向基地土弹簧反力范围为2.2～2.4m，考虑端头位置反力较小，出于保守考虑纵梁方向2m为基底承力范围。轨道梁下方设置50cm碎石垫层，地基压力按45度角扩散至基地，纵梁地基承力范围为3m。

图1.4-1 轨道梁地基承载范围侧面图

图1.4-2 轨道梁地基承载范围立面图

考虑最不利工况，轨道梁所受最大压力为：F max =411.23KN

地基承力面积：S=3×1.2=3.6m 2

对地基压力:kpa S

F f 2.114max max ==＜160kpa （实测地基承载力） 故龙门吊轨道基础地基承载力满足要求。

2 预制场台座计算书

2.1工程概况

2.1.1工程简介

预制梁场场梁板尺寸主要有25m、28m、29m、30m组合箱梁以及30mT梁。其中最重的为30m预制组合箱梁中的边梁。混凝土方量为40.2m3，最大预制梁重105t，模板采用整体液压模板共重30t。

2.1.2地质情况

与预制梁场龙门吊基础地质情况一致，不做赘述。

2.2台座设计

2.2.1台座尺寸

制梁台座由方钢台座及混凝土支墩组成，其中方钢台座通长30.5m，尺寸为30.5×0.922×0.55m，为便于台座改造，防止不均匀沉降，采用30×30cm方钢管墩支撑、复合背肋钢模，方钢管通过与基础中预埋的角钢焊接固定作为支撑体系。为了保证制梁台座高度防止台座沉降，在方钢管墩下方设置100×40×20cm的C20混凝土支墩。

图2.2-1 方钢管台座

2.2.2 制梁台座验算

预制梁自重105T ，取G 1=105×9.8=1029KN ；

模板及振捣设备重30T ，取G 2=30×9.8=294KN ；

方钢台座按照80cm 一道布置，方钢墩放置在尺寸为1×0.4×0.2m 的水泥支墩上，水泥支墩体积V 1=0.08m 3，单个水泥支墩及方钢重力G 3=0.08×25=2KN ；

⑴ 梁板张拉前受力验算

在预制梁张拉前，整体对地基的压力最大的时候是在混凝土浇筑之时，考虑1.1的安全系数，所以总的对地基的压力最大值为：

F max =1.1×（

G 1+G 2+G 3）=1.1×（1029+294+2）=1457.5KN 。

故80cm 范围内台座受力F=（F max /30.5）×0.8=38.23KN

水泥支墩与地基有效接触面积为：A 1=1×0.4=0.4m 2。

对地基的压力为：

。a 6.954

.023.3811KP A F f === 所以，预制梁张拉前地基承载力要求不小于95.6KPa 。

⑵ 梁板张拉后受力验算

张拉后，由于梁板起拱，预制梁脱离台座接触，只有两端与台座接触，可看梁板简支在台座两端。台座两端扩大基础尺寸为2×1.5×0.2m ，体积V2=0.6m 3，重力

G 4=V 2×25=15KN

取1.1的分项系数故台座单端受力大小为：F 张拉=1.1×G 1/2+1.1×G 4=582.45KN 基础底面积为：A 2=2×1.5=3m 2。

对地基的压力为：

。张拉a 15.1943

45.58221KP A F f === 所以，梁板张拉后，台座端头地基承载力要求不小于194.15KPa 。

2.2.3 存梁台座验算

⑴ 存梁台座设计

存梁台座采用双层C25钢筋混凝土结构，纵梁方向6m 设置一道断逢防止不均匀

沉降。存梁台座顶部超出地面0.3m，保证梁板吊装的有效操作空间和安全距离。具体尺寸见图：

图2.2-4 存梁台座断面图

⑵受力分析

存梁台座设计为双层存梁（箱梁、空心板），梁板之间间距为3.2m。

单片梁板重：G=105×9.8=1029KN；

存梁台座单端受力：F=2×G/2=1029KN；

存梁台座自重线荷载：q1=S×25=36.75KN/m（S为存梁台座截面面积）；

地基反力纵梁方向平均长度取L=3.2m，截面方向取B=2.4m（存梁台座底部宽）；

地基承载面积：S1=L×B=7.68m2；

开挖土体自重线荷载：q2=S2×λ=1.2×18=21.6KN/m（λ为土重度取18KN/m3）。

图2.2-5 存梁台座受力简图

⑶地基承载力验算

地基承载力特征值 KPa f a 160=

轴心荷载作用下地基承载力验算

计算公式：

按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2011）下列公式验算： P k = (F k ＋G k )/A

P k = (F ＋q 1×L-q 2×L)/S 1= (1029＋36.75×3.2－21.6×3.2）/7.68 = 140.3kPa ＜KPa f a 160=

故地基承载力满足要求。

⑷ 基础受压验算

存梁台座采用C25混凝土，轴心抗压强度设计值：[f cd ]=11.9Mpa 。 考虑到梁板放置在存梁台座上，梁低楔形块位置集中受力； 楔形块面积：S=0.5×0.5=0.25m 2；

局部荷载为：F=1029KN ；

Mpa 9.11][f a 116.4411625

.01029cd =<====MP Kpa A F f ； 所以，存梁台座自身受力强度满足要求。