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。

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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。

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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

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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

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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：

Pcrb103s (1-6)

E0(12)精彩文档

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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

Pcr103b2106Pcrb2ks103s刚度系数

bE0103k（1-2），则

（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E0=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

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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

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（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

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图1.3-5 基地反力图

（5）轨道梁位移

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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:

Mufcdbh0b(10.5b) (1-7)

2 h0has （1-8）

fcd--混凝土抗压强度设计值，C30混凝土取14.3Mpa；

h0---截面有效高度；

as---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as=7.5cm）；

b---受压区混凝土截面宽度，取400mm；

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b---相对受压区高度，取0.56；

由公式（1-7）（1-8）可以求的；

Mu14.31030.40.6250.6250.56(10.50.56)830KM·m

因为Mu0Mu1.1279.6307.56，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：

x2 （1-9）

0Mdfcdbx(h0)

0MdfsdAs(h0)x2 （1-10）

fcdbxfsdAs (1-11)

fsd--钢筋抗拉强度设计值，取280Mpa；

As---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。

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通过公式（1-10）可求得x42.78mm

fcdbx1540mm2fsd

通过公式（1-11）可求得

As结论：纵向受拉钢筋最小配筋率为1540mm2，龙门吊轨道梁实际配置8根Φ16纵向受拉钢筋As(实际）=1600mm2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

vcs1230.45103bh0(20.6p)fcu,ksvfsv 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；

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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=As/bh0；故p=100×1005/(400×625) =0.402；

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

ρsv------斜截面内箍筋配筋率，ρsv= Asv/（Svb）=157.1/（500×400）=0.079%；

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

Asv-------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；

Sv--------斜截面内箍筋的间距，取500mm。

由上述条件可以求得：

vcs1.01.01.10.45103400625(20.60.402)300.079%195

=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

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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：Fmax=411.23KN

地基承力面积：S=3×1.2=3.6m2

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对地基压力:

fmaxFmax114.2kpaS＜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

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降，在方钢管墩下方设置100×40×20cm的C20混凝土支墩。

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图2.2-1 方钢管台座

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2.2.2 制梁台座验算

预制梁自重105T，取G1=105×9.8=1029KN；

模板及振捣设备重30T，取G2=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V1=0.08m3，单个水泥支墩及方钢重力G3=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：

Fmax=1.1×（G1+G2+G3）=1.1×（1029+294+2）=1457.5KN。

故80cm范围内台座受力F=（Fmax/30.5）×0.8=38.23KN

水泥支墩与地基有效接触面积为：A1=1×0.4=0.4m2。

对地基的压力为：

F38.2395.6KPa。A10.4f1

所以，预制梁张拉前地基承载力要求不小于95.6KPa。

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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=0.6m3，重力

G4=V2×25=15KN

取1.1的分项系数故台座单端受力大小为：F张拉=1.1×G1/2+1.1×G4=582.45KN

基础底面积为：A2=2×1.5=3m2。

对地基的压力为：

F张拉582.45194.15KPa。A23f1

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：

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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）。

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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 fa160KPa

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：

Pk = (Fk＋Gk)/A

Pk = (F＋q1×L-q2×L)/S1= (1029＋36.75×3.2－21.6×3.2）/7.68

= 140.3kPa ＜fa160KPa

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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：[fcd]=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=0.25m2；

局部荷载为：F=1029KN；

F10294116Kpa4.116MPa[fcd]11.9MpaA0.25；

f所以，存梁台座自身受力强度满足要求。

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