陆爱东
摘 要:该文结合245省道箱梁预制台座的施工实践,介绍预制箱梁台座的设计及计算书。
关键词:预制箱梁 台座 计算书
中图分类号:U41 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)12(b)-0-02
1 台座基础尺寸拟定
台座顶面宽度92 cm,高度25 cm,长26 m,下设扩大浅埋台座基础,其襟边同时兼作施工操作面。中间部分台座长23.2 m,基础为条形基础,底宽252 cm,厚度30 cm;台座两头端部由于箱梁张拉起拱后完全承受梁体重量,受力较大,故采用单独的矩形扩大基础,平面尺寸加大为2.4 m×3.72 m,厚度60 cm,设2 cm宽沉降缝与台座中部主体部分分开,防止不均匀沉降引起台座变形和开裂。台座顶根据设计要求按抛物线预留拱度,且在台座顶面铺一层5 mm厚热轧钢板。
2 地基容许承载力确定
根据施工图纸《工程地质纵断面图》预制场地基土质为低液限粘土,天然含水量ω=18.2%,ρ=1.81 g/cm3,液限ωL=38%,塑限ωP=21.8%,孔隙比e=0.778,其液限IL=-0.22<0,土体处于坚硬、半坚硬状态,按IL=0查《公路桥涵地基与基础设计规范》一般粘性土地基容许承载力表得[σ0]=380 kPa。计算时取地基承载力[σ0] ×0.75=285 kPa。由于地基土为粘性土,该容许承载力不作宽度和深度修正。
3 混凝土基础强度及地基承载力验算
3.1 台座中段基础及地基承载力验算
a)冲切强度验算:中段台座承受梁体自重均布荷载,取单位长(1 m)台座基础计算其抗冲切和底部抗弯拉强度(见图1)。
图1
一片箱梁混凝土数量最大为28.22 m3,平均每米1.1 m3,设计荷载:
梁自重 P=1.1×25=27.5 kN(按面荷载分布在台座顶)
台座混凝土自重 W1=1×0.92×0.25
×24=5.52 kN
基础自重 W2=1×2.52×0.3×24
=18.14 kN
合力 N=P+W1+W2=51.16 kN
以上荷载无偏心,混凝土基础在单位长度内只验算其宽度方向的强度,冲切面按刚性角α=45扩散,基底面积A=1×2.52=2.52 m2,h0=0.3 m,bt=bb=1 m,C20混凝土设计抗拉强度ft=1.1 MPa=1.1×1000 kPa,基底单位面积反力ps=N/A=51.16/2.52=20.3 kPa冲切力 F1=psA0=20.3×0.5×1=10.15 kN抗冲切力0.6ftbth0=0.6×1.1×1000×1×
0.3=198 kN>F1=10.15 kN冲切强度满足要求。
b)抗弯拉强度
基础底a-a截面为基础悬臂部分弯矩最大截面,其弯矩M=1/2*psl2=1/2×20.3×0.82=6.5 kN·m截面抵抗矩W=1/6* bth02=1/6×1×0.32=0.015m3弯拉应力:σ=M/W=6.5/0.015=433 kPa=0.43 MPa c)地基应力验算:由于荷载没有偏心,基底应力平均分布,ps=N/A=51.16/2.52=20.3 kPa<[σ0]= 285 kPa经验算,基础采用素混凝土,其抗冲切和抗弯拉强度以及地基承载力均满足要求。 3.2 台座端部基础强度及地基承载力验算 a)抗冲切强度验算 如图2所示,当箱梁张拉起拱后,整片梁体重力荷载集中作用在端部台座基础上,作用位置距台座端头70 cm,距基础底面中心50 cm,(见图2中Ⅱ-Ⅱ剖面)。台座端部基础由于沉降缝的存在,为不完全对称结构物,上部荷载及台座自重荷载将对基底形心产生偏心距,地基应力呈梯形,验算时地基应力统一采用最大反力ps。 图 2 箱梁自重荷载:P=(28.22×25)/2 =352.75 kN 台座混凝土自重 W1=1.4×0.92×0.25 ×24=7.73 kN 基础自重 W2=2.4×3.72×0.6×24=128.56 kN施工荷载不计,合力N=P+W1+W2=489.0 kN, 合力偏心距:e=(P×0.5+W1×0.5+ W2×0)/N=(352.75×0.5+7.73×0.5)/489 =0.369m合力矩:M=N*e=489×0.369= 180.4 kNm由于基底核心半径ρ=b/6= 2400/6=400mm>e=369mm,所以基底不产生拉应力,即地基无应力重分布现象,地基最大应力ps=N(1+6e/b)/A=489×(1+6×0.369/2.4)/2.4×3.72=105kPa < [σ0]=285kPa地基承载力满足要求。 地基最小应力pmin=N(1-6e/b)/A =489×(1-6×0.369/2.4) /2.400×3.72=4.24kPa经计算并由图2可以看出,由于偏心距的存在,pmin很小,使Ⅱ-Ⅱ剖面中基础危险截面a-a拉应力和冲切面冲切力均很小,故只验算Ⅰ-Ⅰ截面基础强度。 冲切力F1=psA0=105×[2.4×0.4+(2+2.4)×0.4/2]=201.6 kN其中A0为考虑冲切荷载ps作用时的多边形面积(如图2中ABCDE面积)冲切锥体顶边长bt=1.4 m,底边长bb=2m,bm=(bt+bb)/2=1.7m抗冲切力 0.6ftbmh0=0.6×1.1×1000×1.7×0.6=673.2kN > F1=201.6kN冲切强度满足要求。
b)抗弯拉强度(取单位宽度1m计算)基础底a-a截面弯矩M=1/2×psl2=1/2×105×1.42=102.9kN·m截面抵抗矩W=1/6×1×0.62=0.06m3弯拉应力:σ=M/W=102.9/0.06=1715kPa≈
1.72MPa>ft=1.1MPa经验算,端部基础横向抗弯拉强度不满足要求,需进行配
筋计算。
4 配筋计算
取1m宽基础计算,则截面b=100 cm,h=60 cm,A=600000 mm2,W=1/6×1000×6002=1×107 mm3,C20混凝土设计抗压强度fcm=11 MPa;配筋采用Ⅱ级钢筋,fy=310 Mpa,钢筋直径d按16 mm以内估计,保护层厚度a=5 cm,则截面有效高度h0=h-a-d/2=542 mm,根据公式fcmbx=fyAs和M=fcmbx(h0-x/2)有11×1000x=310As
102900000=11×1000x(542-x/2)解得 x=17.5 mm,As=621 mm2选用4Φ16,As=804 mm2,按25 cm等间距布置。
验算适用条件:
采用Ⅱ级钢筋时,ξb=0.544,x=17.5 mm<ξbh0=0.544×542=295 mm,满足配筋率μ=As/bh0=804/1000×542=0.15%<μmax=ξb ×fcm/fy=1.93%,满足Asmin=0.0015×
1000×600=900 mm2>As=804 mm2,配筋率不足,调整选用5Φ16,As=1005 mm2,按
20 cm等间距布置,此时:μ=As/bh0=1005/1000×542=0.19%<μmax=1.93%,满足Asmin=0.0015×1000×600=900 mm2 1005 mm2,满足截面复核: 配筋后,混凝土受压区高度x=fyAs/fcmb=310×1005/11×1000=28.3 mm截面抵抗矩为Mp=fcmbx(h0-x/2)=11×1000×28.3(542-28.3/2)=164319705 N·mm=164.3 kN·m > M=102.9 kN·m截面抗弯强度满足要求。 经过计算,拟定的台座尺寸满足使用要求,台座基础中间部分底宽252 cm,厚度30 cm,为素混凝土;两头端部基础2.4 m ×3.72 m,厚度60 cm,横向配筋每米5根Φ16,间距20 cm,配筋后满足强度要求。 结语:合理的预制箱梁台座的结构设计,能够既降低工程造价又能保证施工安全,对工程施工实践有重要的意义。