龙门吊轨道梁设计方案及受力检算(北端砼梁)

.

.

西安地铁三号线TJSG-11标段

45t龙门吊轨道梁设计方案

编制：

审核：

批准：

中铁七局集团西安地铁三号线TJSG-11标段项目经理部

.

2012年10月29日.

.

. 施工方案项目内部审核意见表

.

. 11标长乐公园站45吨龙门吊轨道梁施工专项方案

一、工程概况

【长乐公园】站位于韩森路、互助路与金花路交汇处盘道东北角，互助路立交桥东侧，沿西北-东南向布置。由于拆迁影响，车站方案调整为明挖+北端局部PBA洞桩法暗挖施工。方案调整以后，车站总长176.1m，其中南明挖段长121.9m，北明挖段长6m，暗挖段长48.2m。明挖车站南北两端均设置扩大段作为盾构始发段，南侧向咸宁路方向始发，北端向通化门方向始发。南端扩大段宽24.8m，西侧长15.4m，东侧长17.7m，如图1所示；北端扩大段长17.6m，宽24.2m，如图2所示；车站中部为标准段，宽度为20m。

图1 车站南端扩大段图2 车站北端扩大段

二、轨道梁设计方案

为满足盾构施工进料出土及前期车站施工的需要，在车站上方设置龙门吊走行轨道梁，前期车站施工布置5T龙门吊（或布置16T龙门吊）配合车站施工需要，后期架设一台45T龙门吊。45T龙门吊为原一号线既有设备，跨距22m，

.

因此考虑车站龙门吊轨道梁施工一次成型，满足车站及盾构施工需要。龙门吊轨道梁平面图见附件1。

根据龙门吊跨度及车站标准段宽度，考虑将龙门吊轨道梁设置在车站两侧冠梁上部，同时由于车站所在场地整体呈南底北高，车站北端冠梁设计标高比南端冠梁高1.075m，因此在南端非扩大段冠梁上部浇筑截面尺寸为0.6m×1.275m（既有箱梁高1.2m同时考虑钢箱梁底比支撑顶高0.075m）的钢筋砼梁作为轨道梁，在北端冠梁局部抬高20cm直接作为龙门吊轨道梁。

龙门吊跨南端扩大段时，轨道梁采用一号线原有钢箱梁（0.6m×1.2m），钢箱梁跨度15.4m，扩大段西侧跨度15.4m，东侧跨度17.7m，因此在西侧钢箱梁南端增加0.8m×0.8m（斜长2.35m）斜梁作为钢箱梁基础，北端担在冠梁上，如图3 所示；在东侧钢箱梁南端增加0.8m×0.8m（长5.05m）斜梁作为支撑，北端增设钢筋混凝土牛腿作为支撑，如图4所示。钢箱梁下垫3层20厚1层10厚的钢板调整75mm高差。以确保钢箱梁顶面与标准段轨道梁高程一致。

图3 车站南侧扩大端西侧轨道梁平面图

.

.

.

图4 车站南侧扩大端东侧轨道梁平面图

龙门吊跨北端扩大段时，将车站北端冠梁加宽700mm作为龙门吊轨道梁，

配筋根据设计冠梁局部进行加强处理，且在轨道梁下方每2m设置一个钢筋砼牛腿作为支撑。车站北端轨道梁前期按照16T龙门吊荷载使用，明挖车站完成之后，在车站顶板上每隔2m做1个立柱，支撑轨道梁，后期龙门吊按照45T 龙门吊荷载使用。如图5所示。

.

.

图5 车站北侧扩大段轨道梁平面图

车站标准段由于轨道梁与设计冠梁上部挡土板位置冲突，该部位挡土板不

能施做，南段轨道梁高出地面部分可以代替挡土板起到挡水效果。北段轨道梁比地面底，考虑龙门吊运行安全距离，在距轨道梁1m处砌筑高出地面30cm 的挡土墙起到挡水效果。如图6所示。因北端直接采用冠梁作为45t门吊轨道梁，因此在冠梁上局部抬高部分截面，抬高部分宽度400mm，按构造配筋。

.

. 图6 标准段轨道梁及挡土板断面图

三、南端钢箱梁检算（原有钢箱梁委托南京登峰加工制造）

南端扩大段采用一号线原有钢箱梁，宽0.6m，高1.2m，长15.4m，北端担在冠梁顶部，南端担在0.8m×0.8m钢筋混凝土梁上。该箱梁顶板采用2cm 厚钢板、腹板采用1cm厚钢板，支点加劲板、纵向加劲板、横隔板均采用1cm 厚钢板，组合焊接而成。钢板采用Q235钢材。如图1钢梁参数及大样图。

1、结构大样图

图1 钢梁结构大样图(单位：mm)

2、结构力学参数

.

. 面积A ：

2492002100102101160220600mm A =??+??+??=;

惯性矩I ：

4

103232310152016.1211601012

12)530100*********

15902060020600121(mm I ?=???+???+??+??+??=弹性模量： E=206GPa ； 截面抵抗矩：3

10

19200267600101.152016mm h I W =?==。

3、荷载组成

1）自重荷载

m KN q /8622.31000107850110492006=????=-，考虑钢轨及箱梁上

侧固定压板和螺栓重量，偏于安全考虑，取q=4.5KN/m 。

2）活载

龙门吊轮压为31.5t ，则：活载F=2×315=630KN

4、荷载检算

结构受力模型简化为受均布荷载及集中荷载的简支梁，受力如图：

1）受轨轮集中荷载（动载）工况一：

.

.

受集中荷载时弯矩图

最大剪力：Qmax=F=630KN

2）受自重均布荷载（恒载）：

受力简图

受自重均布荷载弯矩图

最大弯矩：

m

KN

ql

M.

4.

133

8

4.

15

5.4

8

2

2

1

=

?

=

=

；

最大剪力：Qmax=

KN

7.

34

2

4.

15

5.4

2

=

?

=

ql

；

3）受轨轮集中荷载（动载）工况二：

当龙门吊一端在跨中，一端在跨外时，钢箱梁所受弯矩最大，如下图：

q=4.5KN/m

.

.

最大弯矩： m KN Fl M .5.242544.1563042=?==

4）受力检算

龙门吊轨轮通过钢箱梁1/2梁跨时，钢箱梁弯矩值最大，以最不利位置进行受力检算，其受力如图：

（1）抗弯承载力检算

()[]满足要求,1565

.12353.13319200267105.24254.13361MPa MPa W M ===<=?+==ησσσ

（2）抗剪承载力检算

当龙门吊四个轨轮全部在跨内，其剪力最大，则估算为：

()[]满足要求腹,1003.57580102106307.343

max MPa MPa A Q =<=???+==ττ

.

. （3）挠度检算

自重产生的跨中最大挠度：

mm EI ql 4.11010152016.1102063844.1510005.45384512-1094

41=????????==δ

跨中集中荷载产生的最大挠度：

mm EI Fl 2.201010152016.110206484.1510006304812-1093

31=???????==δ

满足要求,4.28500142005006.212.204.121mm l mm ==<=+=+=∑δδδ

通过检算，该钢箱梁在跨度15.4m 的情况下承受45T 龙门吊工作荷载能满足施工使用要求。

四、南端西侧增设钢筋混凝土梁配筋计算

车站南端扩大段西侧长15.4m ，为使用原有钢箱梁，需要在南端增设钢筋混凝土梁作为钢箱梁的支撑点。钢筋混凝土梁采用C30砼、HRB400钢筋，梁截面拟采用800（宽）×800（高），长度2350mm 。将钢箱梁南端担在钢筋混凝土梁上，该梁除承受自重外还承受钢箱梁自重及45T 龙门吊的轮压集中荷载。

受力模型简化如下图：

1、荷载组成

1）集中荷载

钢箱梁自重荷载

.

. F1=4.5×15.4/2=34.65KN

龙门吊行走至如下图位置时，钢筋混凝土梁受龙门吊最大荷载

F2=630+630×（15400-9840）÷15400=857.5KN

集中荷载F=F1+F2=892.15 KN

2）均布荷载

混凝土梁截面0.8m×0.8m

q=0.8×0.8×2.5×10=16KN/m

2、受力分析

砼梁受最大弯矩：

M= ql2/8+Fl/4=m

KN?

=

?

+

?

2.

535

4

35

.2

15

.

892

8

35

.2

162

最大剪力：Q=ql/2+ F/2=KN

9.

464

2

15

.

892

2

35

.2

16

=

+

?；

采用C30砼HRB400钢筋，计算按照单筋矩形截面梁计算

根据建筑施工计算手册，等效公式：

s

y

c

A

f

bx

f=

1

α

)

2

(

1

x

h

bx

f

M

c

-

=α

查有关规范可得

760m m

40

-h

=

=

h，2

/

360

'mm

N

f

f

y

y

=

=，mm

b800

=，2

/

3.

14mm

N

f

c

=

.

. （1） 求受压区高度x

)2

(01x h bx f M c -=α，11=α mm h mm x b 7.393760518.01100=?=≤=ξ

（2）计算配筋量

mm f bx

f A y c s 3496360

1108003.1411=???==α （3）选择配筋

钢筋采用HRB400钢筋，受拉区选择一层8根直径25钢筋（mm A s 3925=）。梁砼保护层为40mm ，有效高度h 0=747.5mm 。 实际配筋率%18.0360

43.145.0%66.05.7478003925min 0=?=≥=?==ρρbh A s ，且不小于0.2%，说明该梁不是少筋梁。 钢筋净间距mm d mm mm s n 25303.747258402800=>≈?-?-= 满足要求。 按照经验受压区配置纵向受压钢筋钢筋截面积略小于受拉区，选取HRB400钢筋 8Φ20进行受压钢筋布置

（4）验算截面抗剪承载力

由于kN q KN bh f t 9.46460075080043.17.07.00=≥=???=

满足抗剪条件，只需按构造设置箍筋即可。箍筋采用HPB300号钢筋，选取φ10@150（四肢）进行布置，腰筋按构造配筋。梁截面配筋如下图所示。

.

.

五、南端东侧增设钢筋混凝土梁配筋计算

车站南端扩大段东侧长17.7m ，为使用原有钢箱梁，需要在南端增设钢筋混凝土梁，北端增设牛腿作为钢箱梁的支撑点。钢筋混凝土梁采用C30砼、HRB400钢筋，梁截面拟采用800（宽）×800（高），长度5050mm 。将钢箱梁南端担在钢筋混凝土梁上，该梁受自身自重均布荷载和钢箱梁的自重及45T 龙门吊的轮压集中荷载，受力模型简化如下图：

1、荷载组成

1）集中荷载

钢箱梁自重荷载

F1=4.5×15.4/2=34.65KN

龙门吊行走至如下图位置时，钢筋混凝土梁受龙门吊最大荷载

.

. F2=630+630×（15400-9840）÷15400=857.5KN

集中荷载F=F1+F2=892.15 KN

2）均布荷载

混凝土梁截面0.8m×0.8m

q=0.8×0.8×2.5×10=16KN/m

2、受力分析

砼梁受最大弯矩：

M= ql2/8+Fl/4=m

KN?

=

?

+

?

3.

1177

4

05

.5

15

.

892

8

05

.5

162

最大剪力：Q=ql/2+ F/2=KN

5.

486

2

15

.

892

2

05

.5

16

=

+

?；

梁采用C30砼HRB400钢筋，计算按照单筋矩形截面梁计算

根据建筑施工计算手册，等效公式：

s

y

c

A

f

bx

f=

1

α

)

2

(

1

x

h

bx

f

M

c

-

=α

查有关规范可得

760m m

40

-h

=

=

h，2

/

360

'mm

N

f

f

y

y

=

=，mm

b800

=，2

/

3.

14mm

N

f

c

=

（1）求受压区高度x

. . )2

(01x h bx f M c -=α，11=α mm h mm x b 7.393760518.01500=?=≤=ξ

（2）计算配筋量

mm f bx

f A y c s 4767360

1508003.1411=???==α （3）选择配筋

钢筋采用HRB400钢筋，受拉区选择一层8根28钢筋（mm A s 4923=），上下双层布置。梁砼保护层为40mm ，有效高度h 0=730mm 。 实际配筋率%18.0360

43.145.0%84.0730*******min 0=?=≥=?==ρρbh A s ，且不小于0.2%，说明该梁不是少筋梁。 钢筋净间距mm d mm mm s n 25303.747258402800=>≈?-?-= 满足要求。

按照经验受压区配置纵向受压钢筋，选取HRB400钢筋 8Φ20进行受压钢筋布置

（4）验算截面抗剪承载力

由于kN q KN bh f t 5.4866.58473080043.17.07.00=≥=???=

满足抗剪条件，只需按构造设置箍筋即可。箍筋采用HPB300号钢筋，选取φ10@150（四肢）进行布置，腰筋按构造配筋。梁截面配筋如下图所示。

.

. 六、钢筋混凝土轨道梁配筋计算

车站在南侧冠梁上部设置截面600*1275的钢筋混凝土梁，承受梁自身自重均布荷载和45T 龙门吊的轮压集中荷载。梁按照弹性地基梁计算，受力模型简化如下图所示。

（1）受力分析 砼梁的所受最大弯矩：m KN ql M ?=?==9.81804.18.60582

2

； 最大剪力：KN 315204

.18.6052=?

==ql q ；

梁采用C30砼 HRB400钢筋，计算按照单筋矩形截面梁计算

根据建筑施工计算手册，等效公式：

s y c A f bx f =1α

)2(01x

h bx f M c -=α

查有关规范可得

mm 235140-27510==h ，2/360'mm N f f y y ==，mm

b 600=，2/3.14mm N f

c =

（1） 求受压区高度x

)2(01x

h bx f M c -=α，11=α

.

. mm h mm x b 6401235518.07.70=?=≤=ξ

X 尚应满足mm 80'2=≥a x 因此mm 80取x

（2）计算配筋量

21906360

806003.1411mm f bx

f A y c s =???==α， %18.00

6343.145.045.0min =?==y t f f ρ min 0%257.01235

6001906ρρ≥=?==bh A s 属于适筋梁，受拉区配置HRB400钢筋6Φ22（A S =2279mm 2），受压区钢筋配置HRB400钢筋6Φ20，箍筋选取HPB300钢筋φ10@150（四肢）进行布置，左右侧腰筋各配置HRB400钢筋4Φ16。

梁配筋截面如下图所示。

（3）验算截面抗剪承载力

由于kN q KN bh f t 315742123560043.17.07.00=≥=???=

.

. 满足抗剪条件。

七、牛腿配筋计算

牛腿作为钢箱梁的支撑点，承受钢箱梁的自重及45T 龙门吊的集中荷载。钢筋混凝土牛腿采用C30砼，宽度为800mm ，高度为1200mm ，外边缘高度为500mm 。

1、荷载组成

钢箱梁自重荷载

F1=4.5×15.4/2=34.65KN

龙门吊行走至如下图位置时，钢筋混凝土梁受龙门吊最大荷载

F2=630+630×（15400-9840）÷15400=857.5KN

混凝土自重荷载

F3=（0.5+1.2）÷2×0.8×0.8×2.5×10=13.6KN

牛腿承受集中荷载

F=F1+F2+F3=34.65+857.5+13.6=905.75 KN

2、牛腿的裂缝控制要求

KN h a bh f F F KN F tk vk hk vk 11591160

6335.0116080001.265.05.0)5.01(75.90700=+???=+-≤=β

.

. 式中1160401200,800,65.0,00=-====h b F hk β

钢箱梁担在牛腿上334mm ，可以将集中力受力点放在牛腿受压截面中央，即

mm a 6332334800=÷-=，2/01.2mm N f tk =

3、牛腿顶面局部受压强度检算

MPa f MPa KN A F c 7.103.1475.075.033.38

.0334.075.905=?=≤=?==σ 4、受拉区钢筋截面计算

2016151160

36085.063375.90585.0mm h f a F A y a s =???=≥ 5、牛腿的配筋

按照混凝土设计规范要求，牛腿受拉钢筋设置为HRB400,8根20钢筋（22512mm A s =），水平箍筋设置HPB300，8排10四肢箍筋。竖向按照受拉钢筋间距间隔设置HPB300，10号拉筋。牛腿钢筋布置大样如下图所示。

八、北端冠梁加宽配筋

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w5ze.html