王 研

(中鐵四局集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥 230022)

高速鐵路橋梁MG450型提梁機(jī)基礎(chǔ)有限元設(shè)計(jì)計(jì)算

王 研

(中鐵四局集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥 230022)

MG450型450 t提梁起重機(jī)可進(jìn)行鐵路客運(yùn)專線20 m、24 m、32 m預(yù)制雙線整孔箱梁的提升和裝卸作業(yè)，在高速鐵路施工中應(yīng)用范圍極廣。因提升重量大，常需對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。文章根據(jù)某工程MG450型提梁機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例，詳細(xì)描述了提梁機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容，通過對(duì)比分析有限元軟件RC設(shè)計(jì)計(jì)算與規(guī)范計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了計(jì)算的正確性，以期對(duì)MG450型提梁機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算提供參考。

鐵路橋梁； MG450提梁機(jī)； Midas-Civil有限元； 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算； RC設(shè)計(jì)

MG450型450 t提梁起重機(jī)是為滿足鐵路客運(yùn)專線混凝土箱梁提升而專門研制的輪軌式門式起重機(jī)，通過二臺(tái)450 t提梁機(jī)聯(lián)合抬吊作業(yè)，可進(jìn)行鐵路客運(yùn)專線20 m、24 m、32 m預(yù)制雙線整孔箱梁的提升和裝卸作業(yè)，在高速鐵路施工中應(yīng)用范圍廣泛。

因提梁機(jī)起重重量大，行走軌道基礎(chǔ)需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，在實(shí)際施工中，施工單位常結(jié)合地質(zhì)情況根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行施工，造成材料的浪費(fèi)或使用過程中基礎(chǔ)開裂較嚴(yán)重等現(xiàn)象。本文通過某工程實(shí)例對(duì)MG450型提梁機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的描述并利用有限元分析軟件進(jìn)行了RC設(shè)計(jì)復(fù)核，驗(yàn)證了計(jì)算的正確性。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及截面設(shè)計(jì)尺寸

本高速鐵路橋梁梁場(chǎng)采用型號(hào)為MG450型提梁機(jī)，額定起重量450 t，單輪最大壓力360 kN，詳細(xì)參數(shù)見表1。

表1 提梁機(jī)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)梁場(chǎng)平面布置，提梁機(jī)走形長(zhǎng)度為150 m，根據(jù)反復(fù)試算擬定基礎(chǔ)尺寸如表2所示，根據(jù)地勘單位提供的地勘文件，地層參數(shù)如表3所示。

表2 基礎(chǔ)尺寸數(shù)據(jù) m

表3 地質(zhì)資料參數(shù)

2 MG450型提梁機(jī)基礎(chǔ)計(jì)算

2.1 樁基承載力計(jì)算

提梁機(jī)為條形基礎(chǔ)，采用一般支承模擬樁對(duì)地基梁的支撐，地基梁縱向每間隔2.5 m設(shè)一排樁；采用自定義車輛荷載模擬提梁機(jī)行走產(chǎn)生的移動(dòng)荷載。通過MIDAS有限元軟件建模計(jì)算，支承反力如圖1所示。

圖1 支承反力(單位:kN)

根據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果可知，單樁最大支承反力為2 616.5 kN。

根據(jù)JTG D63-2007《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》及地勘數(shù)據(jù)計(jì)算得需布置樁徑1.5 m、樁長(zhǎng)25 m的混凝土鉆孔灌注樁。

2.2 正截面受彎計(jì)算

根據(jù)MIDAS基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，提梁機(jī)彎矩包絡(luò)圖(荷載的分項(xiàng)系數(shù)地基梁自重為1.2，移動(dòng)荷載為1.4，組合系數(shù)都是1.0)如圖2所示。

圖2 彎矩包絡(luò)圖(單位：kN·m)

地基梁正彎矩最大設(shè)計(jì)值Mmax=958.5 kN·m

地基梁負(fù)彎矩最大設(shè)計(jì)值Mmax=721.8 kN·m

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，Mdu=2422.6 kN·m>Mmax=958.5 kN·m，滿足要求。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，Mdu=1557.2 kN·m>Mmax=721.8 KN·m，滿足要求。

2.3 斜截面受剪計(jì)算

根據(jù)MIDAS基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果，提梁機(jī)剪力包絡(luò)圖(荷載的分項(xiàng)系數(shù)地基梁自重為1.2，移動(dòng)荷載為1.4，組合系數(shù)都是1.0)如圖3所示。

圖3 剪力包絡(luò)圖(單位:kN)

地基梁剪力最大設(shè)計(jì)值Vmax=2531.3 kN，箍筋采用直徑10 mm，單圈6肢的HPB300鋼筋，箍筋間距150 mm。

根據(jù)JTG D62-2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，混凝土和箍筋共同抗剪能力的公式為：

vcs=1.0×1.0×1.1×0.45×10-3×2500×1237.5

Vcs>Vmax=2531.3kN

故斜截面抗剪滿足要求。

2.4 裂縫寬度計(jì)算

最大裂縫寬度驗(yàn)算可根據(jù)JTG D62-2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》給出的公式進(jìn)行驗(yàn)算：

0.1687mm<0.2mm

故最大裂縫寬度滿足要求。

3 基于Midas-Civil的混凝土RC設(shè)計(jì)復(fù)核

通過規(guī)范公式計(jì)算出的結(jié)論可利用Midas有限元軟件進(jìn)行混凝土RC設(shè)計(jì)計(jì)算，通過彎矩和剪力包絡(luò)對(duì)規(guī)范計(jì)算結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 Midas有限軟軟件校核抗彎包絡(luò)圖(單位：kN·m)

圖5 Midas有限軟軟件校核抗剪包絡(luò)圖(單位:kN·m)

4 結(jié)論

通過規(guī)范計(jì)算和有限元軟件復(fù)核，可知計(jì)算結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確，提梁機(jī)基礎(chǔ)尺寸和配筋各項(xiàng)受力均滿足要求，具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r(jià)值。基礎(chǔ)鋼筋混凝土地基梁厚度，可酌情考慮增加，在樁基礎(chǔ)與混凝土梁之間需做不小于20 cm的混凝土墊層。如地質(zhì)條件較好，經(jīng)承載力計(jì)算滿足要求后，也可不設(shè)置樁基。為保證提梁機(jī)安全穩(wěn)定工作、防止脫軌，軌道安裝在基礎(chǔ)梁上應(yīng)牢固準(zhǔn)確，加裝必要的限位裝置。.

[1] 李濤，李潔. 鐵路客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支箱450t提梁門吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算[J]. 水利水電技術(shù)，2014(5)：46-49.

[2] 張書建，冷曦晨，冶子偉，等. 客運(yùn)專線鐵路橋梁梁場(chǎng)提梁機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算[J]. 北方交通，2006(8)：72-75.

[3] 周仲.某梁體預(yù)制廠龍門吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算[J] . 山西建筑，2008(11)：149-151.

[4] JTG D63-2007 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] JTG D62-2004 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

王研(1987～)，男，碩士研究生，工程師，從事鐵路設(shè)計(jì)工作。

U445.469

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[定稿日期]2017-04-14