高速鐵路橋梁MG450型提梁機基礎(chǔ)有限元設(shè)計計算

王 研

(中鐵四局集團有限公司設(shè)計研究院，安徽合肥 230022)

高速鐵路橋梁MG450型提梁機基礎(chǔ)有限元設(shè)計計算

王 研

(中鐵四局集團有限公司設(shè)計研究院，安徽合肥 230022)

MG450型450 t提梁起重機可進行鐵路客運專線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，常需對基礎(chǔ)進行特殊設(shè)計。文章根據(jù)某工程MG450型提梁機基礎(chǔ)設(shè)計實例，詳細描述了提梁機基礎(chǔ)設(shè)計計算內(nèi)容，通過對比分析有限元軟件RC設(shè)計計算與規(guī)范計算結(jié)果，驗證了計算的正確性，以期對MG450型提梁機基礎(chǔ)設(shè)計計算提供參考。

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

MG450型450 t提梁起重機是為滿足鐵路客運專線混凝土箱梁提升而專門研制的輪軌式門式起重機，通過二臺450 t提梁機聯(lián)合抬吊作業(yè)，可進行鐵路客運專線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。

因提梁機起重重量大，行走軌道基礎(chǔ)需進行特殊設(shè)計，在實際施工中，施工單位常結(jié)合地質(zhì)情況根據(jù)經(jīng)驗對基礎(chǔ)進行施工，造成材料的浪費或使用過程中基礎(chǔ)開裂較嚴重等現(xiàn)象。本文通過某工程實例對MG450型提梁機基礎(chǔ)設(shè)計計算進行了詳細的描述并利用有限元分析軟件進行了RC設(shè)計復(fù)核，驗證了計算的正確性。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及截面設(shè)計尺寸

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

表1 提梁機基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)梁場平面布置，提梁機走形長度為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型提梁機基礎(chǔ)計算

2.1 樁基承載力計算

提梁機為條形基礎(chǔ)，采用一般支承模擬樁對地基梁的支撐，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行走產(chǎn)生的移動荷載。通過MIDAS有限元軟件建模計算，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)計規(guī)范》及地勘數(shù)據(jù)計算得需布置樁徑1.5 m、樁長25 m的混凝土鉆孔灌注樁。

2.2 正截面受彎計算

根據(jù)MIDAS基礎(chǔ)內(nèi)力計算結(jié)果，提梁機彎矩包絡(luò)圖(荷載的分項系數(shù)地基梁自重為1.2，移動荷載為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)計值Mmax=958.5 kN·m

地基梁負彎矩最大設(shè)計值Mmax=721.8 kN·m

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

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

2.3 斜截面受剪計算

根據(jù)MIDAS基礎(chǔ)內(nèi)力計算結(jié)果，提梁機剪力包絡(luò)圖(荷載的分項系數(shù)地基梁自重為1.2，移動荷載為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 裂縫寬度計算

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

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)計復(fù)核

通過規(guī)范公式計算出的結(jié)論可利用Midas有限元軟件進行混凝土RC設(shè)計計算，通過彎矩和剪力包絡(luò)對規(guī)范計算結(jié)果進行復(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)范計算和有限元軟件復(fù)核，可知計算結(jié)果真實準確，提梁機基礎(chǔ)尺寸和配筋各項受力均滿足要求，具有相當?shù)膮⒖純r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)承載力計算滿足要求后，也可不設(shè)置樁基。為保證提梁機安全穩(wěn)定工作、防止脫軌，軌道安裝在基礎(chǔ)梁上應(yīng)牢固準確，加裝必要的限位裝置。.

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

[2] 張書建，冷曦晨，冶子偉，等. 客運專線鐵路橋梁梁場提梁機基礎(chǔ)設(shè)計計算[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)計與驗算[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)計規(guī)范[S].

王研(1987～)，男，碩士研究生，工程師，從事鐵路設(shè)計工作。

U445.469

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[定稿日期]2017-04-14