预制梁场基础及制梁钢台座设计

施工技术

CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY

2019年6月第48卷增刊预制梁场基础及制梁钢台座设计周微强，刘人中，牟峰（中交二航局第二工程有限公司，重庆

400000）

［摘要］先简支后连续梁桥在我国桥梁建设中应用相当广泛，且我国近些年来大力推广节段梁拼装施工工艺。预制梁场，这种辅助型工程在桥梁建设中显得尤为关键，其能否优质、高效、及时地供应工程所需梁体结构，往往决定了但同时大多数预制梁场又属于临时工程范畴。因此在预制梁场建设中工程主体结构质量并直接影响项目总工期，

刚度、稳定性等技术指标，同时也需考虑成本降低率等经济指标，从而预制不仅需要考虑基础及制梁台座的强度、梁场基础及台座的合理设计就显得尤为重要。［关键词］预制梁场；主体结构质量；钢平台；设计［TU753中图分类号］

［文献标识码］A

［8498（2019）S1-1088-04文章编号］1002-

DesignofFoundationandSteelPlatformofPrefabricatedBeamYard

ZHOUWeiqiang，LIUＲenzhong，MOUFeng

（ChinaCommunications2ndNavigationalBureau2ndEngineeringCo.，Ltd，Chongqing

400000，China）

Abstract：SimplysupportedcontinuousgirderbridgesarewidelyusedinbridgeconstructioninChina，andinrecentyears，

segmentgirderassemblytechnologyhasbeenvigorouslypromotedinChina.Prefabricatedgirderyard，thiskindofauxiliaryengineeringisparticularlycrucialinbridgeconstruction.Whetheritcansupplythegirderstructureneededbytheprojectinahigh-quality，efficientandtimelymanneroftendecidesthequalityofthemainstructureoftheprojectanddirectlyaffectsthemostoftheprefabricatedgirderyardsbelongtothecategoryoftem-totalconstructionperiodoftheproject.Atthesametime，

intheconstructionofprefabricatedbeamyard，notonlythestrength，stiffness，stabilityandoth-poraryengineering.Therefore，

ertechnicalindicatorsoffoundationandabutment，butalsotheeconomicindicatorssuchascostreductionrateshouldbetherationaldesignoffoundationandabutmentofPrefabricatedBeamYardisparticularlyim-takenintoaccount.Therefore，portant.

Keywords：prefabricatedbeamyard；mainstructurequality；steelplatform；design

11.1

工程概述工程简介

国道G228平阳至苍南段鳌江口跨江大桥位于

临近鳌江入海口。主桥为85m+150m+浙江省南部，

85m矮塔斜拉桥，引桥部分采用25m跨径和35m跨径装配式预应力混凝土连续T梁。其中25mT梁4

联22跨共计352榀，南北各176榀；35mT梁6联18跨共计288榀，南北各144榀，如图1所示。

1.2

地质条件

本项目工程范围属浙南沿海，东临温州湾广大海域，地势西高东低。测区主要地貌单元为冲海积平原及河床；其中鳌江南北两岸为冲海积平原，地形变化不大，海拔高程一般在2.500～3.000m，沿线村庄及乡间道路高程稍，高程3.500～5.000m；内河、沟渠较发育，河流宽3.00～10.00m，河水深度约1.5～3.5m；鳌江河4.500m。沿线分布民房、床段高程最低处高程约-农

［作者简介］周微强，助理工程师［收稿日期］2019-04-06

图1引桥典型断面

田、养殖河塘和货运码头。

据调査，测区范围地质构造较为简单，主要以断裂、裂隙二种形迹表现，节理裂隙与断裂紧密相关。工作区所处大地构造为浙东南褶皱系，区域构造NE向二组不同方向断发育NNE向、以断裂构造为主，裂，构成了本区构造的基本格局，并且控制了测区内次一级断裂的发育和地貌形态的形成。对本区影响较大的有松阳-平阳大断裂和温州-镇海大断裂。由干拟建

2019增刊周微强：预制梁场基础及制梁钢台座设计1089

筑桥梁所处区域与两大断裂直线距离约8km以上，两条大断裂基本对本工程无影响。1.3

北岸预制梁场简介

鳌江口跨江大桥北岸梁场位于0号桥台台后路基上，路基换土回填高度2m。原地面工程地质层为淤泥，具有流塑状，高压缩性，干强度低等特点，层厚18.80～26.00m，工程地质性质极差。梁场占地12.1亩，分为道路、原材存放、钢筋制作、制梁、存梁等区域。另设排水和电力系统，各类水沟纵横交错，排水通畅，电力走线布局合理，施工方便且符合安全文明施工要求。场内布置制梁台座19个，安装80t门式起重机2台，10t门式起重机1台，产梁能力2榀/d，满足项目总工期要求。总平面布置如图2所示。

图2北岸梁场总平面布置

2设计参数2.1

荷载取值

35mT梁（以中跨梁为例）预制长度34.2m，支座

中心线净距33.62m；最大混凝土方量37.5m3

，重度取2.6t/m3，自重mT=97.5t，

GT=975kN。混凝土施工时人群荷载取1.0kN/m2

，合计Fr=35kN，混凝土浇筑活荷载取4kN/m2

，合计Fc=141kN，混凝土振捣荷载取2kN/m2，合计Fz=71kN。

条形基础尺寸：长35.32m，宽0.8m，厚0.3m，条形

基础体积8.5m3

，条形基础重：mjc=22t，Gjc=220kN。扩大基础尺寸：长3.0m，宽3.0m，厚0.4m，扩大基

础体积3.6m3

，扩大基础重：mkd=9.4t，

Gkd=94kN。钢台座重mtz=16t，Gtz=160kN。2.2

土层参数

路基填土，

压实标准设计要求＞93%，填土地基承载力取120kPa，压缩模量5MPa。原地面地基承载力取50kPa。2.3

材料强度

C30混凝土轴心抗压强度设计值fc=14.3MPa，C30混凝土轴心抗拉强度设计值ft=1.43MPa；Q235钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215MPa，抗剪强

度设计值fv=125MPa；HＲB400钢筋抗拉强度ftd=330MPa。3

制梁台座地基基础计算

场内所有制梁及存梁台座均为35mT梁及25mT梁共用台座，计算时可只考虑35mT梁台座布载情况。制梁台座断面如图3所示。

图3

制梁台座断面

3.1地基承载力计算

3.1.1

工况1

T梁混凝土浇筑将要完成时。在该工况下，条形

基础所承受的均布荷载为所有工况中的最大值。均布荷载工况下最大基底应力为：57kPa＜120kPa。3.1.2

工况2

T梁张拉完成后。在该工况下，T梁上拱，T梁荷载仅作用在基础两端的局部区域，近似为两个作用在基础两端的集中力。仅考虑预制T梁及基础端头局部

区域的自重。基础两端各设置1个3m×3m×0.4m的钢筋混凝土柔性扩大基础。在集中力荷载作用下扩大基础基底应力：荷载分配系数取1.2。经计算，地基承

载力满足要求。3.2

软弱下卧层承载力验算

回填土土层厚度2m，填土重度取γ=18.6kN/m3

，地基压力扩散角θ=23°，矩形基础考虑两边扩散。软

弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值

faz，软弱下卧层顶面处的附加压力值Pz。经计算，pz+paz＜faz=78kPa，基底尺寸满足软弱下卧层承载力要求。4制梁台座基础配筋计算4.1

基础内力计算

制梁台座基础内力的计算采用Midas模拟弹性地基梁模型进行计算。4.1.1

基床系数

参考GB50307—2012《城市轨道交通岩土工程勘察规范》附录H取土基床系数经验值k=25MPa/m。4.1.2

模型建立1）节点单元

取制梁台座基础计算长度35m，每0.2m设节点，176个节点，175个单元。

2）边界条件

将基础节点与向下复制1m的对应节点进行弹性连接，约束单元局部坐标系x轴方向刚度SDx（仅受压）。下部节点全部采用固接，地基梁梁端自由。

3）荷载

工况1：张拉前，基础最大均布荷载。

工况2：T梁张拉起拱后，

T梁自重荷载分布在台座基础两端各1m（1～6，171～176节点）范围以内。4.1.3

结果查询1）工况1

1090施工技术2019增刊

根据Midas电算结果显示，张拉前台座基础受均布荷载的工况下其最大正弯矩为8kN·m，最大负弯矩为9kN·m，最大剪力23kN。

2）工况2

根据Midas电算结果显示，张拉后台座基础两段受集中荷载的工况下其最大正弯矩为3kN·m，最大负弯矩为51kN·m，最大剪力128kN。

由两种工况的电算结果确定台座条形基础的弯矩设计取值：正弯矩8kN·m，负弯矩51kN·m，剪力128kN。4.2配筋设计

4.2.1

正截面承载力计算

截面最大弯矩承载力设计值为29kN·m＞8.8kN·m，满足要求。4.2.2

斜截面承载力计算剪力设计值128kN。1）检查截面尺寸检查

根据

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.9条规定，截面尺寸满足要求。

2）检查是否需要根据计算配置箍筋

根据规范要求，经计算箍筋布置采用10mm双肢箍筋，箍筋间距的箍筋设计，斜截面抗剪承载力满足设计要求。4.2.3

扩大基础受冲切承载力计算

张拉后工况下，为方便计算，将扩大基础内的基础形式简化为独立基础，计算基础变阶处的受冲切承载力。经计算，基础高度满足要求，不会产生冲切破坏。5

制梁钢台座受力计算

钢台座计算中均不计钢台座本身自重。

图4张拉端钢台座断面

5.1张拉端钢台座受力计算

张拉端钢台座断面如图4所示。钢台座受力最不

利为35mT梁预应力张拉完毕后，梁段起拱，荷载由均布荷载转换为集中荷载。张拉时，可将梁端台座受力简化为按照1.5m长度受均布荷载的构件。如上图所示，钢台座结构受力结构自上而下由10mm不锈钢板、［14与I14a纵向主梁及I25a横向垫梁组成。

如图4所示，考虑1.2的自重系数，两张拉端的1.5m长范围内钢台座分别承担的荷载为585kN。5.1.1

纵向主梁

如图5所示，纵梁安装在间距为25cm的横向垫梁上。对纵向主梁进行受力验算，并认为张拉端荷载由2根I14及2根［14a均匀承担。

图5张拉端钢台座立面

如图5所示，考虑1.2的自重系数，1.5m长钢台座所受荷载为585kN。计算过程不再赘述。5.1.2

横向垫梁计算1）计算最大切应力τmax

普工25a横向垫梁安装在台座基础上，其受力可简化成受压（抗剪）计算。考虑1.2的自重系数，

1.5m长钢台座所受荷载为585kN。经计算，切应力τmax=125MPa。

2）稳定性分析

整体稳定性，横向垫梁下端与预埋的角钢两端焊接，垫梁上密铺I14及［14a。符合GB50017—2003《钢结构设计规范》规定的可不计算梁的整体稳定性情况的第1条。

对横向垫梁拟不设置横向加劲肋，按照《钢结构设计规范》要求，当梁上翼缘受有沿腹板平面作用的集中荷载、且该荷载处又未设置支承加劲肋时，腹板计算高度上边缘的局部承压强度应按下式进行计算：

σψF

c=

tl＜fwz

经计算，局部稳定性满足要求。

图6

非张拉端钢台座断面

5.2

非张拉端段钢台座受力计算

非张拉端钢台座断面如图6所示。T梁混凝土浇

筑将要完成时为非张拉端段受均布荷载最大的工况：qmax=36kN/m。

2019增刊周微强：预制梁场基础及制梁钢台座设计1091

5.2.1纵向主梁计算

如图7所示，纵梁安装在间距为100cm的横向垫梁上，截取1段5m长的台座对纵向主梁进行受力验算，并认为非张拉端段荷载由1根I14及2根［14a均匀承担。经验算，纵向主梁受力满足要求。

图7张拉端钢台座立面

5.2.2横向垫梁计算

1）经计算，最大切应力τmax=24MPa＜125MPa，满足要求。

2）稳定性分析：

整体稳定性，横向垫梁下端与预埋的角钢两端焊接，垫梁上密铺I14及［14a。符合《钢结构设计规范》规定的可不计算梁的整体稳定性情况的第1条。

对横向垫梁拟不设置横向加劲肋，按照《钢结构设计规范》要求进行计算，局部稳定性满足要求。6

提梁门式起重机地基基础计算

35mT（97.5t）梁转运通过2台80t门式起重机同时同步吊装。制梁台座断面如图8所示。

图8制梁台座断面

吊梁龙门基础采用倒T形截面钢筋混凝土梁，基

础底宽b=2m，高度h=1m，腹板厚度0.5m。单个门式起重机自重51t，即单个门式起重机自重P1=510kN。门式起重机跨度36m，两侧分别设置两个支腿，单个龙门同侧支腿中心距5.7m，单个支腿下设置2个轮，轮距0.5m。最大吊装梁片35mT梁重97.5t，即梁段自重P2=975kN。

门式起重机基础所受最不利荷载工况为：2台门式起重机同时提升35mT梁时且T梁贴近门式起重机轨道一侧而造成两个轨道基础承受不均匀荷载，为简化计算。假定35mT梁提升时，其全部荷载仅由一侧门式起重机基础承担（最不利偏载），即单侧轨道承担1/2门式起重机自重及1/2梁重。则单侧单支腿下门

式起重机基础顶面承受最大荷载Fmax为446kN。

门式起重机轨道基础内力的计算采用Midas模拟弹性地基梁模型进行计算。6.1

基床系数

参考《城市轨道交通岩土工程勘察规范》

GB50307—2012附录H取土基床系数经验值k=25MPa/m。6.2

模型建立1）节点单元

取制梁台座基础计算长度20m，每0.1m设节点，201个节点，200个单元。

2）边界条件

将基础节点与向下复制1m的对应节点进行弹性连接，约束单元局部坐标系x轴方向刚度SDx（仅受压）。

底板宽度为1.5m的地基梁土弹簧刚度SDx=3750kN/m。

下部节点全部采用固接，地基梁梁端自由。3）荷载

门式起重机单侧两支腿中心距离5.7m，门式起重机提梁时按最不利偏载考虑。门式起重机单侧单腿荷载为446kN。6.3

结果查询

根据Midas电算结果，

门式起重机基础最大正弯矩设计值为199kN·m，最大负弯矩为设计值为82kN·m，最大剪力设计值213kN。7

结语

针对北岸预制梁场的特殊地质情况，采取换土回

填的地基处理方式，并对场内各类基础进行合理的设计，如制梁台座采用条形基础，张拉端进行扩大，门式起重机基础采用倒T形基础，并经过承载力验算、内力计算及配筋计算等，保证了基础的强度、刚度、稳定性及耐久性。目前，鳌江口跨江大桥北岸预制梁场已经完成176榀25mT梁及19榀25mT的预制任务，实践证明各类型基础及制梁台座能满足建设时施工简便及使用时安全可靠的要求。

在制梁钢台座设计过程中所使用的型钢及面板均为项目部所拥有的周转材料，在进行设计之前均已从经济方面考虑这些因素。因而制梁钢台座的安全储备较大，实际可根据项目周转材料的不同情况进一步优化设计，使制梁钢台座各个组成构件能保证强度、刚度、稳定性要求即可。