金银峡大桥5号墩挂篮计算书.doc

金银峡大桥5号墩挂篮设计计算书 一、工程概况金银峡大桥采用72+130+72米变截面预应力混凝土连续刚构。金银峡大桥主桥上部结构为三跨预应力混凝土连续刚构箱梁，箱梁根部梁高8.07m，跨中梁高3.07m，顶板厚30cm，底板厚从跨中至根部由32cm变化为60cm，腹板从跨中至根部分两段采用70cm、50cm两种厚度，箱梁高度和底板厚度按2.0次抛物线变化。箱梁顶板横向宽11.75m，箱底宽7m，翼缘悬臂长2.375m。箱梁0号节段长10m（包括墩两侧各外伸1.5），每个悬浇“T”纵向对称划分为15个节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为83.5m、74.4m，节段悬浇总长58.8m，最大块件重量为134.4吨。二、设计依据1、重庆涪陵至丰都高速公路石板滩大桥两阶段施工图设计；2、钢结构设计手册（第二版）中国建筑工业出版社；3、公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ02586）人民交通出版社；4、热轧H型钢设计应用手册冶金部建筑研究总院中国计划出版社；5、建筑结构静力计算手册中国建筑工业出版社；6、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）人民交通出版社。三、主要控制计算参数1、箱梁C55砼的自重取值为2.6t/m，块段悬浇时考虑1.05的涨模系数；2、施工人员、机具及材料堆放荷载：1.5KN/；3、振捣对水平模板产生的荷载：2.0KN/；4、模板荷载：内模及定模板按0.5KN/计，外模板按2KN/计，翼缘板模板按0.9KN/计，底模按1KN/计；5、各现浇混凝土节段计算参数，如下表3-1。表 3-1块段号砼（m）重量（KN）长度（m）高度（cm）底板厚（cm）腹板厚（cm）174.61 1939.86 3.5781.5739.1100.093.870271.38 1855.88 3.5739.1698.193.887.970368.25 1774.50 3.5698.1658.487.982.170465.23 1695.98 3.5658.4620.282.176.670562.32 1620.32 3.5620.2583.476.671.270659.53 1547.78 3.5583.4548.271.266.170756.86 1478.36 3.5548.2514.566.161.270854.32 1412.32 3.5514.5482.561.256.570960.90 1583.40 4.4482.5444.856.551.1701053.65 1394.90 4.4444.8410.251.146.0501150.93 1324.18 4.4410.2378.846.041.5501248.50 1261.00 4.4378.8351.241.537.4501350.28 1307.28 4.4351.2327.937.434.1501444.70 1162.20 4.4327.9309.934.131.4501583.55 2172.30 4.4309.9300.031.430.050（中跨和边跨箱梁重量略有不同，本表中按中跨计）6、主要材料的设计控制值采用钢结构设计规范 A3钢轴向应力为140MPa，弯曲应力145MPa，剪应力85MPa，节点孔壁承压应力为210MPa； 16Mn钢的轴向应力为200MPa； 45号钢轴向应力为210MPa，弯曲应力220MPa，剪应力125MPa，节点销子的孔壁承压应力为255MPa。 精轧螺纹粗钢筋选用标准强度为785Mpa，直径为32mm。四、挂篮结构挂篮主要结构为：底篮系统、悬吊系统、主桁结构、后锚系统、行走系统、模板系统等，如图4-1所示。图4-1 挂篮结构图1、底篮系统底篮由底纵梁、底后横梁和底前横梁组成。 底纵梁：底纵梁为桁架形式，长6.0m，上弦为216a，腹杆为工18a和下弦杆为214a； 底后横梁：由双肢40b型钢加工而成，长13.5m； 底前横梁：由双肢40b型钢加工而成，长9.0m；2、悬吊系统 行走吊杆：由200mm20mm16Mn钢板组成； 地板吊杆：由200mm30mm16Mn钢板组成；3、主桁结构主桁为梯形桁片，由主纵梁、立杆、前承重桁架上弦杆、前承重桁架下弦杆、前承重桁架腹杆、前承重桁架斜杆斜、行走桁架上弦杆、行走桁架下弦杆、行走桁架腹杆、拉带组成。 主纵梁：由40b型钢加工而成，长12m； 立杆：由40b型钢加工而成，长4.63m； 前承重桁架上弦杆：为220a，长7.5m； 前承重桁架下弦杆：为236b，长13.05m； 前承重桁架腹杆：为工22a，长2.25m； 前承重桁架斜杆斜：为220a，长2.223.66m； 行走桁架上弦杆：为214a，长7.0m； 行走桁架下弦杆：为228b，长13.5m； 行走桁架腹杆：为工10，长2.213.68m； 拉带：由250mm30mm16Mn钢板组成。4、后锚系统后锚由锚固梁、锚杆组成，上端通过锚固梁锚于主梁尾部，下端通过锚杆及连接器锚于竖向预应力筋或预埋筋上。如位置受限可通过预留孔锚固。后锚固长梁：由2根28ba组成的桁架式梁，长为800cm。中间用螺栓连接3根70cm长标准段。采用螺栓连接于主梁上。5、行走系统行走系统由行走锚车、后支腿、轨道、滑板和走棍组成。行走锚车反扣在下弦杆尾部上，锚车上放置通长双肢H450200型钢，增强主桁架刚度，通过后锚固和锚车交替移动实现挂篮行走。6、模板系统： 外模：由钢面板和槽钢加工而成，外衬小型桁架。 内模：由钢面板和槽钢加工而成，顶模下衬小型桁架，支撑于内导梁上。五、挂篮模型建立和设计控制工况根据箱梁截面的变化特征和块段长度的划分规律，取3.5m、4.4m两种长度的特征块段作为主要控制设计块段。挂篮控制计算主要分为2个工况进行，工况一为施工1#块，工况二为施工9#块。采用迈达斯建立挂篮三维模型，如图5-1所示。图5-1 挂篮三维模型六、工况一模型建立及结果分析6.1、工况一模型建立1、荷载统计 1#块箱梁截面如图6-1所示图6-1 1#块箱梁断面图 按图示分块，I、II、III、各块左右截面集度计算如下： 模板荷载a、单侧翼缘板模板重：；b、单侧外模板重：；c、单侧顶模板重：；d、单侧内侧模重：；e、底模板重：；施工人员、机具堆放荷载取1.5KN/，振捣荷载取2.0KN/2、底篮纵梁设计计算 腹板底纵梁：a、施工人员、堆放、振捣荷载集度：；b、砼荷载集度：， c、内侧模板荷载集度： 腹板底设置2根纵梁，每根纵梁受梯形荷载，其左右截面集度为 底板底纵梁计算：a、施工人员、堆放、振捣荷载集度：；b、砼荷载集度：，；c、底模板重：底板底设置6根纵梁，每根纵梁受梯形荷载，其左右截面集度为3、上前横梁计算 1#块内导梁计算导梁采用236b型钢，长12m。砼荷载：顶模板荷载：6.670KN施工人员、机具材料堆放和振捣荷载：合计荷载为：，则内导梁所承受的荷载为。 此处导梁不作控制性验算，仅计算导梁前端后端反力：前端反力：55.24KN 后端反力：98.55KN 1#块翼板处外导梁计算：导梁采用236b型钢，长12m。砼荷载：翼缘板模板荷载：10.35KN外侧模板荷载：70.84KN施工人员、堆放和振捣荷载：则外导梁所受到荷载。此处导梁不作控制性验算，仅计算导梁前端后端反力：前端反力：， 后端反力：。4、工况一模型（迈达斯建立模型如图6-2）图6-2 工况一模型6.2、工况一结果分析1、 竖向变形结果如图6-3所示。图6-3 挂篮竖向位移图根据挂篮竖向位移图可知，最大位移为18.52mm。2、 最大应力如图6-4所示。吊带应力为343.7Mpa图6-4 挂篮应力图最大应力为312.2Mpa,发生在挂篮吊带部位。3、 主桁结构计算结果，如图6-5、6所示。图6-5 斜拉带应力图斜拉带最大应力为160.4Mpa。图6-6 行走桁架下弦杆、立柱、前腹杆应力图行走桁架下弦杆最大应力为83.8MPa，行走稳定联系最大应力为71.6，立柱最大应力为81.9MPa，,腹杆最大应力为47.3MPa。4、 悬吊系统计算结果，如图6-7、8、9所示。图6-7 前承重桁架上、下悬杆应力图图6-8 行走桁架稳定联系应力图图6-9 吊带应力图5、底篮系统计算结果，如图6-10、11、12所示。图6-10 底篮纵梁弦杆应力图图6-11 底篮横梁应力图图6-12 底篮纵梁腹杆应力图6、支点反力，如表6-1。表 6-1节点工况FXFYFZMXMYMZ201#块0.0 61.2 1555.2 28.4 203.7 14.1 251#块2.4 0.2 683.7 0.1 -3.5 0.1 361#块0.0 61.3 1555.3 28.5 203.6 14.1 411#块2.2 0.2 684.0 0.2 3.5 0.1 1861#块1.9 0.0 163.0 0.0 0.0 0.0 1881#块1.9 0.0 163.5 0.0 0.0 0.0 1901#块4.1 0.0 217.6 0.0 0.0 0.0 1881#块4.6 0.0 217.4 0.0 0.0 0.0 7、销子和后锚固验算销子验算主桁上的斜拉带销子采用直径为120mm的45#钢加工，最大受力位置位于立杆位置，销子所受到最大剪力为。剪应力：，满足要求。销子所受到弯矩；则弯曲应力，满足要求。后锚固验算后锚力：，每个后锚固配置2根25精轧螺纹钢，一个挂蓝共配置4根后锚筋，平均每根受力：。，故后锚安全系数大于1.2。8、挂篮计算结果汇总如下表6-2表 6-2位置吊带斜拉带底篮纵梁底篮横梁立柱最大应力（MPa）97.4160.4135.637.991.7位置底篮纵梁腹杆前承重桁架下弦杆行走桁架下悬杆行走桁架腹杆行走桁架稳定系最大应力（MPa）299.9105.583.852.371.6A3钢容许应力为140MPa， 16mn钢的容许应力为200MPa，由表6-2可知，底篮纵梁应力储备不高，底篮纵梁腹杆应力过大，超过容许应力一倍，则底挂篮不符合要求。七、工况二模型建立及结果分析7.1、工况二模型建立1、荷载统计 9#块箱梁截面如下图7-1所示图7-1 5#块箱梁断面图 按图示分块，I、II、III、各块左右截面集度计算如下： 模板荷载a、单侧翼缘板模板重：；b、单侧外模板重：；c、单侧顶模板重：；d、单侧内侧模重：；e、底模板重：；施工人员、机具堆放荷载取1.5KN/，振捣荷载取2.0KN/2、底篮纵梁设计计算 腹板底纵梁：a、施工人员、堆放、振捣荷载集度：左截面：；右截面：；b、砼荷载集度：， c、内侧模板荷载集度： 腹板底设置2根纵梁，每根纵梁受梯形荷载，其左右截面集度为 底板底纵梁计算：a、施工人员、堆放、振捣荷载集度：；b、砼荷载集度：，；c、底模板重：底板底设置6根纵梁，每根纵梁受梯形荷载，其左右截面集度为3、上前横梁计算（方法参照1#块计算） 9#块内导梁计算 此处导梁不作控制性验算，仅计算导梁前端后端反力：前端反力：65.84KN后端反力：117.44KN 9#块翼板处外导梁计算：此处导梁不作控制性验算，仅计算导梁前端后端反力：前端反力：， 后端反力：。4、工况二模型（迈达斯建立模型）图7-2 工况二模型7.2、工况二结果分析1、竖向变形结果如图7-3所示。图7-3 挂篮竖向位移图根据挂篮竖向位移图可知，最大位移为15.06mm。2、 最大应力如图7-4所示。图7-4 挂篮应力图最大应力为268.8Mpa,如图7-4所示吊带部位。3、 主桁结构计算结果，如图7-5、6所示。图7-5 斜拉带应力图斜拉带最大应力为82.4Mpa。图7-6 行走桁架下弦杆、立柱、前腹杆应力图行走桁架下弦杆最大应力为92.1MPa，行走稳定联系最大应力为58.6，立柱最大应力为81.9MPa,腹杆最大应力为57.9MPa。4、 悬吊系统计算结果，如图7-7、8、9所示。图7-7 前承重桁架上、下悬杆应力图图7-8 行走桁架稳定联系应力图图7-9 吊带应力图5、底篮系统计算结果，如图7-10、11、12所示。图7-10 底篮纵梁弦杆应力图图7-11 底篮横梁应力图图7-12 底篮纵梁腹杆应力图6、支点反力，如表7-1。表 7-1节点工况FXFYFZMXMYMZ201#块0.0 -66.6 1293.6 -34.3 -163.5 -11.4 251#块-2.0 0.1 -544.8 -0.1 -3.5 0.1 361#块0.0 66.6 1293.2 34.0 -163.4 11.4 411#块-1.9 -0.1 -554.8 0.1 -3.5 0.1 1861#块-1.9 0.0 168.3 0.0 0.0 0.0 1881#块-1.9 0.0 168.6 0.0 0.0 0.0 1901#块3.8 0.0 277.6 0.0 0.0 0.0 1881#块3.9 0.0 277.5 0.0 0.0 0.0 7、销子和后锚固验算销子验算主桁上的销子采用直径为120mm的45#钢加工，最大受力位置位于立杆位置，销子所受到最大剪力为。剪应力：，满足要求。销子所受到弯矩；则弯曲应力，满足要求。