《托架设计计算书》doc版.doc

挂篮设计计算书XX铁路连续梁施工挂篮设计计算书编 制: 校 核: 审 核: 目 录一、工程概况1二、托架设计2三、载荷分析3四、托架主桁片计算5五、托架细部计算26六、结论27托架设计计算书一、工程概况溪坪大桥、后在特大桥、刘厝特大桥主桥为（40+64+40）m连续梁。梁部0#块长度8m，1#块长度3m，边跨直线段长度7.6m。主桥墩身均为空心高墩，根据桥梁结构形式，采用大型托架现浇0#块、1#块，挂篮施工普通块段，托架二次利用现浇边跨直线段的施工方案。刘厝大桥主桥为（60+100+60）m连续梁，梁部0#块长14m，高7.2m，采用托架现浇施工；牵出线大桥主桥为（48+80+48）m连续梁，七口特大桥主桥为（32+48+48+32）m连续梁，0#块结构尺寸较小，同样采用托架现浇施工。二、托架设计1、设计原则1.1 可完成0#、1#块、边跨直线段使用托架浇筑，略改装可多次循环利用。1.2 使用常用型材，结构要简单，受力要明确。1.3 适应主边墩顶部实心段混凝土构造。1.4 安装、拆除要方便，节省人力物力，节省工期。2、布置及构造 2.1 主墩顶对称布置，每侧4片桁片；边墩单侧布置4片桁片。 2.2 水平间距按照载荷分布状况布置，保证4片桁片基本受力均匀，且保证横梁挠度复核规范要求。2.3 部分参数：经几种构造反复比较计算，主桁片选定如下结构：托架形式为三角托架，桁架构造。上直角边长5.4m，悬臂0.6m；竖直直角边长2.7m。主要杆件选用36b双拼；下支点36b双拼牛腿，全约束；上支点预应力锚固件，横向约束；节点板均采用群螺栓连接，M10.9级高强螺栓副，配弹簧垫圈。经计算各种工况下最大挠度为3.8mm。除刘厝大桥0#块上锚固点预应力张拉吨位每根45吨外，其他现浇段上锚固点预应力筋每根张拉40吨。 3、为保证托架加工质量，选用专业挂篮厂家加工所有构件。横向连接采用20a现场焊接加固。 4、详细构造见附图。三、载荷分析取一桁片进行分析，考虑其:G1模板、托架、横梁、排架等自重载荷；G2钢筋、砼重力载荷；G3施工人员机具载荷；G4砼振捣载荷；其中G1、G2为恒载，G3、G4为活载。静载荷分项系数取1.2，动载荷分项系数取1.4。计算强度、稳定性采用G=1.2*恒载+1.4*活载；计算刚度采用G=1.2*恒载。1、工况一：浇筑（40+64+40）m连续梁0#块。1.1 侧模重量G1=(5.266/1.8)*1.6*9.8=45.9KN；底模系统按照5吨考虑，G1=5*9.8=49KN，有G1=94.9KN。托架自重通过施加重力实现。1.2 悬臂长度1.5m，其中悬臂端截面积17.12m2，悬臂根部截面积19.06m2，按照台体体积公式计算得体积V=27.12m3，钢筋砼密度取2.6t/m3，有G2=27.12*2.6*9.8=691.02KN。1.3 人员机具载荷G3=1.5KPa*1.5*12.2=27.45KN。1.4 混凝土振捣载荷G4=2.0KPa*1.5*12.2=36.6KN。1.5 按照四片桁架均匀受力，有单片桁架沿线路方向每延米载荷集度：强度计算Q1=（94.9+691.02）*1.2+（27.45+36.6）*1.4/1.5/4=172.3KN/m；刚度计算Q2=（94.9+691.02）*1.2/1.5/4=157.2KN/m。均布载荷范围：托架根部向外1.5m。2、工况二：（40+64+40）m连续梁0#块载荷卸除，浇筑1#块。2.1 侧模重量 G1=(5.266/1.8)*4*9.8=114.68KN；底模重量按照8吨考虑，G1=8*9.8=78.4KN；G1=193.08KN。2.2 1#块单面砼体积46m3，G2=1172.08KN；2.3 人员机具载荷G3=1.5*3*12.2=54.9KN； 2.4 混凝土振捣载荷G4=2.0KPa*3*12.2=73.2KPa； 2.5按照四片桁架均匀受力，有单片桁架沿线路方向每延米载荷集度：强度计算Q1=（193.08+1172.08）*1.2+（54.9+73.2）*1.4/3/4=151.5KN/m；刚度计算Q2=（193.08+1172.08）*1.2/3/4=136.5KN/m。均布载荷范围：托架向外1.5m处至4.5m处。3、工况三：浇筑（40+64+40）m连续梁边跨直线段。边跨直线段投影悬臂长5.7m。 3.1 托架横梁、排架、模板系统按照20吨考虑，G1=20*9.8=196KN；3.2 砼自重载荷：砼悬臂端头截面积9.74m2，直到距端头3.2m处为同面积截面，从距端头3.2m至距端头5.7m为均匀变化截面，5.7m处截面积为11.72m2。有V=31.17+26.79=57.96m3，G2=57.96*2.6*9.8=1476.8KN；3.3人员机具载荷：G3=1.5*12.2*5.7=104.31KN； 3.4 混凝土振捣载荷：G4=2.0KPa*5.7*12.2=139.08KN； 3.5按照四片桁架均匀受力，有单片桁架沿线路方向每延米载荷集度：强度计算Q1=（196+1476.8）*1.2+（104.31+139.08）*1.4/5.7/4=103KN/m；刚度计算Q2=（196+1476.8）*1.2/5.7/4=88KN/m。均布载荷范围：托架根部至外端头5.7m处。4、工况四：（40+64+40）m连续梁合拢段施工。4.1 模板支架重：G1=10t=98KN；4.2 合拢段砼重：G2=11.72*2*2.6*9.8=597.3KN；4.3 人员机具载荷：G3=1.5KPa*12.2*2=36.6KN；4.4 混凝土振捣载荷：G4=2.0KPa*12.2*2=48.8KN；4.5按照四片桁架均匀受力，锚固点作为集中力作用在托架节点上，有单片桁架受集中力：强度计算：F1=（98+597.3）*1.2+（36.6+48.8）*1.4/2/4=188.8KN；刚度计算：F2=（98+597.3）*1.2/2/4=104.3KN。均布载荷范围与工况三相同，集中力位置设在托架节点位置。 5、工况五：浇筑刘厝大桥0#块。刘厝大桥0#块体积大、悬臂长，对托架要求高。5.1 侧模重量G1=(5.266/1.8)*4.6*9.8=131.9KN；底模系统按照15吨考虑，G1=5*9.8=147KN，有G1=278.9KN。托架自重通过施加重力实现。5.2 悬臂长度4.5m，其中悬臂端截面积30.01m2，悬臂根部截面积24.24m2，按照台体体积公式计算得体积V=122.04m3，钢筋砼密度取2.6t/m3，有G2=122.04*2.6*9.8=3109.6KN。5.3 人员机具载荷G3=1.5KPa*4.6*12.6=86.9KN。5.4 混凝土振捣载荷G4=2.0KPa*4.5*12.6=113.4KN。5.5 按照四片桁架均匀受力，有单片桁架沿线路方向每延米载荷集度：强度计算Q1=（278.9+3109.6）*1.2+（86.9+113.4）*1.4/4.5/4=241.5KN/m；刚度计算Q2=（278.9+3109.6）*1.2/4.5/4=225.9KN/m。四、托架主桁片计算1、建立模型：软件计算部分采用通用有限元分析程序ANSYS10.0结构分析模块。杆件全部采用beam3梁单元模拟计算。 主桁架材质选用Q235b，抗拉、抗压、抗弯强度为215MPa，抗剪强度125MPa。主桁架示意图如下：主桁采用双拼36b槽钢，在桁架平面内A=68.09*2cm2=136.18cm2；按照截面周边36cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=12651.8*2=25303.6cm4，惯性半径ix=13.63cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=496.7+（15-2.37）2*68.09*2=22716.4cm4，惯性半径iy=（iyy/A）=18.3cm。2、分载荷工况计算校核。建立有限元模型图如下：下支点为固支，全约束，上支点为仅有水平约束。分四种工况进行计算：工况一：托架浇筑（40+64+40）m连续梁0#块。工况二：（40+64+40）m连续梁0#块载荷卸除，托架浇筑1#块。工况三：托架浇筑（40+64+40）m连续梁边跨直线段。工况四：托架、吊篮浇筑（40+64+40）m连续梁边跨合拢块。工况五：刘厝大桥现浇0#块。2.1 工况一：托架浇筑（40+64+40）m连续梁0#块。2.1.1载荷示意图及变形图 最大变形0.7mm1.5/400=3.75mm。2.1.2 轴应力图最大轴应力16.4MPa，压应力，出现在AC杆上。2.1.3剪力图最大剪应力为Q=196391/(136.18e-4)=14.4MPa125MPa。2.1.4弯曲应力图最大弯曲应力为43.4MPa，小于215MPa。2.1.5等效应力图最大等效应力41.5MPa，小于215MPa。2.1.6支点反力上支点水平反力-74.1KN，竖直反力0；下支点水平反力74.1KN，竖直反力258.5KN下，承受弯矩6.2KNm。2.1.7稳定性分析最易失稳杆件为内AC杆件。按照截面周边32cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4，惯性半径ix=12.15cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=336.332+（16-2.158）2*55.1*2=21787.1cm4，iy=（iyy/A）=14.06cm按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照一端固定，另一端铰支考虑，有：=l/ix=15.6查钢结构设计规范，属轴心受压b类截面，查表得稳定系数=0.982，则有：=N/(A)= 16.4MPa/ 0.953=16.7MPa小于215MPa。稳定性满足使用要求。2.1.8结论：此托架满足0#块使用要求。2.2工况二：（40+64+40）m连续梁0#块载荷卸除，托架浇筑1#块砼。2.2.1载荷示意图及变形图 最大变形2mm，小于3m/400=7.5mm。2.2.2轴应力图最大轴应力40.3MPa，为压应力。2.2.3剪力图最大剪应力为Q=203740/(136.18e-4)=15MPa125MPa。2.2.4弯曲应力最大弯曲应力63.3MPa，小于215MPa。2.2.5等效应力最大等效应力70.9MPa，小于215MPa。2.2.6支点反力 上支点水平反力-500.4KN；下支点水平反力500.4KN，竖直反力454.5KN，承受弯矩12.3KNm。2.2.7稳定性最易失稳杆件为斜杆下面一半。按照截面周边32cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4，惯性半径ix=12.15cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=336.332+（16-2.158）2*55.1*2=21787.1cm4，iy=（iyy/A）=14.06cm按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照一端固定，另一端铰支考虑，有：=l/ix=17.3查钢结构设计规范，属轴心受压b类截面，查表得稳定系数=0.977，则有：=N/(A)= 40.3MPa/ 0.977=41.2MPa小于215MPa。稳定性满足使用要求。2.2.8结论：此托架满足1#块施工要求。2.3工况三：浇筑（40+64+40）m连续梁边跨直线段2.3.1受力示意图及变形图最大变形3.1mm5.7m/400=14.25mm。2.3.2轴应力图最大轴应力49.3MPa，压应力，出现在下斜杆上。2.3.3剪力图最大剪应力为Q=161350/(136.18e-4)=11.8MPa125MPa。2.3.4弯曲应力最大弯曲应力65.9MPa215MPa。2.3.5等效应力最大等效应力84.5MPa215MPa。2.3.6支点反力 上支点水平反力-618.2KN；下支点水平反力618.2KN，竖直反力587.1KN，承受弯矩4.1KNm。2.3.7稳定性最易失稳杆件为斜杆下面一半。按照截面周边32cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4，惯性半径ix=12.15cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=336.332+（16-2.158）2*55.1*2=21787.1cm4，iy=（iyy/A）=14.06cm按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照一端固定，另一端铰支考虑，有：=l/ix=17.3查钢结构设计规范，属轴心受压b类截面，查表得稳定系数=0.977，则有：=N/(A)= 49.3MPa/ 0.977=50.5MPa小于215MPa。稳定性满足使用要求。2.3.8结论：此托架满足直线段浇筑使用要求。2.4托架浇筑（40+64+40）m连续梁边跨合拢段2.4.1载荷示意图及变形图最大变形5.7mm，其中吊点33#节点最大竖向变形5.7mm，大于2m/400=5mm。2.4.2轴应力图 最大轴应力81Mpa，为压应力，出现在下斜杆上，小于215MPa。 2.4.3剪应力 按照集中载荷作用在节点上，剪应力分布及大小与工况三基本相同。不另计算。2.4.4弯曲应力最大弯曲应力81.3MPa，小于215MPa。2.4.5等效应力最大等效应力128MPa，小于215MPa。2.4.6支点反力上支点水平反力-1018KN；下支点水平反力1018KN，竖直反力775.9KN，承受弯矩0.9KNm。2.4.7稳定性最易失稳杆件为斜杆下面一半。按照截面周边32cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4，惯性半径ix=12.15cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=336.332+（16-2.158）2*55.1*2=21787.1cm4，iy=（iyy/A）=14.06cm按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照一端固定，另一端铰支考虑，有：=l/ix=17.3查钢结构设计规范，属轴心受压b类截面，查表得稳定系数=0.977，则有：=N/(A)= 81MPa/ 0.977=82.9MPa小于215MPa。稳定性满足使用要求。2.5托架浇筑刘厝大桥0#块2.5.1载荷示意图及变形图最大变形3.6mm4500mm/250=18mm。2.5.2轴应力图 最大轴应力72.4Mpa，为压应力，出现在下斜杆上，小于215MPa。 2.5.3剪应力 最大剪应力为Q=334100/(136.18e-4)=24.5MPa125MPa。2.5.4弯曲应力最大弯曲应力113MPa，小于215MPa。2.5.5等效应力最大等效应力125MPa，小于215MPa。2.5.6支点反力上支点水平反力-917.4KN；下支点水平反力917.4KN，竖直反力1106KN，承受弯矩12.053KNm。上支点必需提供95吨预应力作为反力。2.5.7稳定性最易失稳杆件为斜杆下面一半。按照截面周边32cm*30cm计算，X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4，惯性半径ix=12.15cm，Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=336.332+（16-2.158）2*55.1*2=21787.1cm4，iy=（iyy/A）=14.06cm按照最危险方向计算，计算X向稳定性，杆件按照一端固定，另一端铰支考虑，有：=l/ix=17.3查钢结构设计规范，属轴心受压b类截面，查表得稳定系数=0.977，则有：=N/(A)=72.4MPa/ 0.977=74.1MPa小于215MPa。稳定性满足使用要求。2.6经计算表明：使用托架浇筑合拢块，强度、稳定性均满足规范要求。但是变形过大，不符合规范要求；上支点水平反力过大，达到102吨，考虑到施工水平，即使采用预应力也有一定危险。因此，合拢块浇筑必须使用挂篮浇筑，不可使用吊篮锚固在直线段上。即工况四不得使用托架施工。3、托架主桁片各载荷工况计算成果如下：变形mm轴应力MPa剪应力MPa弯曲应力MPa等效应力MPa稳定性/MPa工况一许用3.75215125215215215实际0.716.414.443.441.516.7工况二许用7.5215125215215215实际240.31563.370.941.2工况三许用14.25215125215215215实际3.149.311.865.984.550.5工况五许用18215125215215215实际3.672.424.611312574.1此托架主桁片可满足不同施工工况，可重复使用，安全储备较高。但不可用于合拢块吊篮浇筑，合拢块施工必须使用挂篮浇筑砼。五、托架细部计算 1、支点反力列表工况位置水平反力/KN竖直反力/KN反力方向工况一上支点-74.10向上向里下支点74.1258.5向上向外工况二上支点-500.40向上向里下支点500.4454.5向上向外工况三上支点-618.20向上向里下支点618.2587.1向上向外工况五上支点-917.40向上向里下支点917.41106向上向外2、预埋件计算在上预埋件采用预应力的情况下，托架整体变形很小，下支点承受弯矩