104国道湖州段二标杨家埠至鹿山段改建配套（75+130+75）m菱形挂蓝空间模型分析

104国道湖州段二标杨家埠至鹿山段改建配套（75+130+75）m菱形挂蓝空间模型分析浙江兴土桥梁建设有限公司二0一三年0一月目 录1 工程概述和计算依据11.1工程概述11.2设计依据11.3材料允许应力及参数11.4挂篮主要技术指标及参数21.5计算组合及工况31.6挂篮计算模型32、荷载计算42.1底篮平台计算42.1.1平台加载分析表42.1.2底篮平台模型分析（强度与刚度）72.2导梁、滑梁计算112.2.1外滑梁112.2.2外导梁122.2.3内滑梁计算142.3前上横梁验算152.5挂篮主桁及前上横梁竖向变形192.5.1主桁在施工条件下最大竖向位移图192.5.2 挂篮主桁内力232.5.4 挂篮主桁支点反力263挂篮主构件强度、稳定性分析273.1浇筑时主桁抗倾覆计算284 吊杆验算294.1横梁吊杆验算294.2滑梁吊杆验算305锚固系统验算306挂篮行走验算306.1挂篮行走受力分析306.2后下横梁316.3外滑梁326.4行走吊杆326.5反扣轮336.5反扣轮轴抗弯强度计算336.6行走主桁抗倾覆计算347挂篮操作抗风要求348结论341 工程概述和计算依据1.1工程概述主桥上部采用（75+130+75）m预应力混凝土连续箱梁。箱梁断面为单箱单室直腹板断面。箱梁顶宽15.5m，底宽8.50m，翼缘板宽3.5m，根部梁高7.8m，腹板厚90cm 60cm，底板厚度为91.5cm32cm，悬浇段顶板厚度28cm。箱梁0#块在托(支)架上施工，梁段总长13m，边、中合拢段长为2m；挂篮悬臂浇筑箱梁1#3#块段长3.5m，4#8#块段长4.0m， 9 #14#块段长4.5m，箱梁悬臂浇注采用菱形挂篮进行施工。1.2设计依据大桥施工图设计钢结构设计规范公路桥涵施工技术规范公路桥涵钢结构及木结构设计规范 1.3材料允许应力及参数钢材弹性模量：E=2.06+ MPa密度：=7850 Kg/m泊松比：=0.3 线膨胀系数：=0.000012表1.钢材允许应力钢材允许应力（Mpa）应力种类符号钢号Q235BQ345B45#(调质）30CrMnTi（贝雷销）40Si2MnV(精轧螺纹钢筋)抗拉、抗压1402002101105抗弯w1452102201105抗剪85120125585端面承压（磨平顶紧）c210300表2.焊缝允许应力焊缝允许应力（Mpa）焊缝种类应力种类符号构件钢号Q235BQ345B对接焊缝抗拉、抗压140200抗剪85120贴角焊缝抗拉、抗压和抗剪120150表3.螺栓和销轴连接允许应力(MPa)螺栓的性能等级、销轴和构件的钢号普通螺栓销轴承压型连接高强度螺栓抗拉抗剪承压c抗弯抗剪抗拉抗剪承压c普通螺栓4.8级145100销轴45号36012540Cr 承压型高强度螺栓8.8级21012510.9级构件Q235 210Q345 300钢材按容许应力取值，临时钢结构提高30%，节点销子的抗弯允许应力在任何荷载作用下不得提高。1.4挂篮主要技术指标及参数（1）梁段最大重量：225.3t；（2）梁段最大分段长度：4.5m；（3）梁段混凝土重量：2.65t/m；（4）人群及机具荷载：2.5 KPa；（5）超载系数取1.05；（6）新浇砼动力系数取1.2；（7）挂篮行走时的冲击系数取1.2；（8）抗倾覆稳定系数2.0；1.5计算组合及工况（1）荷载组合：砼重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数 (强度计算)砼重+挂篮自重 (刚度计算)挂篮自重+冲击附加系数(行走稳定性)（2）计算工况：根据梁段长度、重量、梁高等参数，设计时按以下三种工况进行计算。工况一：1号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段高度最大、混凝土重量最大。工况二：4号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段高度较大、混凝土重量较大。工况三：9号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段长度最大、混凝土重量较大。工况四：9号梁段完成，挂篮由9号至10号梁段走行工况。此工况挂篮走行距离较长，控制挂篮走行状态抗倾覆稳定及外模、底模走行梁走行状态的强度和刚度。1.6挂篮计算模型根据设计图纸，对挂篮的主要构造进行了空间建模，采用通用有限元分析程序MIDAS进行空间分析。 挂篮浇筑时砼重传力途径如下：（1）箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外导梁、外滑梁分别传至前一节段已施工完的箱梁翼板和挂篮主桁的前上横梁承担。（2）箱梁顶板砼、内模支架、内模重量通过内滑梁分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。（3）箱梁底板、腹板砼及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。挂篮结构计算模型见下图，包括主桁架、立柱间横向连接系、前上横梁、底篮、导梁等所有的承重系统。菱形挂篮结构计算空间模型2、荷载计算2.1底篮平台计算2.1.1平台加载分析表1#底纵梁计算加载：1#块后断面一根底板纵梁荷载分析表1#块前断面一根底板纵梁荷载分析表1#块后断面腹板纵梁荷载分析表1#块前断面纵梁荷载分析表4#底纵梁计算加载：4#块后断面一根底板纵梁荷载分析表4#块前断面一根底板纵梁荷载分析表4#块后断面腹板纵梁荷载分析表4#块前断面纵梁荷载分析表9#底纵梁计算加载：9#块后断面一根底板纵梁荷载分析表9#块前断面一根底板纵梁荷载分析表9块后断面腹板纵梁荷载分析表9#块前断面腹板纵梁荷载分析表2.1.2底篮平台模型分析（强度与刚度）1#块底篮平台剪应力（单位:Mpa）1#块底篮平台弯应力（单位:Mpa）4#块底篮平台剪应力（单位:Mpa）4#块底篮平台弯应力（单位:Mpa）9#块底篮平台剪应力（单位:Mpa）9#块底篮平台弯应力（单位:Mpa）由计算模型可知：底纵梁受最大弯矩、最大剪力均在1块，最大弯应力为：131.1 1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，满足强度要求。最大剪应力为：55.185Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。1#块底篮平台刚度（单位:mm）4#块底篮平台刚度（单位:mm）9#块底篮平台刚度（单位:mm）由计算模型可知：底篮平台最大挠度为10.0足刚度要求。2.2导梁、滑梁计算2.2.1外滑梁外滑梁计算9#块外滑梁荷载分析表(一根外滑梁240a槽钢)9#节段较长，滑梁受力最大9号外滑梁剪应力9号外滑梁弯应力最大弯应力为：113.8MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：15.1Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。9#块外滑梁刚度值（单位:mm）最大挠度为8.8mm5800/400=14.5mm,刚度满足要求。2.2.2外导梁9#块外导梁荷载分析表(一根外导梁228槽钢) 9#长度为4.5m,导梁受力最大，9#块外导梁剪应力（单位:Mpa）9#块外导梁弯应力（单位:Mpa）最大弯应力为：112.6MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：11.5Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。9#块外滑梁刚度值（单位:mm）最大挠度为11.6mm5800/400=14.5mm,刚度满足要求。2.2.3内滑梁计算9#块内滑梁荷载分析表(一根内滑梁236a槽钢)9#长度为4.5m,滑梁梁受力最大，9#块内滑梁剪应力（单位:Mpa）9#块内滑梁弯应力（单位:Mpa）最大弯应力为：149.0MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：19.1Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。最大挠度为12.2mm5800/400=14.5mm,刚度满足要求。2.3前上横梁验算1#块前上横梁剪应力（单位:Mpa）1#块前上横梁弯应力（单位:Mpa）1#块前上横梁挠度（单位:mm）4#块前上横梁剪应力（单位:Mpa）4#块前上横梁弯应力（单位:Mpa）4#块前上横梁挠度（单位:mm）9#块前上横梁剪应力（单位:Mpa）9#块前上横梁弯应力（单位:Mpa）9#块前上横梁挠度（单位:mm）由计算模型可知：最大弯应力为：82.3MPa1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：32.9Mpa85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。最大挠度变形为：7.9mm8240/400=20.6mm2.5挂篮主桁及前上横梁竖向变形2.5.1主桁在施工条件下最大竖向位移图1#块主桁变形图（单位:mm）4#块主桁变形图（单位:mm）9#块主桁变形图（单位:mm）由计算模型，可知主桁架前支点竖向变形均小于20mm,满足变形要求。1#块底板前吊点变形图（单位:mm）4#块底板前吊点变形图（单位:mm）9#块底板前吊点变形图（单位:mm）综合以上1#、4#、9#底板前吊点计算结果，可知挂篮整体最大变形值为19.8mm，满足规范要求。2.5.2 挂篮主桁内力挂篮主桁施工荷载组合条件下内力(销结) 块段杆件编号杆件名称杆件长度（mm）轴力（KN）1#块A1下平杆4850-836.0A2立柱4400-703.5A3后拉杆52001065.5A4前拉杆6000836.0A5前斜杆5880-1025.24#块A1下平杆4850-806.1A2立柱4400-679.5A3后拉杆52001027.5A4前拉杆6000806.1A5前斜杆5880-988.69#块A1下平杆4850-904.0A2立柱4400-757.9A3后拉杆52001151.9A4前拉杆6000904.0A5前斜杆5880-1108.21#块主桁杆件轴力图（单位:KN）4#块主桁杆件轴力图（单位:KN）9#块主桁杆件轴力图（单位:KN）2.5.3大型主桁压杆的主桁销子及销孔壁局部承压检算大型主桁杆件采用方管400*300，材质为Q345，1）主桁截面特性： Ix=411570287 Iy=264133827 A=18263 ix=150.1mm iy=121.1mm Wx=2057851 2）杆件与节点箱体通过119销子联结，材质为45号钢，调质处理119销子面积A=11122 抗弯模量:W=165440=125MPa m=360MPa jy=300MPa 销子抗剪承载力杆件的拉压力作用在销轴上就转为销轴的剪力,销轴可以承受的最大剪力为N=3A/2=318263125/2=3424KN 销轴弯曲应力销轴在杆件受压(拉)作用下,产生弯曲应力,轴向力为2P(N)、节点箱支承杆件的中心距360mm、杆件两侧中心距310mm。最大弯矩:M=25P（N.m）m=M/W 360=25P/165440 P=2382336N 轴向力2P=4764KN 杆件销孔局部承压N=2bjyd=234300119=2427KN由以上计算可知，大型主桁架杆件最大承受力为2427KN。有上述计算主桁最大轴力在9#块，轴力最大为1108.22427KN，满足要求。2.5.4 挂篮主桁支点反力9#块单片主桁后锚最大反力：-701.1N、前支点反力：1402.8KN3挂篮主构件强度、稳定性分析菱形主桁架结构平面杆系共5根杆件，杆件截面为箱形。主桁杆1(Q345)截面特性：Ix=433146100mm4 Iy=276166900mm4 A=18816mm2 ix=151.7mm iy=121.1mm Wx=2165730 mm3 主桁杆1(A1、A3、A4、A5)主桁架2（A2）主桁截面特性：Ix=351620000 mm4 Iy=349790000 mm4 A=15000 mm2 ix=153.1 mm iy=152.7 mm Wx=1758000 mm3 主桁杆2(A2)A、A5杆件受力：轴向受压最大1108.2KN（不考虑自重引起的剪力、弯矩）；压杆长5.80m 杆件轴向承力=N/A=1108.2/18816=58.9Mpa=200 Mpa 压杆稳定性杆件长细比：x=1.212L/ix=1.212*5880/151.7=47.0 y=1.212L/iy=1.212*5880/121.1=58.8弯曲系数=0.722N/A=58.9Mpa1 =0.722*200Mpa =144MpaB、A3杆拉杆最大受力：轴拉力1151.9KN； 1)轴向拉应力 =1151.9/18816=61.2Mpa200C、A2杆拉杆最大受力：轴压力757.9KN； 杆件轴向承力=N/A=757.9/15000=50.5Mpa=140Mpa 压杆稳定性杆件长细比：x=L/ ix =4400/153=28.7 y=L/ iy =4400/152.7=28.8缀板间距80cm，则单肢对其3轴的长细比为：1=80/2.5=32则换算长细比为：=(y2+12)1/2=43.05 弯曲系数=0.905N/A=50.5Mpa2，满足规范要求。4 吊杆验算4.1横梁吊杆验算1#块吊杆受力（KN）由计算可得底篮吊杆的最大拉力为295.4KN：底篮吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋， A=804.2mm2 N/A =295.4/804.2=367.3MPaf/2=392.5MPa。满足2倍安全系数。4.2滑梁吊杆验算9#块滑梁吊杆轴力(KN)由计算可得外导梁、内外滑梁吊杆的最大拉力为117.0KN：吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋，A=804.2mm2 N/A =118.0/804.2=146.