移动模架主要结构设计书.ppt

中铁十三局集团第五工程有限公司,二oo八年一月,mss1800/50m上行式移动模架 主要结构设计计算,中泉路桥设备有限公司,武吉高速公路笔架山大桥50m上行式移动模架施工技术方案论证会,mss1800型50m上行式移动模架主要结构设计计算,第二部分 设计指标,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,第四部分 移动模架造桥机倾覆稳定性检算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第六部分 移动模架造桥机模架检算,第七部分 吊杆设计计算,第一部分 设计文件及参考文献,第八部分 走行轮箱轮压计算,第九部分 预埋件计算,第一部分 设计规范及参考文献,起重机设计手册 中国铁道出版社 钢结构设计手册（第二版） 中国建筑工业出版社 机械设计手册（第四版） 预埋件设计手册 中国建筑工业出版社,1、钢结构容许应力,第二部分 设计指标,2、结构验算安全系数,钢结构安全系梁：n1.5 抗倾覆稳定系梁：n1.5,3、焊缝容许应力,贴角焊缝剪切容许应力：f=120mpa。,第二部分 设计指标,3.1 竖向荷载 3.1.1 现浇混凝土荷载 移动模架各施工节段混凝土方量及钢筋重量见下表，混凝土浇筑工况计算时按容重2.6t/m3计算现浇钢筋混凝土自重，混凝土浇筑前工况按预应力及普通钢筋实际重量加载。表中l1表示跨内浇筑长度，l2表示悬臂浇筑长度。,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.1.2 移动模架自重荷载 将以下结构重量视为均布荷载： 1、3号主梁（双层，24盖板）： q1=2.77 t/m 2号主梁（双层，30盖板）： q2=3.16 t/m 4号主梁（单层，20盖板）q3=1.73 t/m 1号导梁：q4=1.54 t/m 2号导梁：q5=1.17 t/m 施工临时荷载：q6=0.2t/m（仅13号主梁范围内有，计12.4t） 将以下结构重量视为集中荷载： 主梁接头zj1：3.365 t（共4个） 主梁接头zj2：1.915 t（共1个） 导梁接头dj： 1.357 t（共2个）,前支腿： 15 t 中支腿： 15.4 t 后支腿： 14.3 t 导梁前端鼻架：0.3 t 挑梁及吊臂：共30点，每点71.04/30=2.368 t 底模：共26点（除墩顶散模），每点32.015/26=1.231 t 侧模及翼模：共30点，55.935/30=1.865 t 底模架：共26点，61.63/26=2.37 t 侧模架：共30点，48.17/30=1.606 t 安全走道：共26点，4.89/26=0.188 t 内模：按1t/m估算，2.1t/m,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.1.3 冲击系数 造桥机工作时，每次浇筑的混凝土重量相对于整机自重很 小，新浇混凝土的冲击力可忽略不计；造桥机主机走行是由油 缸顶推前进，轨道平顺良好，其走行的冲击力可以忽略；支腿 重量相对较小，其走行的冲击力也可以忽略不计。,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.2 水平荷载 水平荷载仅考虑风力的影响。 3.2.1 计算风压 工作状态计算风压 造桥机走行时的计算风压取7级风的最大风压： q1=25 kg/m2 非工作状态计算风压 造桥机在非工作状态时，要求支承稳固，此时计算风压取11级风的最大风压： q2=80 kg/m2,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.2.2 挑梁、主梁及导梁承受的风荷载 （1）横桥向风荷载,迎风面积 a1=423 m2 主梁形状系数c取1.4 风压高度变化系数kh取1.71 非工作状态风荷载 pwf1=ckhq2a1 =1.41.7180423 =81013 kg,工作状态风荷载 pwg1=ckhq1a1 =1.41.7125423 =25316 kg 风荷载高度方向作用点在主梁纵移方钢踏面以上2.44m处。 （2）纵桥向风荷载（略）,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.2.3模架和模板承受的风荷载 （1）模架开启状态横桥向风荷载,迎风面积 a2=61.512.5+61.511.860.6+3.12.10.615=281 m2 非工作状态风荷载 pwf2=ckhq2a3 =1.41.7180281 =53817 kg,工作状态风荷载 pwg2=ckhq1a3 =1.41.7125281 =16818 kg 风荷载作用点在主梁纵移方钢踏面以下y=3.67m （2）纵桥向风荷载（略）,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,4.1 主梁纵向抗倾覆稳定性检算 造桥机主梁纵向倾覆稳定性最不利情况出现在主梁纵移过程中，取两种不利工况进行纵向抗倾覆稳定性计算。 工况一：中支腿吊挂前移至桥面安装后，整机前移13.8米。,第四部分 造桥机抗倾覆稳定性检算,m倾=3590 t-m，后支腿反力r3=58.45 t m稳=3590+40.258.45=5940 t-m k稳=m稳/m倾=5940/3590=1.651.5 （满足要求）,工况二：整机前移13.8m后，中支腿油缸与主梁转换牛腿顶紧，前支腿吊挂至前墩墩顶，但尚未与前墩墩顶预埋件连接。,m倾=5023 t-m，后支腿反力r3=16.51 t m稳=5023+37.9516.51=5650 t-m k稳=m稳/m倾=5650/5023=1.12 后支腿设2根32精轧螺纹钢筋利用桥面吊杆孔进行张紧锚固，如须达到1.5倍的安全系数，则有： m稳=1.5m倾=1.55023=7535 t-m,结论：主梁的纵向抗倾覆稳定性满足要求。,由此精轧螺纹钢筋需提供总拉力t为： m稳=5023+37.95（16.51+t）=7535 t=(7535-5023-37.9516.51)/37.95 =49.7 t 则单根精轧螺纹钢筋需提供拉力t1=49.7/2=24.85 t 由单根32精轧螺纹钢筋（级钢筋）容许外力大于50 t（满足要求）,第四部分 造桥机抗倾覆稳定性检算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.1.1 1号、3号主梁截面性质 1、3号主梁梁高5580，上下盖板为24厚，材质q345b（16mn）。 毛截面面积a=0.30465 m2 毛截面惯性矩ix=1.4553 m4 截面绕x轴抗弯模量wx=0.518 m3 5.1.2 2号主梁截面性质 2号主梁梁高5580，上下盖板为30厚，材质q345b（16mn）。 毛截面面积a=0.3292m2 毛截面惯性矩ix=1.6371 m4 截面绕x轴抗弯模量wxup=0.583 m3 5.1.3 4号主梁截面性质 4号主梁梁高3062，上下盖板为20厚，材质q345b（16mn）。 毛截面面积a=0.1927m2,毛截面惯性矩ix=0.2997 m4 截面绕x轴抗弯模量wxup=0.183 m3 5.1.4 1号导梁截面性质 1号导梁为等截面空腹箱梁，梁高3062，上下盖板为12厚，材质q345b（16mn）。 毛截面面积a=0.1703m2 毛截面惯性矩ix=0.2458 m4 截面绕x轴抗弯模量wxup=0.148 m3 5.1.5 2号导梁截面性质 2号导梁为变截面空腹箱梁，上下盖板为12厚，材质q345b（16mn）。 始端截面参数同1号导梁。 末端： 毛截面面积a=0.126 m2 毛截面惯性矩ix=0.0577 m4 截面绕x轴抗弯模量wxup=0.064 m3,5.1 主梁截面性质,5.2 主梁钢结构整体稳定性检算,5.2.1.检算原则 按两端简支及悬臂的箱形截面受弯构件进行检算。 5.2.2.简支 截面高度h与两腹板间距b0之比 h/b0=5580/2000=2.796 按两端简支形式检算受压翼缘的自由长度l1与b0之比 l1/b0=50000/2000=2565 不需计算箱梁整体稳定性。 5.2.3悬臂 按整机前悬臂54.1米形式检算时，需满足下式 mx/（bwx）f 式中：mx移动模架造桥机纵移过程中内主梁最大悬臂弯矩 mx=5023 t-m wx=0.583 m3b绕强轴弯曲所确定的整体稳定系数 近似取b=0.9 f钢材的强度设计值，对q345b钢，f=290mpa mx/（bwx）=5023e5/（0.90.583e7）=95.7 mpaf=215mpa,结论：主梁整体稳定满足要求.,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.3 主梁钢结构局部稳定性检算,5.3.1.腹板局部稳定性检算 腹板高度h0与腹板厚度h的比值h0/h=5452/12=454.3=146腹板应： 设置横向加劲肋 受压区设置三道纵向加劲肋（包括上下层拼接板） 腹板应力情况 考察标准截面最大剪力处腹板的平均剪应力 max=qmax/（2h0h） 式中：qmax=792t max=792e4/（2545212）=60.5 mpa 最大弯矩处腹板计算高度边缘的弯曲压应力 =my1/ix 式中：m=8609 t-m y1=2.747 m ix=1.6371 m4 =8609e-22.747/1.6371=144.5 mpa,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格 h1 = =1118 mm 实际取h1=800 mm 将第一道纵向加劲肋以下，对称于原中性轴的部分视作新梁的腹板， 其计算高度为h01=h0-2h1=5452-2800=3852 mm 其受压边缘的弯曲压应力为=（1-2 h1/ h0）=42.4 mpa h1 = =2064 mm 实际取h1=800mm 将第二道纵向加劲肋以下，对称于原中性轴的部分视作新梁的腹板，其计算高度为h02=h01-2h1=3852-2800=2252 mm 同理可得,取h1=870mm， 则受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格 则h2= h02- h1=2252-870=1382 mm =8961200mm 按构造确定腹板横向加劲肋（横隔板）的间距0.5h2=691mma2h2=2764mm 取a=2100 mm，满足要求。,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.3.2 腹板加劲肋的截面检算 横隔板周边宽度b不小于244mm，板厚=8mm b=244mmh0/30+40=221 mm 由b/=30.515 故横隔板周边需镶边补强，镶边板-8mm100mm 横隔板及其镶边截面对腹板中心的惯性矩 iz=11785 cm4 3h0h3=2826 cm4 iz3h0h3 （满足要求） 腹板纵向加劲肋尺寸-16150 a/h0=210/545.2=0.390.85 腹板纵向加劲肋截面对腹板边缘的惯性矩 iy=1800 cm4 1.5h0h3=1413 cm4 iy1.5h0h3 （满足要求）,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.3.3 受压盖板局部稳定性检算 盖板厚度分别为24和36的两种主梁盖板均配置相同的纵向加劲肋，故仅检算24主梁受压盖板宽厚比即可。 盖板自由外伸部分的宽厚比 b/=4.4/2.4=1.8333，须设置纵向加劲肋 设置两道纵向加劲肋，加劲肋截面-16150 b0/=63.4/2.4=26.433 （满足要求）,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.4.1 混凝土浇筑状态主梁内力及变形 控制工况下主梁的最大内力及变形： mmax=8609 t-m qmax=792 t max=7.5 cm 主梁最大应力： max=8609e-2/0.583=147.7 mpa=215 mpa （满足） 腹板最大剪应力max= 式中qmax=792 t（截面最大剪力） s=0.303 m3（最大剪力截面中性轴以上部分对中性轴静矩） ix=1.4553 m4（最大剪力处毛截面惯性矩） h=212mm（腹板厚度） 则max= =68.7 mpa=130 mpa （满足） 挠跨比=75/50000=1/6671/600 （满足）,5.4 主梁强度刚度计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.4.2 上下层主梁间剪力螺栓及焊缝强度校核 （1）采用m24-10.9级精制螺栓双剪方式连结。螺栓孔24 m24-10.9级精制螺栓的承剪能力： 单剪ndv12t； 双剪nsv24t。 根据剪应力互等定理，上下层主梁结合面高度上的剪应力 = 式中：vmax=792 t （截面最大剪力） s=0.3 m3（结合面以上部分毛截面对中性轴面积矩） ix=1.4553 m4（最大剪力处箱梁毛截面惯性矩） h=212mm（腹板厚度） = =68.0 mpa 螺栓间距按17.5cm布置，横向每腹板两侧各布置一颗计2颗 则单栓单剪内力nv nv= =7.14 tndv=12 t （满足要求） （2）腹板与对接法兰板间为k=8mm双面贴角焊缝，焊缝剪切抗力qf： qf=217.50.60.712010-2 =17.64 tnv=7.14t （满足要求）,5.5.1.接头设计原则 主梁钢箱梁接头处实际内力乘以系数1.1进行接头设计。 接头zj1的强度设计值：mj=1.18248=9073 t-m qj=1.1648=713 t 接头zj2的强度设计值：mj=1.12100=2310 t-m qj=1.1254=280 t 采用m24-10.9级精制螺栓双剪方式连结。 m24-10.9级精制螺栓的承剪能力： 单剪qd=10 t 双剪qs=20 t 5.5.2 zj1接头的设计计算 腹板分配弯矩 接头毛截面惯性矩： ix= 1.6371 m4 腹板对截面中性轴的惯性矩：if=0.403 m4 腹板按刚度分配弯矩mf=（if/ ix）mj=（0.403/1.6371）9073 =2233 t-m,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.5 主梁接头设计计算,盖板分配的弯矩mg= mj-mf=9073-2233=6840 t-m （1）盖板接头的设计计算 上下盖板接头螺栓及节点板布置基本相同，另在贴板上布置有螺栓，故下盖板接头螺栓数量偏少，按下盖板进行接头设计计算。 盖板的拉压内力：n=mg/h 式中：h盖板中心距，h=5.47 m n=6840/5.47=1250 t 所需螺栓的数量：n=1250/20=62.5个 确定使用108个m24-10.9级精制螺栓。,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第六部分 移动模架造桥机模架计算,模架设计为两片一组空间桁架梁结构，模架分左右两半跨，浇筑混凝土时两半跨在跨中对接，上下弦对接采用m30螺栓连接。模架与挑梁之间采用60的吊杆(材质为45号钢调质处理)连接。 按照二维梁单元建立挑梁、吊臂及侧模架平面有限元模型，按照三维梁单元建立底模架空间有限元模型，采用通用有限元程序进行分析计算。模架结构自重按换算重度由程序自动加载，模板及混凝土荷载以节点力加载在底模架节点上；由于采用混凝土斜向分层浇筑，混凝土侧压力对满载工况影响不予考虑。 挑梁、吊臂及侧模架平面有限元模型及底模架空间有限元模型见下图。,侧模架空载有限元模型,侧模架浇筑状态有限元模型,底模架空载有限元模型,底模架浇筑状态有限元模型,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.1挑梁、吊臂、及侧模架计算,6.1.1 开模过孔状态结构计算，各杆件单元编号及轴力如下图。,其中主要杆件轴力： 4号单元n4=3.5 t（-） 19号单元n17=4.2 t（-） 12号单元n12=4.8 t（-）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.1.2 浇筑完成状态结构计算，各杆件单元编号及轴力如下图。,其中主要杆件轴力： 3号单元n3=33.6 t（+） 24号单元n24=12.2 t（-）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.1.3 主要杆件强度及稳定性计算 （1）4号单元，杆件型号210， 截面积a=25.5cm2 ix=3.94 cm iy=2.72 cm l0=1.0297=297 cm max=y= l0/ iy=297/2.72=109=150（满足） 强度计算=n4/a=3.5e2/25.5=13.7mpa=150mpa（满足） 整体稳定计算，q235钢，b类截面，查表得=0.499 =n4/（a）=3.5e2/（0.49925.5）=27.5mpa=150mpa（满足） （2）19号单元，杆件型号1086， 截面积a=19.23cm2 i=3.61 cm l0=1.0192=192 cm =l0/ i=192/3.61=53.2=150（满足） 强度计算=n19/a=4.2e2/19.23=21.9mpa=150mpa（满足） 整体稳定计算，q235钢，a类截面，查表得=0.907 =n19/（a）=4.2e2/（0.90719.23）=24.1mpa=150mpa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,（3）12号单元，杆件型号2636扣焊， 截面积a=14.6cm2 i=2.4 cm l0=1.0200=200 cm =l0/ i=200/2.4=83.3=150（满足） 强度计算=n12/a=4.8e2/14.6=32.9mpa=150mpa（满足） 整体稳定计算，q235钢，b类截面，查表得=0.668 =n12/（a）=4.8e2/（0.66814.6）=49.2mpa=150mpa（满足） （4）3号单元，杆件型号214a 截面积a=37.02cm2 强度计算=n3/a=33.6e2/37.02=90.8mpa=150mpa（满足） （5）24号单元，杆件型号216a， 截面积a=43.9cm2 ix=6.28 cm iy=3.17 cm l0=1.0122=122cm max=y= l0/ iy=122/3.17=38.5=150（满足） 强度计算=n24/a=12.2e2/43.9=27.8mpa=150mpa（满足） 整体稳定计算，q235钢，b类截面，查表得=0.905 =n24/（a）=12.2e2/（0.90543.9）=30.7mpa=150mpa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.1.4 挑梁安装销轴强度检算 混凝土浇筑完成工况挑梁支承反力如下图,销轴双剪内力为q= =33.0t 设计采用60销轴，材质为调质45号钢，剪切面积a=28.26cm2 销轴剪切应力=q/2a=33e2/(228.26)=58.4 mpa=125mpa（满足） 挑梁铰板孔壁承压应力 c=33e2/（261.6）=172mpac=415 mpa（满足） 主梁铰板孔壁承压应力 c=33e2/（63.6）=153mpac=390 mpa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.2.1 开模过孔状态结构计算，主桁各杆件单元编号及轴力如下图。,主要杆件轴力很小，此工况下无须检算。,6.2底模架计算,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.2.2 浇筑完成状态结构计算，主桁各杆件单元编号及轴力如下图。,浇筑完成状态受力最大纵向联接系 各杆件单元编号及轴力如右图其中 主要杆件轴力： 170号单元n170=13.2 t（-） 82号单元n82=10.7 t（-） 139号单元n139=13.1 t（+） 171号单元n171=12.0 t（+） 43号单元n43=1.6 t（-）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.2.3 主要杆件强度及稳定性计算 （1）170号单元，杆件型号210， 截面积a=25.5cm2 ix=3.94 cm iy=1.42cm（因无缀板，故按单根槽钢计算） l0=1.0137=137 cm max=y= l0/ iy=137/1.42=96.5=150（满足） 强度计算=n170/a=13.2e2/25.5=51.8mpa=150mpa（满足） 整体稳定计算，q235钢，b类截面，查表得=0.575 =n170/（a）=13.2e2/（0.57525.5）=90.0mpa=150mpa（满足） （2）82号单元，杆件型号2636扣焊， 截面积a=14.6cm2 i=2.4 cm l0=1.0222=222 cm =l0/ i=222/2.4=92.5=150（满足） 强度计算=n82/a=10.7e2/14.6=73.3mpa=150mpa（满足） 整体稳定计算，q235钢，b类截面，查表得=0.601 =n82/（a）=10.7e2/（0.60114.6）=121.9mpa=150mpa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,（3）139号单元，杆件型号212.6 截面积a=31.37cm2 强度计算=n139/a=13.1e2/31.37=41.8mpa=150mpa（满足） （4）171号单元，2636扣焊, 截面积a=14.6 cm2 强度计算=n171/a=12e2/14.6=82.2mpa=150mpa（满足） （5）43号单元，杆件型号636， 截面积a=7.3cm2 i=1.24 cm l0=0.7210=147cm =l0/ i=147/1.24=119=150（满足） 强度计算=n43/a=1.6e2/7.3=21.9mpa=150mpa（满足） 整体稳定计算，q235钢，b类截面，查表得=0.442 =n43/（a）=1.6e2/（0.4427.3）=49.6mpa=150mpa（满足）,第六部