贝雷挂篮计算书.doc

曹娥江特大桥主梁贝雷挂篮计算书 嘉绍跨江通道南岸接线4标曹娥江特大桥贝雷挂篮计算书 中铁四局集团有限公司嘉绍跨江通道南岸接线第4合同段项目经理部2010年7月 目 录1. 概 述32. 引用文件33. 设计荷载44. 变形控制45. 材料特性45.1 材料特性45.2 容许应力46. 主要构件计算56.1 面板计算56.2 底篮计算分析66.3 内滑梁计算分析106.4 侧模支撑架计算分析156.5 贝雷主桁前横梁计算分析176.6 贝雷主桁中横梁计算分析206.7 贝雷主桁计算226.8 挂篮整体抗倾覆计算226.9 主要构件计算结果统计236.10 各支点受力计算结果237 主要部件强度验算247.1 悬吊系统247.2 前支点247.3 主桁后锚固257.4 轨道锚梁267.5 行走小车267.6 轨道261. 概 述主桥变截面连续箱梁采用单箱双室截面，跨中底板中心处梁高2.5m，支点底板中心处梁高5.5m，梁高采用二次抛物线规律变化；单幅箱梁宽20.25m，箱室底宽13.25m，箱梁跨中截面腹板宽55cm，根部截面箱梁腹板宽75cm，在第6、7号节段线性过渡。桥面横坡以箱梁两侧腹板的不等高实现，箱梁底板横向水平。箱梁底板厚度有28cm渐变为主墩根部截面80cm。主桥箱梁除墩顶0号块在支架上浇注完成，合拢段在吊架上浇注完成外,其余梁段均采用挂篮悬臂浇注法施工。采用挂篮悬浇梁段的最大重量为255t。根据本工程的主要特点，本桥选用贝雷桁架式后支点挂篮。本挂篮由主桁承重系、悬吊系统、行走系统、锚固系统、模板系统等部分组成。1.1 主桁架承重系统主桁承重系由三榀贝雷主桁架以及前、中、后横梁等组成。1.2 挂篮悬吊系统挂篮悬吊系统主要由钢吊带、分配梁、钢吊杆和千斤顶等组成。1.3 挂篮行走系统挂篮行走系统主要由液压穿心千斤顶、行走小车、内模行走滚轮、轨道等组成。1.4 挂篮锚固系统挂篮的锚固系统包括主桁架的锚固与模板系统的锚固两部分。1.5 挂篮模板系统挂篮模板系统包括底篮、外模、内模、端模（端模项目现场设计制作）和工作平台等。2. 引用文件2.1 钢结构设计规范（GB50017-2003）2.2 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）2.3 组合钢模板技术规范（GB50214-2001）2.4 公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）2.5 港口工程荷载规范（JTJ215-98）2.6 建筑结构静力计算手册2.7 曹娥江大桥主梁施工图设计2.8 曹娥江大桥主梁挂篮设计施工图3. 设计荷载3.1 砼荷载 ：最重节段质量：255kN（起始悬浇节段）3.2 挂篮系统自重：1100kN3.3 人群及施工荷载，按公路桥涵设计通用规范取1.5kN/m23.4 风荷载 工作风速：13.6m/s；非工作风速：24.2m/s3.5 振捣荷载：2kN/ 3.6 砼浇注节段长度：3.75m及4m，最大高度5.5m4. 变形控制4.1贝雷主桁架端点挠度L/4004.2 贝雷主桁架主梁简支段挠度L/500，外伸悬臂端L/3004.3 模板面板变形4.4 内、外楞变形5. 材料特性5.1 材料特性 钢的材料特性：弹性模量E=2.06102 GPa泊松比0.3密度7850 kg/m3 32精轧螺纹粗钢筋：弹性模量E=2.0102GPa泊松比0.3密度7850 kg/m35.2 容许应力Q235：170 MPa =100 MPa 承压应力：j240 MPaQ345：250 MPa =150 MPa承压应力：j350 MPa45钢：260 MPa40Cr： d100 mm 350 MPa =205 MPad100 mm 385 MPa =220 MPa高强精轧螺纹钢：600 MPa6. 主要构件计算经荷载分析对本挂篮在各种不利工况时的受力情况采用结构分析程序电算（电算中已经将结构自重计算在内），对挂篮各构件进行计算分析。6.1 面板计算1#节段浇注时，底模面板所受荷载最大，为最不利工况， 按周界固定板计算： 主梁腹板处：底模面板厚度6mm，支撑间距为：400mm300mm计算荷载： 砼 自 重：人机施工荷载：风荷载： 工作风速：13.6m/s振捣荷载：计算荷载：计算得： 主梁腔室底板处：底模面板厚度6mm，支撑间距为：400mm500mm计算荷载： 砼 自 重：人机施工荷载：风荷载： 工作风速：13.6m/s振捣荷载：计算荷载：计算得： 6.2 底篮计算分析6.2.1 浇注状态 1节段砼重最大，挂篮底篮所受荷载最大，风垂直向下（风速13.6m/s），计算挂篮浇注状态下底篮的受力与变形。此时底篮前端通过6组前悬吊与贝雷主桁前横梁联系；后端锚固与已浇梁段之上，主梁内侧分布四个锚固点连接于底篮后托梁，以及外侧两组后悬吊。6.2.1.1 计算荷载 1节段砼重 2245 kN（未考虑主梁翼缘板砼重） 挂篮系统自重 人群及施工荷载 1.5 kN/ 振捣荷载 2kN/ 风荷载 风速13.6 m/s6.2.1.2 整体计算模型及结果输出底篮浇注工况计算模型底篮浇注工况整体应力云图 底篮浇注工况整体应变云图6.2.1.3 主要构件计算结果 序号构件名称梁应力值（MPa）/杆轴力值（kN）最大变形（mm）最大位移（mm）竖向竖向1底篮纵梁100-989.82前托梁43-5.763后托梁45-2.454内侧前悬吊（2组）244.6kN 5外侧前悬吊（内2组）250.4kN 6外侧前悬吊（外2组）89.4kN 6内侧内后锚固（2组）287.5kN 7内侧外后锚固（2组）317.4kN 8外侧后悬吊（2组）81.0kN 6.2.2 挂篮行走状态 行走状态，底篮前端还是通过6组前悬吊与贝雷主桁前横梁联系；后端悬挂于主桁中横梁梁端。计算挂篮行走状态下底篮的受力与变形。6.2.2.1 计算荷载 底篮系统自重 底模自重 人群及施工荷载 1.5 kN/ 振捣荷载 2kN/ 风荷载 风速13.6 m/s6.2.2.2 整体计算模型及结果输出底篮行走工况计算模型底篮行走工况整体应力云图 底篮行走工况整体应变云图6.2.2.3 主要构件计算结果 序号构件名称梁应力值（MPa）/杆轴力值（kN）最大变形（mm）最大位移（mm）竖向竖向1底篮纵梁757-181.82前托梁6611.5-7.13后托梁130144-1784内侧前悬吊（2组）51.1kN 5外侧前悬吊（内2组）40.5kN 6外侧前悬吊（外2组）22.7kN 7外侧后悬吊（2组）976kN 6.3 内滑梁计算分析6.3.1 浇注状态 浇注工况，内滑梁后端锚固于已浇梁段之上，前端悬挂于贝雷主桁前横梁之上，计算挂篮浇注状态内滑梁的受力与变形。6.3.1.1 计算荷载 顶板砼重 431 kN 顶板底模及内模支撑架重量 54 kN 内滑梁自重 人群及施工荷载 1.5 kN/ 振捣荷载 2kN/ 风荷载 风速13.6 m/s6.3.1.2 整体计算模型及结果输出内滑梁浇注工况计算模型内滑梁浇注工况整体应力云图 内滑梁浇注工况整体应变云图6.3.1.3 主要构件计算结果 序号构件名称梁应力值（MPa）/杆轴力值（kN）最大变形（mm）最大位移（mm）竖向竖向1内滑梁纵梁I45a77.811.711.82横梁25a21.8-4.84.93内滑梁前吊杆82.9kN4内滑梁后吊杆98.1kN6.3.2 行走状态 行走工况，内滑梁后端通过内模行走滑轮锚固于已浇梁段之上，前端悬挂于贝雷主桁前横梁之上，内模行走到位锚固前为内滑梁行走工况的最不利情况，计算挂篮行走状态内滑梁的受力与变形。6.3.2.1 计算荷载 顶板底模及内模支撑架重量 54 kN 内滑梁自重 人群及施工荷载 1.5 kN/ 风荷载 风速13.6 m/s6.3.2.2 整体计算模型及结果输出内滑梁行走工况计算模型内滑梁行走工况整体应力云图 内滑梁行走工况整体应变云图6.3.2.3 主要构件计算结果 序号构件名称梁应力值（MPa）/杆轴力值（kN）最大变形（mm）最大位移（mm）竖向竖向1内滑梁纵梁I45a46.810.1-92横梁25a14.77.1-9.13内滑梁前吊杆32.6kN4内滑梁后吊杆17.2kN6.4 侧模支撑架计算分析浇注工况，侧模支撑架后端锚固于已浇梁段之上，前端悬挂于贝雷主桁前横梁之上，计算挂篮浇注状态侧模支撑架的受力与变形。6.4.1 计算荷载 主梁翼缘板砼重 164.3 kN 侧模重量 49 kN 侧模支撑架自重 人群及施工荷载 1.5 kN/ 振捣荷载 2kN/ 风荷载 风速13.6 m/s6.4.2 整体计算模型及结果输出侧模支撑架浇注状态计算模型侧模支撑架浇注状态应力云图 侧模支撑架浇注状态应变云图6.4.3 主要构件计算结果 序号构件名称梁应力值（MPa）/杆轴力值（kN）最大变形（mm）最大位移（mm）竖向竖向1侧模支撑架内侧纵梁111.6-8.38.32侧模支撑架外侧纵梁63.5-4.84.83联系横梁32114内侧前吊杆95.8kN5内侧后吊杆103.2kN6外侧前吊杆40.2kN7外侧后吊杆43.1kN6.5 贝雷主桁前横梁计算分析前横梁与贝雷主桁通过法兰板螺栓连接，底篮和模板系统的前端悬挂于前横梁之上，承担施工时的部分荷载并传至贝雷主桁上。前横梁的控制工况为浇注时，计算挂篮浇注状态主桁前横梁的受力与变形。6.5.1计算荷载 节段砼重 2550kN 模板重量 底篮重量 前横梁自重 人群及施工荷载 1.5 kN/ 振捣荷载 2kN/ 风荷载 风速13.6 m/s6.5.2 整体计算模型及结果输出主桁前横梁计算模型主桁前横梁应力云图 主桁前横梁应变云图浇注状态下，前横梁整体最大应力为129MPa，出现在横梁横与贝雷主桁接触的位置；前横梁最大应变为14.9mm，在前横梁梁端。计算时前横梁在与主桁接触的对应位置设置三个约束点，支反力依次为：631.0kN、663.3kN、631.0kN。6.6 贝雷主桁中横梁计算分析中横梁与贝雷主桁通过法兰板螺栓连接，挂篮行走时，底篮和模板系统的后端悬挂于中横梁之上，此时为中横梁的最不利工况。计算挂篮行走状态主桁中横梁的受力与变形。6.6.1计算荷载 模板重量 底篮重量 中横梁自重 人群及施工荷载 1.5 kN/ 风荷载 风速13.6 m/s6.6.2 整体计算模型及结果输出主桁中横梁计算模型主桁中横梁应力云图 主桁中横梁应变云图行走状态下，中横梁整体最大应力为136.9MPa，出现在中梁横与贝雷主桁接触的位置；中横梁最大应变为38.9mm，在中横梁梁端。计算得出中横梁在与主桁接触的对应位置的三个约束点支反力依次为：211.3kN、183kN、211.3kN。6.7 贝雷主桁计算贝雷主桁由三榀4片贝雷纵梁，前、中、后横梁组成，承担挂篮浇注或行走时底篮通过悬吊系统传至主桁上的力。 贝雷桁架每榀4排单层，采用加强型布置。单片加强贝雷桁架： 通过以上点算分析，主桁三榀贝雷纵梁最不利工况为浇注工况，且在浇注工况下三榀贝雷纵梁中，中间一榀贝雷纵梁受力最大，。贝雷主桁为悬臂结构，。销轴抗剪：即贝雷桁架强度、刚度均满足设计要求。6.8 挂篮整体抗倾覆计算6.8.1 挂篮浇注状态此时主桁后锚锚固，总倾覆力矩为：M倾（631+663.3+631）x5.2+290 x 1.5=10445kNm主桁后锚固单根受力极限按485kN计，总抗倾覆力矩为：M抗倾3x6x485x4=34920kNm抗倾覆安全系数： k= M抗倾/M倾=34920/10445=3.346.8.2 空篮行走状态总倾覆力矩为：M倾3x234.8x4.25=2993.7kNm此时轨道轮压较弱，以此为最不利状态，计算得反压轮组的轨道梁受力极限为722.6kN，总抗倾覆力矩为：M抗倾722.6x4.25x3=9213.2kNm抗倾覆安全系数： k= M抗倾/M倾=9213.2/2993.7=3.16.9 主要构件计算结果统计序号构件名称控制工况杆件应力极值（MPa）最大变形（mm）最大位移（mm）竖向竖向1底篮纵梁浇注工况1009.8-9.82前托梁行走工况6611.5-7.13后托梁行走工况130144-1784贝雷主桁架主梁浇注工况116.77.5-7.55前横梁浇注工况12914.9-22.46中横梁行走工况136.938.9-38.97后横梁浇注工况224-48侧模支撑架浇注工况111.68.3-8.39内滑梁浇注工况77.811.7-11.76.10 各支点受力计算结果序号构件名称控制工况支点受力（kN）1主桁前支点浇注工况1659.02主桁后锚浇注工况899.83底篮后锚浇注工况317.44底篮前悬吊浇注工况250.45行走小车行走工况234.87 主要部件强度验算7.1 悬吊系统1） 分配梁（内侧外后悬吊分配梁（225）受力最不利）：2） 前悬吊销轴（40Cr，），承受力F317.4kN：3） 钢吊带受力F317.4kN：吊耳板处抗拉：4）785MPa 32精轧螺纹钢吊杆拉力F103.2kN32精轧螺纹钢吊杆拉应力：则悬吊系统强度条件均满足要求。7.2 前支点挂篮前支点在行走工况做为行走滑船，浇注时支撑底篮通过悬吊系统传至主桁的部分施工荷载，最不利工况出现在挂篮浇注状态，。以下进行前支点承压以及前支点腹板局部稳定性计算。7.2.1 前支点承压计算根据钢结构设计规范第4.1.3条规定，腹板局部承压强度应满足下式： 故局部承压强度满足要求。7.2.2 前支点腹板局部稳定性计算 由式（4.3.3-1）由前面计算得：， ， 计算由于即由式（4.3.4-4d），。则 故腹板局部稳定性满足要求。7.3 主桁后锚固1） 顶锚梁抗弯强度：2）锚杆（785MPa 32精轧螺纹钢）抗拉强度：7.4 轨道锚梁1）锚梁（225）抗弯强度：2）锚杆（785MPa 32精轧螺纹钢）7.5 行走小车1） 铰链架与车架连接销轴（40Cr，）：2） 车架耳板抗拉：3）锚杆（785MPa 25精轧螺纹钢）：7.6 轨道7.6.1 轨道梁强度验算轨道梁截面选定