绥江官步大桥挂篮计算书.doc

广宁互通绥江官步大桥 三角形挂篮设计计算书绥江官步大桥407040米变截面预应力混凝土连续刚构三角形挂篮计算书一、设计依据1、包头至树林召黄河特大桥两阶段施工图；2、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）人民交通出版社3、路桥施工计算手册4、建筑结构静力计算手册中国建筑工业出版社5、建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范二、绥江官步大桥概况绥江大桥自LK0+623.27起，在横山侧跨县道X422后跨绥江在5#墩处向右引出R匝道桥，L匝道桥主跨桥宽21m。L匝道桥分左右两幅，左幅分为四联，依次为预应力混凝土连续刚构箱梁（40+70+40）+钢筋混凝土连续刚构箱梁（222.5+618.88）+钢筋混凝土连续箱梁（317.92）；右幅分为四联，依次为预应力混凝土连续刚构箱梁（40+70+40）+钢筋混凝土连续箱梁（22.89+24.34）+钢筋混凝土连续刚构箱梁（15.61+517.84）+钢筋混凝土连续箱梁（320）。 其中，第一联为407040米变截面预应力混凝土连续刚构。三、挂篮荷载计算 挂篮计算选取了单幅桥同一梁长中最重梁段计算。即：选取了1#梁段作为控制计算依据。该梁段长度3.5m，重量为88.4T。 1、计算荷载类型： A、混凝土自重荷载； B、混凝土振捣荷载； C、人工、机具荷载； D、模板荷载； B、C荷载统称为施工活载，A、D荷载统称为施工恒载。 2、分项荷载计算： A、主桥混凝土自重荷载 新浇混凝土及内部钢筋重量全部由支架体系承担。在计算中，考虑钢筋混凝土容重为25KN/，按面荷载记入。该桥截面形式为单箱单室，两侧带悬臂板，且设置有2%的横坡，根据其不同部位，荷载具体计算如下： （1）两侧翼板考虑悬臂外端（厚度为0.15 m）自重荷载为3.75KN/， 悬臂第一折点（厚度为0.35m）自重荷载为8.75KN/；悬臂根部（厚度为0.6m）自重荷载为15KN/； （2）腹板一，高度为4m，自重荷载为100KN/； 腹板二，高度为4.106m，自重荷载为102.6KN/； （3）内箱侧壁点，“顶板+底板”厚度为1.388m, 自重荷载为34.7KN/； （4）内箱第一折点，“顶板+底板”厚度为1.035m, 自重荷载为25.875KN/； （5）内箱第二折点，“顶板+底板”厚度为0.818m, 自重荷载为20.45KN/； B、混凝土振捣荷载考虑2.0KN/； C、人工、机具荷载考虑1.0KN/； D、模板考虑1 KN/。 荷载组合：P=1.2施工恒载+1.4施工活载 组合之后，不同部位荷载值如下： 1#梁段： A、翼板悬臂外端：P=10.1KN/ B、悬臂第一折点：P=16.1KN/ C、悬臂根部：P=23.6 KN/ D、腹板一：P=125.6 KN/ E、腹板二：P=128.72 KN/ F、内箱侧壁点：P=47.24 KN/ G、内箱第一折点：P=36.65 KN/ H、内箱第二折点：P=30.14 KN/ 1#梁段计算梁重为142.2T,实际梁重为88.4T，荷载安全系数为1.609。3、计算工况： 本挂篮系统整体采用空间分析软件MIDAS（迈达斯）进行计算，个别主构件采用平面分析软件桥梁博士V3.0、手算结合进行验算。考虑该桥的施工组织，在挂篮计算过程中，分别考虑了以下三个工况：工况一：挂篮行走工况。该工况考虑正常挂篮行走时自重效应；工况二： 浇筑1#梁段混凝土。在该工况下，按照极限承载力状态（按照荷载系数进行组合）进行分析计算。主要目的在于：验算挂篮的极限承载力状态，主要是验证挂篮结构强度符合规范要求，同时以挂篮最大变形作为评定挂篮刚度的参考标准；该工况考虑“挂篮自重+1.2施工恒载 + 1.4施工荷载” 的共同效应；工况三： 浇筑1#梁段混凝土。在该工况下，按照正常使用状态（仅仅考虑梁段浇注完毕状态）进行分析计算。主要目的在于：验算挂篮的正常使用状态，主要是推断挂篮在使用过程中的实际变形，用于指导挂篮荷载试验、挂篮立模标高的调整，是挂篮刚度的判断依据；该工况考虑“挂篮自重+施工恒载 +施工荷载” 的共同效应；工况四：结构整体稳定分析。选取1#梁浇筑混凝土工况模拟。挂篮空间结构图见（图一） 图一、三角形挂篮空间结构模型 4、部分主要材料； （1）主纵梁：2I45a （2）立柱：236a （3）上前横梁：2I40a（4）底篮前横梁：2I36a （5）底篮后横梁：2I40a （6）普通纵梁：I25a （7）加强纵梁：I36a （8）前斜拉带：16Mn钢（20040mm） （9）后斜拉带：16Mn钢（220020mm） （10）行走桁架上、下弦杆：220a （11）行走桁架腹杆：8010 （12）立柱稳定桁架上、下弦杆：220a （13）立柱稳定桁架腹杆：8010 （14）底板前承重吊杆：25经扎螺纹钢 （15）后行走吊带：16Mn钢（20020mm） （16）后吊带：16Mn钢（20020mm） （17）尾梁锚固体系（兼作尾部平联）：2I50a四、工况一：三角形挂篮行走工况的位移、应力、反力图：最大竖向变形值为22.6mm（方向向下），发生在底篮后横梁中间部位。图二、工况一竖向位移图（单位：m）最大组合应力发生在底篮后横梁，数值为58.74Mpa =170Mpa。图三、工况一主体结构组合应力图（单位：Mpa）前吊带最大应力发生在中间两根，数值为37.84Mpa =785Mpa。图四、工况一前吊杆（精轧螺纹钢）拉应力云图（单位：Mpa）后锚固最大锚固力为59.18KN，发生在桥中心线一侧（腹板较高侧）。图五、工况一反力图（单位：KN）五、工况二：浇筑1#梁段混凝土（极限承载力状态）最大位移为3.1cm(方向向下)，发生在红色区域底篮中部纵梁处。图六、工况二竖向位移图（单位：m）最大位移为3mm(方向向下)，发生在红色区域前承重横梁悬臂端。图七、1.2倍自重位移竖向位移图（单位：m）最大应力为167.72Mpa，最小应力为135.36Mpa，小于容许值170 Mpa。其中，斜拉带最大应力为99.52Mpa，小于容许值210 Mpa。图八、工况二主体结构组合应力图（单位：Mpa）前吊带最大应力发生在中间两根，数值为501.11Mpa =785Mpa。图九、工况二前吊杆（精轧螺纹钢）拉应力云图（单位：Mpa）最大负反力为396.5KN，最大正反力为847.69KN。图十、工况二反力图（单位：KN）六、工况三：浇筑1#梁段混凝土（正常使用状态）：最大竖向变形值为21.1mm，发生在底篮中间部位。图十一、工况三竖向位移图（单位：m）最大竖向变形值为2.8mm，发生在上前横梁的悬臂最外端。图十二、工况三自重竖向位移图（单位：m）最大组合应力发生在底篮I25a纵梁，数值为126.85Mpa =170Mpa。其中，斜拉带最大应力为79.07Mpa，小于容许值210 Mpa。图十三、工况三主体结构组合应力图（单位：Mpa）前吊带最大应力发生在中间两根，数值为381.03Mpa =785Mpa。图十四、工况三前吊杆（精轧螺纹钢）拉应力云图（单位：Mpa）最大负反力为307.1KN，最大正反力为673.4KN。图十五、工况三反力图（单位：KN）七、行走状态整体稳定分析挂篮结构行走状态，一阶失稳整体稳定性系数为3.144，结构基本稳定可靠。图十六、行走状态挂篮结构第一阶失稳图示挂篮变形、应力分析结论：表一、位移、应力、反力汇总对比表工况名称工况一工况二工况三限值是否满足行走状态极限承载状态正常使用状态位移(mm)自重22.63340是自重+外荷载3121.1是组合应力(Mpa)（绝对值最大）自重58.74170是自重+外荷载167.72126.85是斜拉带应力(Mpa)自重+外荷载27.7899.5279.07210是正反力(KN)自重280.99自重+外荷载847.69673.4负反力(KN)自重59.18自重+外荷载396.5307.1挂篮变形(mm)22.62918.120是实际挂篮变形(mm)18.120是 说明:因结构最大剪应力水平较低,所以未统计。八、局部、构件验算：1、斜拉带与立柱、主斜撑、主纵梁连接：该处连接采用45#钢销接。斜拉带为双根设置，根据计算可知：后斜拉带受力偏大，单个销钉一个剪切面承受的最大剪力为562.38KN/2=280.69KN。考虑同侧斜拉带安装差异为1mm，所产生的不平衡内力为118.9KN，单个销钉一个剪切面需要承受的剪力为：399.59KN，45#钢=125Mpa 。由公式故：取销钉直径D=120mm是安全的。 2、斜拉带正常截面验算：斜拉带为双根设置，考虑1mm加工误差之后，单根斜拉带承受的最大轴力为399.59KN。 3、斜拉带销钉削弱截面验算： 单根斜拉带承受的最大轴力为399.59KN，销钉孔按=122mm考虑，（规范规定，16Mn钢材作为临时结构时，应力容许值可以提高1.3倍，即：273Mpa。）九、后锚固验算：1、极限承载状态浇筑1#梁段混凝土时，单个后锚固负反力为F=396.5KN。对应于单个主纵梁锚固，设置有四根25精轧螺纹钢作为锚固。 锚固安全系数为3.88。2、正常使用状态浇筑1#梁段混凝土时，单个后锚固负反力为F=307.1KN。对应于单个主纵梁锚固，设置有四根25精轧螺纹钢作为锚固。 锚固安全系数为5.01。十、挂篮行走状态验算：1、行走小车验算： （1）轴承验算： 单个挂篮分别在主承重主梁设置一个行走小车，小车采用4个RNA6908双列滚针轴承作为滚动装置。RNA6908双列滚针轴承设计基本荷载为115KN，行走小车采用贝雷桁架销钉连接，以确保一个行走小车的4个滚针轴承至少有3个滚针轴承同时受力。 在三个滚针轴承同时受力的前提下，行走后锚固力最大为314KN （出现在1#梁段浇筑完毕，挂篮解体行走状态），小于三个滚针轴承基本荷载之和345KN。且此时，双列滚针轴承已经具有不小于1.6倍的安全储备。 （2）钢轴验算：单根钢轴最大可能承受的剪切荷载为314/2=157KN（即：出现在小车的前排或者后排轴承损坏、短尾挂篮行走状态），而单根钢轴的容许剪切荷载为 （3）小车下连接板焊缝验算： 焊缝长度要求