挂篮计算书07.19.doc

0 目目 录录 第第 1 1 部分部分 设计计算说明设计计算说明 1 1 1 设计依据 1 1 2 工程概况 1 1 3 挂篮设计 1 1 3 1 主要技术参数 1 1 3 2 挂篮构造 2 1 3 3 挂篮计算设计荷载及组合 2 1 3 4 挂篮主要构件重量 2 1 3 4 梁段截面分区 3 第第 2 部分部分 底模结构计算底模结构计算 4 2 1 面板计算 4 2 1 1 计算简图 4 2 1 2 面板截面参数 4 2 1 3 面板的最大应力及最大变形 5 2 2 竖肋 8 计算 5 2 2 1 构造 5 2 2 2 竖肋 8 的验算 5 2 3 底模纵梁强度检算 7 2 3 1 构造 7 2 3 2 强度分析 7 2 3 3 刚度分析 8 第第 3 3 部分部分 侧模结构计算侧模结构计算 9 3 1 侧模构造 9 3 2 荷载 9 3 3 侧模面板强度验算 10 3 4 侧模横向小肋 6 3 计算 10 3 4 1 结构特点 10 3 4 2 载荷分析 11 3 4 3 强度验算 12 3 4 4 挠度验算 12 第第 4 4 部分部分 挂篮各横梁结构分析挂篮各横梁结构分析 13 4 1 前下横梁结构分析 13 4 2 后下横梁结构分析 16 4 3 前上横梁结构分析 19 4 4 外模滑梁结构分析 22 4 5 内模滑梁结构分析 25 4 6 内模支架结构分析 28 第第 5 5 部分部分 主桁架结构分析主桁架结构分析 29 5 1 构造 29 5 2 载荷分析 29 1 5 3 建模 30 5 4 分析 结果提取 31 第第 6 部分部分 混凝土强度 挂篮抗倾翻 钢吊带及主桁连接销检算混凝土强度 挂篮抗倾翻 钢吊带及主桁连接销检算 34 6 1 主桁后锚点混凝土强度计算 34 6 2 挂篮浇注时后锚抗倾覆计算 36 6 3 挂篮行走时轨道的抗倾覆计算 37 6 4 挂篮行走时小车的抗倾覆计算 38 6 5 计算前上横梁吊带伸长量 38 6 6 主桁连接销计算 39 附件附件 A 前下横梁结构分析命令流前下横梁结构分析命令流 40 附件附件 B 后下横梁结构分析命令流后下横梁结构分析命令流 42 附件附件 C 前上横梁结构分析命令流前上横梁结构分析命令流 44 附件附件 D 外模滑梁结构分析命令流外模滑梁结构分析命令流 46 附件附件 E 内模滑梁结构分析命令流内模滑梁结构分析命令流 48 附件附件 F 主梁结构分析命令流主梁结构分析命令流 50 0 第第 1 1 部分部分 设计计算说明设计计算说明 1 11 1 设计依据设计依据 向莆铁路大桥施工图设计 铁路桥涵施工规范 TB10203 2002 钢结构设计规范 GB50017 2003 1 21 2 工程概况工程概况 本桥为向莆铁路 FJ 3A 标连续梁 桥上部结构为 40 64 40 m 为连续箱梁 主桥连续刚构箱梁单幅桥面顶宽 12 2m 底宽 5 74m 采用单箱单室截面 斜 腹板 悬臂长度为 3 至 3 5m 梁高按二次抛物线变化 其中端部和跨中梁高为 1 7m 中间支点梁高为 3 1m 全联施加纵向 竖向预应力 中横梁施加横向预 应力 0 块长度 8m 箱梁 0 块 1 块在托架上施工 梁段总长 14m 边 中合拢段长度为 2m 挂篮悬臂浇注箱梁 1 2 块段长 3m 3 8 块段长 3 5m 最重块段为 1 3 块 其重量为 120t 该桥箱梁悬臂浇注拟采用菱形挂篮进行施工 1 31 3 挂篮设计挂篮设计 1 3 11 3 1 主要技术参数主要技术参数 砼自重 GC 25kN m3 钢弹性模量 Es 2 1 105MPa 1 材料容许应力 MpaMPaMPa MpaMPaMpaMn MPaMPaMPaQ w w w 125210 220 45 120200 21016 85140 145235 钢 钢 钢 容许材料应力提高系数 1 3 1 3 21 3 2 挂篮构造挂篮构造 挂篮为菱形挂篮 菱形主桁片由 2 32b 普通热轧槽钢组成的箱形截面杆件 构成 前横梁由 2I40a 普通热轧工字钢组成 底篮前 后横梁由 2 40b 普通热 轧槽钢组成 底篮纵梁为 I28b 普通热轧工字钢 吊杆采用 Q345 材料钢吊带 1 3 31 3 3 挂篮计算设计荷载及组合挂篮计算设计荷载及组合 1 悬臂浇筑砼结构最大重量1300 KN 2 人群及机具荷载取2 5 KPa 3 超载系数取 k1 1 2 4 新浇砼动力系数取 k2 1 4 5 挂篮行走时的冲击系数取 k3 1 1 6 抗倾覆稳定系数2 0 1 3 41 3 4 挂篮主要构件重量挂篮主要构件重量 1 主桁重 F1 5262 2 10524 kg 2 底模重 F2 12303 2 6152 kg 3 前下横梁 F3 1773 kg 4 后下横梁 F4 1535 kg 5 外侧模重 F5 16798 2 8399 kg 6 内模重 F6 4000 kg 7 前上横梁 F7 2151 kg 2 8 外模滑梁 F8 1100 2 2200 kg 1 3 41 3 4 梁段截面分区梁段截面分区 充分考虑挂篮的安全性 根据半桥结构立面图分析 以 2 块混凝土砼截面 为参考截面得出混凝土混合截面 并以此为研究对象 以 3 米为浇注计算长度 为便于计算 将梁段截面分为如下几个区 见图 1 1 图 1 1 梁段截面分区示意图 从上图可以分别计算以上几区的近似载荷 1区载荷 m1 1 135 3 2 5 8 512 t 2区载荷 m2 3 82 3 2 5 28 65 t 3区载荷 m3 2 24 3 2 5 16 8 t 4区载荷 m4 2 87 3 2 5 21 525 t 一节混凝土全重 m5 2 m1 2 m2 m3 m4 112 65 t 下部模板重量 m6 F2 F3 F4 F5 F6 F8 24 059 t 作业人员及施工载荷 取 4 t 在设计计算时按与混凝土方量成正比折算在混凝土重量中 则每平方混凝 土的计算量 24 059 4 112 65 0 245 则偏于安全考虑取施工荷载系数 K1 1 0 245 1 245 1 25 1 3 2 4 2 1 3 第第 2 部分部分 底模结构计算底模结构计算 2 12 1 面板计算面板计算 2 1 12 1 1 计算简图计算简图 由混凝土梁段分区可知 2 梁段下部混凝土对底模面板的压力最大 其值 为 Fm4 rcH 24 4 5 113 28 KN m2 取单格面板 300mm 500mm 作为计算单元 则单位宽板承受的荷载为 q 113 28 0 3 33 98 KN m 偏于安全考虑 不考虑横向肋板对面板的加强作用 将面板受力状况简化 为以竖肋 8 为支点的简支梁 其简化受力分析示意图见图 2 1 图 2 1 面板简化受力分析示意图 2 1 22 1 2 面板截面参数面板截面参数 1 面板的截面抗弯系数为 W b h2 6 0 5 0 006 0 006 6 3 cm3 2 面板的截面抗弯惯性矩为 Ix b h3 12 0 5 0 006 0 006 0 006 12 0 9 cm4 6 4 2 1 32 1 3 面板的最大应力及最大变形面板的最大应力及最大变形 1 面板所以受的最大弯矩值为 Mmax qL2 8 33 98 0 3 0 3 8 382 3 N m 面板所受最大弯曲应力为 max Mmax W 382 3 3 127 4 MPa 面板在该载荷下所产生的最大变形量为 Ymax 5 q L4 384E I 5 33980 0 34 384 207 109 0 9 10 8 0 0019 m 由图 2 2 有 面板与背肋组成的组合截面的 见图 2 2 形心为 5 A1y1 0 6 30 0 3 10 248 8 0 6 93 533 mm3 A 0 6 30 10 248 28 248 y1 93 533 28 248 3 3 cm y2 8 6 3 3 5 3 cm 组合截面形心 I 30 0 6 12 30 0 6 3 3 0 3 101 10 248 5 3 4 280 86 cm4 2 强度验算 W 上 I y1 280 86 3 3 85 11 cm3 W 下 I y2 280 86 5 3 52 99 cm3 根据连续梁在均布荷载作用下的简图可以计算出各控制面上弯矩而求得 Mmax 查得 Mmax 发生在支座 B 处 可得 肋 8 及面板的线载荷为 q 113 28 0 3 33 974 KN m 339 74 N cm Mmax 0 125qL 0 125 339 74 32 43486 72 N cm max Mmax W下 43486 72 52 99 820 66 N cm 8 2MPa 挠度验算 max 5 qL4 384EI 6 5 339 74 504 384 2 06 107 280 86 0 047cm L 500 1500 500 3mm 可由此得 面板刚度满足要求 2 32 3 底模纵梁强度检算底模纵梁强度检算 2 3 12 3 1 构造构造 底板纵梁选用I28b b 工字钢 其截面特性为 Wx 7 26 105mm3 I x 11 62 107mm4 以 2 块混凝土底模班 纵梁为研究对象 有效作用范围最大为 0 3 m 底 板纵梁载荷状况见表 2 1 底板纵梁荷载见图 2 3 表2 1 底板纵梁荷载分析表 工况 1 块浇筑 1 底板砼压力 混凝土腹板下部 KN m2113 28 2 底板砼设计载荷 0 3米作用范围 KN m 113 28 0 3 33 98 3 施工荷载 KN m2 5 0 3 0 75 4 底模自重 KN m1 2 0 3 0 36 5 纵梁自重 KN m0 48 6 荷载取值 纵梁间距0 5 m KN m 33 98 1 2 0 75 1 4 0 36 0 48 42 67 L 5400 d 500 c 3000 1900 q 42 67KN m 工28b b 3400 A 后支点 B 前支点 a 2000 图 2 3 底模纵梁受力分析示意图 2 3 22 3 2 强度分析强度分析 由上图载荷可知 7 RA q c b L 42 67 3000 2000 5400 1000 47 41 KN RB q c a L 42 67 3000 3400 5400 1000 80 6 KN M q c a d c b 2L L 42 67 3000 2000 500 3000 3400 2 5400 5400 68480 KN mm 6 848 107 N m 底板纵梁所受最大弯曲应力为 Mmax Wx 6 848 107 5 34 105 128 23MPa 145MPa 2 3 32 3 3 刚度分析刚度分析 当X d c b L 1611mm 时 X为梁截面距支点A的距离 梁挠度最大为 mm bc dx L x x L cb L EI qcb f5 7 4 4 4 24 4322 max 42670 3 3 4 4 5 4 4 3 42 32 5 4 1 611 4 1 6113 5 4 1 611 0 5 4 3 3 4 24 2 07 1011 7 48 10 5 0 011797m 混凝土浇筑时侧压力的标准值 由式 Fc 0 22 rc to 1 2 取 rc 25 KN m to 6 h 1 1 2 2 1 4 m h 浇筑速度 有 Fc 0 22 25 6 1 2 1 2 79 2 KN 由式 Fc rcH 24 4 5 113 28KN 按规范取 Fc 79 2 KN 2 倾倒混凝土时产生的水平荷载标准值取 2 KN 根据 铁路桥涵施工规 范 TB10203 2002 的有关规定 各类荷载相应的分项系数和调整系数 取值如 下 恒载分项系数取 1 2 活载分项系数取 1 4 9 折减调整系数取 0 85 3 则混凝土浇筑的侧压力设计值为 79 2 1 2 0 85 80 78 KN 4 倾倒混凝土时产生的水平荷载设计值为 2 1 4 0 85 2 38 KN 5 总荷载设计值为 F0 80 78 2 38 83 16 KN 3 33 3 侧模面板强度验算侧模面板强度验算 由于侧模面板与底模为同种材料 侧模 6 3 小肋与底模 8 小肋间隔均为 300mm 布置 所以单独以面板为研究对象进行分析 底模面板要较侧模面板受 力要大 为此侧模面板显然无须单独进行强度核算 其强度及刚度均满足要求 3 43 4 侧模横向小肋侧模横向小肋 6 3 6 3 计算计算 3 4 13 4 1 结构特点结构特点 6 3 的截面面积 A 8 451 cm2 截面抗弯惯性矩 Ix 50 8 cm4 截面抗击弯系数 W 16 1 cm3 面板与背肋组成的组合截面 见图 3 1 10 图 3 1 侧模肋及面板结构示意图 组合截面形心计算 A1y1 0 6 30 0 3 8 451 6 3 0 6 76 112 cm3 A 0 6 30 8 451 26 451 y1 76 112 26 451 2 877 cm y2 6 9 2 877 4 023 cm 组合截面形心 I 30 0 6 12 30 0 6 2 88 0 3 50 8 8 451 4 023 3 15 177 51 cm4 3 4 23 4 2 载荷分析载荷分析 6 3 与面板组合梁受力分析可以看作为以相邻两竖向桁架为支点的简支梁 其简化载荷分析示意图见图 3 2 6 3与 6板组合梁 q 24 95KN m 11 图 3 2 侧模肋及面板简化分析示意图 3 4 33 4 3 强度验算强度验算 W上 I y1 177 51 2 877 85 1161 7 cm3 W下 I y2 177 51 4 023 44 12 cm3 根据连续梁在均布荷载作用下的简图可以计算出各控制面上弯矩而求得 Mmax 查得 Mmax 发生在支座 B 处 可得肋 6 3 及面板的线载荷为 q 83 16 0 3 24 95 KN m 249 5 N cm Mmax 0 125qL 0 125 249 5 100 311875 N cm max Mmax W下 311875 44 12 7068 79 N cm 70 68 MPa 145 MPa 可由此得 组合肋强度满足要求 3 4 43 4 4 挠度验算挠度验算 max 5 qL4 384EI 12 5 249 5 1004 384 2 06 107 177 51 0 089cm L 500 1500 500 3mm 可由此得 组合肋刚度满足要求 第第 4 4 部分部分 挂篮各横梁结构分析挂篮各横梁结构分析 4 14 1 前下横梁结构分析前下横梁结构分析 前下横梁由 2 根 40b 组成 承担底板 肋板及部分翼板的荷载 从机 13 械设计手册可查出 A 83 068 2 166 14 cm2 I 18600 2 37200 cm4 根据施工图及挂篮前底梁吊点分布的位置可简化为以下的受力模式 图 4 1 图 4 1 前下横梁简化结构分析示意图 由挂篮结构示意图及挂篮主要结构重量 可得出以下数据 q1 k1 m2 2 L1 1 25 334 25 2 1 208 9 KN m q2 k1 m4 2 L2 1 25 251 3 2 3 2 49 08 KN m 前下横梁支反力 F1 q1 0 56 0 28 1 4 23 397 KN F2 q2 1 6 q1 0 44 q1 0 56 1 12 1 4 264 04 KN 经过软件分析 前下横梁结构分析程序见附录 A 前下横梁的变形图见图 4 2 应力图见图 4 3 弯矩图见图 4 4 剪力图见图 4 5 9000 2 10001600 q1 q2 9000 2 20401400 10001600 q1 q2 40b F1F2F1F2 20401400 前下横梁 14 图 4 2 前下横梁变形图 由上图可以看出 前下横梁最大变形量为 0 69mm L 400 9000 400 22 5mm 图 4 3 前下横梁顶面应力图 由上图可以看出 前下横梁顶面最大应力为 38 2MPa 145MPa 图 4 4 前下横梁弯矩图 由上图可以看出 前下横梁所受最大弯矩为 70999N m 弯曲应力为 70999 0 001864 38 1MPa 145MPa 由于轴力为 0 梁结构上下对称 最大应力 顶面应力 顶面应力 弯曲应力 图 4 5 前下横梁剪力图 15 由上图可以看出 前下横梁最大剪力为 170448N 最大剪应力为 170448 0 016614 10 26MPa 85MPa beam3 梁无等效应力输出项 综合上述分析结果 前下横梁最大变形量为 0 69mm 最大应力为 38 2MPa 最大剪应力为 10 26MPa 前下横梁设计符合要求 4 24 2 后下横梁结构分析后下横梁结构分析 后下横梁由 2 根 40b 工字钢组成 承担底板 肋板及部分翼板的荷载 根据施工图及挂篮后底梁吊点分布的位置可简化为以下的受力模式 图 4 6 图 4 6 后下横梁简化结构分析示意图 后下横梁支反力 F1 q1 1 1 1 q2 0 6 0 3 2 44 97 79 KN F2 q2 1 q1 1 q2 0 6 f1 189 64 KN 经过软件分析 后下横梁结构分析程序见附录 B 后下横梁的变形图见图 4 7 应力图见图 4 8 弯矩图见图 4 9 剪力图见图 4 10 9000 2 10002440 10001600 q1 q2 9000 2 10002440 10001600 q1 q2 40b F1F2F1F2 后下横梁 16 图 4 7 后下横梁变形图 由上图可以看出 后下横梁最大变形量为 0 475mm L 400 9000 400 22 5mm 图 4 8 后下横梁顶面应力图 由上图可以看出 后下横梁顶面最大应力为 53 1MPa 145MPa 17 图 4 9 后下横梁弯矩图 由上图可以看出 前下横梁所受最大弯矩为 98673N m 弯曲应力为 98673 0 001864 52 936MPa 145MPa 由于轴力为 0 梁结构上下对称 最大应 力 顶面应力 顶面应力 弯曲应力 图 4 10 后下横梁剪力图 由分析结果可以看出 后下横梁最大剪力为 180996 最大剪应力为 180996 0 016614 10 89 MPa 85 MPa 综合上述分析结果 后下横梁设计符合要求 18 4 34 3 前上横梁结构分析前上横梁结构分析 前上横梁由 2 根 I40b 工字钢组成 从机械设计手册可查出 A 94 1 2 188 2 cm2 I 22800 2 45600 cm4 根据施工图及挂篮前上横梁吊点分布的位置可简化为以下的受力模式 图 4 11 图 4 11 前上横梁简化结构分析示意图 由前下横梁中分析可知 f1 23 397 KN f2 264 04 KN 侧模及内模手拉葫芦吊点力的大小分别为 f3 k1 m1 F5 F8 2 1 25 85 13 83 99 2 22 0 2 2 79 70 KN f4 k1 m3 F6 2 2 1 25 215 25 40 4 77 27 KN 可得主桁架前支点受力大小 F 2 f1 f2 f3 f4 2 23 397 264 4 79 7 77 27 444 77 KN 经过软件分析 前上横梁结构分析程序见附录 C 前上横梁的变形图见图 4 12 应力图见图 4 13 弯矩图见图 4 14 剪力图见图 4 15 F3F2F1F4F3F2F1F4 2工40b 19 图 4 12 前上横梁变形图 由上图可以看出 前上横梁最大变形量为 13 3mm L 400 9000 400 22 5mm 图 4 13 前上横梁顶面应力图 由上图可以看出 前上横梁顶面最大应力为 135MPa 145MPa 20 图 4 14 前上横梁弯矩图 由上图可以看出 前上横梁所受最大弯矩为 78789N m 弯曲应力为 78789 0 00228 34 557MPa 145MPa 由于轴力为 0 梁结构上下对称 最大应 力 顶面应力 顶面应力 弯曲应力 图 4 15 前上横梁剪力图 由上图可以看出 前上横梁最大剪力为 341310 最大剪应力为 341310 0 01882 18 14 MPa 85 MPa 综合上述分析结果 前上横梁设计符合要求 21 4 44 4 外模滑梁外模滑梁结构分析结构分析 浇注混凝土时 外模滑梁受力为 1 区域混凝土重量加外模重量 根据前面 分析 1 区域混凝土重 m1 85 13KN 模板产重为 42KN 则外模滑梁受总力 F 85 13 1 1 42 136KN 作用力通过外模桁架 分 4 个点作用在滑梁上 4 个集中力大小都为 F 外模滑梁由两根 32b 槽钢组焊而成 图 4 16 5500 120010009508001550 FFFF 图 4 16 外模滑梁简化分析示意图 所以 F 136 4 34KN 支反力 F支 4F 2 2F 68KN 采用通用有限元分析软件 ANSYS10 0 对外模滑梁进行结构分析 杆件简 化为双 32b 截面 简支结构 左节点施加 X Y 位移约束 右节点施加 y 向约 束 参数为 A 54 913 2 109 826cm2 izz 8140 2 16280 cm4 W 509 2 1018 cm3 h 32cm shearz 0 3 材料参数为 Q235b 材质 抗拉强度为 145MPa 抗弯强度为 140MPa 抗剪 强度为 85MPa 模型单元选用 beam3 梁单元 为可承受拉 压 弯作用的单轴 单元 详细的外模滑梁结构分析程序命令流见附件 D 经过软件分析 外模滑横梁的变形图见图 4 17 应力图见图 4 18 弯矩 图见图 4 19 剪力图见图 4 20 22 图 4 17 外模滑横梁变形图 由上图可以看出 外模滑梁最大变形量为 11 479mm L 250 5500 250 22mm 图 4 18 外模滑横梁应力图 由上图可以看出 外模滑梁顶面所受最大应力为 123MPa 145MPa 23 图 4 19 外模滑横梁弯矩图 由上图可以看出 外模滑梁所受最大弯矩为 125336N m 弯曲应力为 125336 0 001018 123 12MPa 145MPa 由于轴力为 0 梁结构上下对称 梁最 大应力 梁顶面应力 梁底面应力 梁弯曲应力 图 4 20 外模滑横梁剪力图 由上图可以看出 外模滑梁所受最大剪力为 71091 最大剪应力为 71091 0 0109826 6 47306 MPa 85 MPa 综合上述分析结果 外模滑梁设计符合要求 24 4 54 5 内模滑梁内模滑梁结构分析结构分析 浇注混凝土时 内模滑梁受力为 3 区域混凝土重量加内模重量 根据前面 分析 3 区域混凝土重 168KN 内模重 42KN 则内模滑梁受力 F 168 1 1 42 227KN 作用力通过内模骨架 分 5 个点作用在滑梁上 5 个 集中力大小都为 F 内模滑梁由两根 32b 槽钢组焊而成 共有两根 图 4 17 5300 1250 FFFFF 700 700 700 7001250 图 4 21 内模滑梁简化分析示意图 所以 F 227 5 2 22 7KN 支反力 F支 5F 2 2F 45 4KN 采用通用有限元分析软件 ANSYS10 0 对内模滑梁进行结构分析 杆件简 化为双 32b 截面 简支结构 左节点施加 X Y 位移约束 右节点施加 y 向约 束 参数为 A 49 902 2 99 804cm2 izz 6500 2 13000 cm4 W 509 2 1018 cm3 h 32cm shearz 0 3 材料参数为 Q235b 材质 抗拉强度为 145MPa 抗弯强度为 140MPa 抗剪 强度为 85MPa 模型单元选用 beam3 梁单元 为可承受拉 压 弯作用的单轴 单元 详细的外模滑梁结构分析程序命令流见附件 E 经过软件分析 内模滑梁的变形图见图 4 22 应力图见图 4 23 弯矩图 见图 4 24 剪力图见图 4 25 25 图 4 22 内模滑梁变形图 由上图可以看出 内模滑梁最大变形量为 8 606mm L 250 6000 250 24mm 图 4 22 内模滑梁顶部应力图 由上图可以看出 内模滑梁顶面所受最大应力为 101MPa 145MPa 26 图 4 24 内模滑梁弯矩图 由上图可以看出 内模滑梁所受最大弯矩为 102717N m 弯曲应力为 102717 0 001018 100 901MPa 145MPa 由于轴力为 0 梁结构上下对称 最大 应力 梁顶面应力 梁底面应力 弯曲应力 图 4 24 内模滑梁剪力图 由上图可以看出 内模滑梁所受最大剪力为 56750 最大剪应力为 56750 0 0109826 5 167 MPa 85 MPa 综合上述分析结果 内模滑梁设计满足要求 27 4 64 6 内模支架内模支架结构分析结构分析 浇注混凝土时 内模支架受力为 3 区域混凝土重量加内模模板重量 根 据前面分析 3 区域混凝土重 168KN 内模模板重 23KN 则单个内模支架受力 F 168 1 1 23 5 41 6KN 内模支架受载荷形式为均布 则均布载荷 q 41 6 2 4 17 4KN m 支架为两端固结 方便计算简化为简支模型 支架为 双 14 组焊而成 结构模型如下 2400 q 图 4 25 内模支架简化分析示意图 则支架受弯矩 M QL2 8 12 53 KN m 弯曲应力 M W 12530 80 5 2 10 6 77 83MPa 145 MPa 挠度验算 由公式 W 5qL4 384EI 5 17 4 103 2 44 384 200 109 564 2 10 8 3 3mm 1 400 6 28 第第 5 5 部分部分 主桁架结构分析主桁架结构分析 5 15 1 构造构造 主桁架为菱形桁架 所有杆件均为 32b 主桁结构简化受力分析示意图如下 5400 4700 5789 3380 6371 32b 32b 32b 32b 32b F D C B A 图 5 1 主桁架简化结构分析示意图 5 25 2 载荷分析载荷分析 在进行混凝土浇注时 桁架所受的载荷最大 其载荷包括 混凝土砼重 模板重 施工载荷重量 人 工具 机器 右前上横梁计算得出桁架受力 F 值为 F 2 f1 f2 f3 f4 2 23 397 264 4 79 7 77 27 444 77 KN 29 5 35 3 建模建模 采用通用有限元分析软件 ANSYS10 0 对主桁架进行结构分析 杆件简化 为双 32b 截面 菱形桁架结构 A 节点施加全约束 C 节点施加 y 向约束 参 数为 A 54 913 2 109 83cm2 izz 8140 2 16280 cm4 h 32cm shearz 0 3 材料参数为 Q235b 材质 抗拉强度为 145MPa 抗弯强度为 140MPa 抗剪 强度为 85MPa 模型单元选用 beam3 梁单元 为可承受拉 压 弯作用的单轴单元 详细的主桁架结构分析程序见附件 F 建模 模型如图 5 2 约束 载荷见图 5 3 图 5 2 主桁模型图 图 5 3 主桁约束 载荷图 30 5 45 4 分析 结果提取分析 结果提取 经 ANSYS 软件对主桁架分析计算后 各杆件位移图见图 5 4 轴力图见图 5 5 应力图见图 5 6 弯矩图见图 5 7 剪力图见图 5 8 图 5 4 主桁受力后各杆件位移图 由上图可看出 主桁最大变形出现在 D 节点处 变形量 l 15 457mm 图 5 5 主桁受力后各杆轴力图 31 图 5 6 主桁受力后各杆应力图 由上图可以看出 结构最大轴力出现在 BD 杆 轴力为 859350 轴应力为 78 2MPa 145Pa 图 5 7 主桁受力后各杆弯矩图 由上图可以看出 结构最大弯矩出现在 B 处 弯矩为 31 299KN m 弯曲 应力为 31299 0 001018 30 75MPa 145MPa 32 图 5 8 主桁受力后各杆剪力图 由上图可以看出 结构最大剪力出现在 AB 杆处 剪力为 9989n 剪应力为 9989 0 010982 0 91MPa 85MPa 图 5 9 主桁受力后各杆等效应力图 分析结果可知 主桁架在浇注混凝土时前端最大下沉量为 15 457mm 结构 最大轴应力 78 2 MPa 最大弯曲应力 30 75 MPa 最大剪应力 0 91 MPa 安全 系数 1 79 取各项中最小值 33 第第 6 部分部分 混凝土强度 挂篮抗倾翻 钢吊带及主桁连接销检算混凝土强度 挂篮抗倾翻 钢吊带及主桁连接销检算 6 16 1 主桁后锚点混凝土强度计算主桁后锚点混凝土强度计算 54004100 3380 3502 250 后锚位置 前支点 前吊点位置 图 6 1 主桁简图 新浇混凝土时候总载荷为 2176 8KN 整个载荷由两部分承受 一个是挂 篮主桁 另外一个是后下横梁 所以 新浇混凝土时主桁架所受载荷为 F F1 F2 F3 F4 1560 100 367 34 149 45 2 2 544 2KN 载荷分析见主桁部分 设顶后锚总受载荷为 P 则有 5 4 544 2 4 1 0 35 0 25 P 得出 P 625 5KN 后锚由 6 根 32 精轧螺纹钢锚固 通过预埋作用与翼板下混凝土上 每 根精轧螺纹钢与混凝土连接位置加设 20 200 200 垫板 考虑受力不均 按照 4 根来计算 单根精轧螺纹钢所受载荷为 625 5 4 156 4KN 则同过垫板作用与混凝土的均布载荷为 梁体为 C50 混凝土 34 Q P A 156400 200 200 3 14 0 05 0 05 4 86N mm2 32 4 mm2 查混凝土施工规范 表 6 1 混凝土强度标准值 N mm2 混 凝 土 强 度 等 级 强 度 种 类 C15C20C25C30C35C40C45C50C55C60C65C70C75C80 fc k 10 013 416 720 123 426 829 632 435 538 541 544 547 450 2 ft k 1 271 541 782 012 202 392 512 642 742 852 932 993 053 11 可以得出后锚点预埋处混凝土强度满足设计要求 计算后下横梁锚点 后下横梁锚点有 2 个 同过 32 精轧螺纹钢把待浇块混凝土重量和模板 等载荷传递到预埋处混凝土上 后下横梁锚点垫板为 20 220 220 施工时候混凝土总载荷为 2176 8KN 偏于安全计算 把混凝土载荷和挂篮载荷等分到前下横梁和后下横梁上 则后下横梁 2 个锚点单个所受载荷为 P 2176 8 2 2 544 2KN 则后下横梁锚固点混凝土所受均布载荷为 梁体为 C50 混凝土 Q P A 544200 220 220 3 14 0 05 0 05 13 4N mm2 32 4 mm2 查上表表 6 1 可得后下横梁锚固点混凝土强度满足设计要求 35 6 26 2 挂篮浇注时后锚抗倾覆计算挂篮浇注时后锚抗倾覆计算 54004100 3380 3502 250 后锚位置 滑船位置 前吊点位置 图 6 2 挂篮抗倾覆模型分析示意图 每榀主桁后锚共有 3 组共 6 根 PS830 32 精轧螺纹钢筋 考虑受力不均 按照 2 组 4 根 作用点在中间锚点来计算抗倾覆系数 单根 PS830 级 32 精 轧螺纹钢所受最大拉力为 F 3 14 0 016 0 016 1080 868KN 抗倾覆系数 K 抗倾覆力矩 倾覆力矩 抗倾覆力矩 4F 4 7 4 7 868 16318 KN M 单榀主桁通过前吊点受载荷为 544 2KN 倾覆力矩 544 2 5 42 2939 KN M 所以挂篮浇注混凝土时抗倾覆系数 K 抗倾覆力矩 倾覆力矩 16318 2939 5 6 36 6 36 3 挂篮行走时轨道的抗倾覆计算挂篮行走时轨道的抗倾覆计算 54004100 3380 3502 250 后锚位置 滑船位置 前吊点位置 400 400800800800400500 图 6 3 轨道抗倾倾模型分析示意图 因为轨道设计的锚固方式为采用竖向预应力筋锚固 所以 轨道可以在任 何有竖向预应力筋的地方锚固 计算轨道锚固抗倾覆时候 只计算轨道锚固定 在最后一根竖向预应力筋的情况 挂篮行走时轨道锚固承受下部模板重量和一些施工辅助设施 这部分载荷 为 400KN 轨道设定锚固 6 个点 锚固用 PS830 级 25 精轧螺纹钢 有效截面 面积为 A 3 14 0 01252 0 000491 则 25 精轧螺纹钢所受最大拉力为 F 0 000491 1080 531KN 抗倾覆系数 K 抗倾覆力矩 倾覆力矩 抗倾覆力矩 F 0 5 1 3 2 1 2 9 3 3 3 7 13 8 531 7327 8 KN M 倾覆力矩 200 5 4 1080 KN M 所以挂篮行走时轨道抗倾覆系数 K 抗倾覆力矩 倾覆力矩 7327 8 1080 6 79 37 表 6 2精轧螺纹钢材料性能表 规格材料级别屈服强度 抗拉强度 Mpa 大于或等 于 32 25PSB785 JL800785980 PSB8308301080 PSB9309301080 PSB108010801230 6 46 4 挂篮行走时小车的抗倾覆计算挂篮行走时小车的抗倾覆计算 54004100 3380 3502 250 后锚位置 滑船位置 前吊点位置 400 400800800800400500 图 6 4 挂篮行走时小车抗倾覆模型分析示意图 8 8 级 M22 高强螺栓承受最大拉力为 F 3 14 0 0095 0 0095 880 249KN 小车与主桁共有 8 个 8 8 级 M22 高强螺栓 则 抗倾覆力矩 8 249 4 1 8167 KN M 倾覆力矩 200 5 4 1080 KN M 所以挂篮行走时小车抗倾覆系 K 抗倾覆力矩 倾覆力矩 8167 1080 7 56 38 6 56 5 计算前上横梁吊带伸长量计算前上横梁吊带伸长量 新浇混凝土时主桁架所受载荷为 1088 4KN 由 4 根 Q345 材料吊带传递 则单根吊带载荷为 P 1088 4 4 272 1KN 吊带分为上吊带 36 150 3000 和中吊带双层 25 150 2500 中间 50 销孔 和下吊带 36 150 5500 三部分 由胡克定律 L PL EA 分别计算三部分吊带的拉伸长度 上吊带伸长量 L 272100 3 0 036 0 15 200 109 0 00075 米 0 75 毫米 中吊带伸长量 L 272100 3 0 025 0 15 0 05 2 200 109 0 00041 米 0 41 毫米 下吊带伸长量 L 272100 5 5 0 036 0 15 200 109 0 0014 米 1 4 毫米 吊带总伸长量 0 75 0 41 1 4 2 56 毫米 6 66 6 主桁连接销计算主桁连接销计算 通过前面主桁计算可知 前斜杆受压力最大 为 1026KN 则此杆上连 接销为最危险 所以只需要计算此位置连接销即可 主桁连接销为 76 材料 为 40Cr 计算其剪切应力 大小 F A 39 单个销子受双 32b 剪切 所以单个剪切位置 F 1026 2 513KN 所以 513000 3 14 0 038 0 038 113 1MPa 180 MPa 吊带连接销计算 由前面吊带计算可得吊带受力为 272 1KN 吊带销为 50 材料为 40Cr 计算其剪切应力 大小 F A 272100 2 3 14 0 025 0 025 69 3 MPa 180MPa 挂篮各主要部件计算结果表 序 号 部件应力大小 MPa许用应力 Mpa扰度 mm 1 底模纵梁 128 2314511 8 2 前下横梁 38 21450 7 3 后下横梁 53 11450 5 4 前上横梁 13514513 3 5 外模滑梁 12314511 48 6 内模滑梁 1011458 61 7 内模支架 77 831453 3 主桁最大轴应力 78 2145 主桁最大弯曲应力 30 75145 主桁最大剪应力 0 9185 主桁整体下沉量 15 457 8 主桁安全系数1 79 取各项最小值 9 主桁后锚混凝土 4 86N mm232 4N mm2 10 后下横梁锚点混凝土 13 4N mm232 4N mm2 11 浇注时主桁抗倾覆系数 5 6 12 行走时轨道抗倾覆系数 6 79 13 行走时小车抗倾覆系数 7 56 14 吊带总伸长量 2 56 15 主桁连接销 113 1180 16 吊带连接销 69 3180 17 挂篮总体下沉量 15 457 2 56 18mm 40 附件附件 A 前下横梁结构分析命令流前下横梁结构分析命令流 filname qianxiahengliang 文件名 title qxhl 标题 UNITS SI 设定单位 第一部分 前处理 建模 划分网格 PREP7 定义节点 n 1 0 n 6 1 06 fill 1 6 n 11 1 9 fill 6 11 n 16 2 46 fill 11 16 n 21 2 9 fill 16 21 n 26 6 1 fill 21 26 n 31 6 54 fill 26 31 n 36 7 1 fill 31 36 n 41 7 94 fill 36 41 n 46 9 fill 41 46 et 1 beam3 定义元素类别 mp ex 1 2 07e11 mp prxy 1 0 3 mp dens 1 7850 定义材料属性 r 1 1 6614e 2 3 72e 4 0 4 40b 截面属性 定义单元 e 1 2 egen 45 1 1 1 eshape 1 显示单元形状 Eplot finish 第二部分 加载及求解 solu Antype 0 结构计算模式 D 6 uy 0 限制节点 6 的 y 向位移 D 16 uX 0 UY 限制节点 16 的 x y 向位移 D 31 uX 0 UY 限制节点 31 的 x y 向位移 D 41 uy 0 限制节点 41 的 y 向位移 sFbeam 11 1 pres 208910 208910 sFbeam 12 1 pres 208910 208910 sFbeam 13 1 pres 208910 208910 sFbeam 14 1 pres 208910 208910 sFbeam 15 1 pres 208910 208910 sFbeam 16 1 pres 208910 208910 sFbeam 17 1 pres 208910 208910 sFbeam 18 1 pres 208910 208910 sFbeam 19 1 pres 208910 208910 sFbeam 20 1 pres 208910 208910 41 sFbeam 21 1 pres 49080 49080 sFbeam 22 1 pres 49080 49080 sFbeam 23 1 pres 49080 49080 sFbeam 24 1 pres 49080 49080 sFbeam 25 1 pres 49080 49080 sFbeam 26 1 pres 208910 208910 sFbeam 27 1 pres 208910 208910 sFbeam 28 1 pres 208910 208910 sFbeam 29 1 pres 208910 208910 sFbeam 30 1 pres 208910 208910 sFbeam 31 1 pres 208910 208910 sFbeam 32 1 pres 208910 208910 sFbeam 33 1 pres 208910 208910 sFbeam 34 1 pres 208910 208910 sFbeam 35 1 pres 208910 208910 Solve finish 第三部分 获取分析结果 Post1 PLDISP 显示节点位移 Etable mforce smisc 1 建立单元轴力表 Etable sbyt ls 2 建立单元梁顶面应力表 轴向应力为 0 由于结构上下对称 只需要求梁顶点处应力即可 Etable imoment smisc 6 建立单元 i 点弯矩表 Etable jmoment smisc 12 建立单元 j 点弯矩表 Etable ishear smisc 2 建立单元 i 点剪力表 Etable jshear smisc 8 建立单元 j 点剪力表 Plls sbyt sbyt 1 绘制单元顶面应力图 Plls imoment jmoment 绘制单元弯矩图 Plls ishear jshear 1 绘制单元剪力图 Finish 附件附件 B 后下横梁结构分析命令流后下横梁结构分析命令流 filname houxiahengliang 文件名 42 title hxhl 标题 UNITS SI 设定单位 第一部分 前处理 建模 划分网格 PREP7 定义节点 n 1 0 n 6 1 06 fill 1 6 n 11 1 9 fill 6 11 n 16 2 9 fill 11 16 n 21 3 5 fill 16 21 n 26 4 5 fill 21 26 n 31 5 5 fill 26 31 n 36 6 1 fill 31 36 n 41 7 1 fill 36 41 n 46 7 94 fill 41 46 n 51 9 fill 46 51 定义梁 et 1 beam3 定义元素类别 mp ex 1 2 07e11 mp prxy 1 0 3 mp dens 1 7850 定义材料属性 r 1 1 6614e 2 3 72e 4 0 4 40b 截面属性 定义单元 e 1 2 egen 50 1 1 1 eshape 1 显示单元形状 Eplot finish 第二部分 加载及求解 solu Antype 0 结构计算模式 D 6 uy 0 限制节点 6 的 y 向位移 D 21 all 0 限制节点 21 的所有自由度 D 31 all 0 限制节点 31 的所有自由度 D 46 uy 0 限制节点 46 的 y 向位移 sFbeam 11 1 pres 208910 208910 sFbeam 12 1 pres 208910 208910 sFbeam 13 1 pres 208910 208910 sFbeam 14 1 pres 208910 208910 sFbeam 15 1 pres 208910 208910 sFbeam 16 1 pres 49080 49080 sFbeam 17 1 pres 49080 49080 sFbeam