32+48+32m挂篮计算.doc

第1章 设计计算说明1.1 设计依据1、连续梁施工图；2、公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000；3、钢结构设计规范GBJ17-88；4、路桥施工计算手册；5、桥梁工程、结构力学、材料力学；6、机械设计手册；7、铁路桥梁钢结构设计规范；1.2 工程概况本主桥为连续箱梁，主桥桥跨组成为32+48+32m的单箱单室连续梁。箱梁顶宽12m，翼缘板长2.65m，支点处梁高4.05m，跨中梁高3.05m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板厚80cm（支点）48cm，底板厚度为80（支点）40cm，顶板厚度40 cm。箱梁0#块梁段长度为6m，合拢段长度为1.5m,边跨直线段长度为8m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为2#块，其重量为107.28t，计算时取为110t。该特大桥箱梁悬臂浇注段采用菱形挂篮施工。 1.3 挂篮设计1.3.1 主要技术参数、砼自重GC26kN/m3；、钢弹性模量Es2.1105MPa；、材料强度设计值：Q235钢 =140Mp，w=145Mp，=85MpQ345钢 =200N/mm2，w=210Mp，=120 N/mm21.3.2 挂篮构造挂篮为菱形挂篮，菱形桁片由228a#普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成，前横梁由双36a#普通热轧工字钢组成，底篮前托梁由2I36a#普通热轧槽钢组成，底篮后托梁由2I36a#普通热轧槽钢组成，底篮腹板下纵梁为工28b#普通热轧工字钢，吊杆采用32精轧螺纹钢。主桁系统重11.17t、前横梁2.8t、底托系统11.4t、侧模及底模重11.8t、内模系统重3.0t、端模重0.5t（估算），吊杆及吊具重8.0t（估算），整个挂篮系统重48.67t，挂篮自重与最大结块比值为0.347：1。1.3.3 挂篮计算设计荷载及组合 、荷载系数混凝土浇筑时超灌系数：1.05；挂篮空载行走时的冲击系数1.05；浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0。、作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取1#块计算。1#块段长度为3.45m，按110t计算载荷；施工机具及人群荷载：2.5kN/m2；挂篮自重：39t；、荷载组合荷载组合：混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合：挂篮自重+冲击附加荷载；荷载组合用于主桁承重系统强度和稳定性计算，荷载组合用于挂篮系统行走算。1.3.4 内力符号规定轴力：拉力为正，压力为负；应力：拉应力为正，压应力为负；其它内力规定同结构力学的规定22第二章 挂篮底篮及吊杆计算2.1 腹板下纵梁的计算取1#块计算，1#块梁段长度为3.45m，施工机具及人群荷载2.5MPa。混凝土超灌系数为1.05。 经计算，混凝土重量与钢筋重量之和可按混凝土比重自重GC26kN/m3 近似。梁段两端高度分别为3.361m和3.603m，加强纵梁间腹板宽0.6m（每边由4片纵梁承担）。腹板处混凝土线荷载为： 为便于计算，除侧模外，模板重量按1kN/m2计，模板荷载为：人群及机具荷载为：倾倒和振捣混凝土产生的荷载；加强纵梁上的均布荷载为：每根加强纵梁上的均布荷载为：底纵梁的受力及计算模型如图2-1所示 图2-1支点反力分别为RA= RB =15.953.475（0.4195+3.475x0.5）/4.314=27.65kN最大弯矩腹板处纵梁选用28a#工字钢，截面特性参数为： 弯曲应力： f=145Mp ,满足要求。根据上述模型计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为：4314/3968=1.087cm，满足整体变形要求。由以上计算可知，腹板下纵梁应力强度和变形条件均满足要求。2.2 底板下纵梁的计算 计算普通纵梁强度取2#块计算，2#块梁段长度为3.45m，底板荷载由5根普通纵梁承受。底板混凝土荷载： 模板重量按1kN/m2计，模板荷载为：人群及机具荷载：倾倒和振捣混凝土产生的荷载：普通纵梁上的均布荷载为：每根普通纵梁上的均布荷载为：计算模型如图2-2所示：支点反力分别为RA= RB =21.433.475（0.4195+3.475x0.5）/4.314=37.15kN最大弯矩图2-2底板处纵梁选用28b#工字钢，截面特性参数为： 弯曲应力： f=145Mp ,满足要求。根据上述模型计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为：4314/3968=1.087cm，满足整体变形要求。由以上计算可知，底板下纵梁应力强度和变形条件均满足要求。2.2 1#块段重量作用下各横梁计算2.2.1底模前托梁荷载：由普通纵梁的计算可知，支座反力RA=27.65KN , RA=37.15KN，。对于前托梁：图2-3前托梁计算简图图2-4前托梁弯矩图(单位:kNm)图2-5前托梁剪力图(单位:kN)前托梁采用2I36a普通热轧槽钢， 截面形式如图2-7所示，图2-6两个36a#表面焊接-10mm 盖板组焊成箱形结构，查表知36a#槽钢组成的箱形结构截面特性参数为：弯曲应力： ，满足要求。单元4中心位移值满足要求。最大剪应力：,满足要求。设前托梁所有荷载只由腹板两侧吊杆承担，则每根吊带受力为：，吊杆用双32mm精轧螺纹钢筋。验算吊杆强度 ，满足要求；2.2.3前横梁P1= 5.686260.53.451.050.50.5=66.94KNP2= 188.3KNP3=13.5KNP4= P5= 2.65261.050.4533.450.50.5=28.27KNP6=13.773100.50.5=29.61KN初选材料：2工36a 表面覆-10mm 通长盖板。查表可知截面参数：A0=20215.0221mm2 Ix=482306094.8594mm4 Wx=2593043.5207mm3图2-10弯矩及支点反力由力学求解器计算得见图2-11 图2-11前横梁弯矩图(单位:kNm)图2-12前横梁剪力图(单位:kN)145Mp最大剪应力：,满足要求。图2-13前横梁位移图(单位:cm)根据公路桥涵施工技术规范允许最大变形量为20mm。由力学求解器计算解得，杆端的纵向位移值v=4mm20mm，满足要求。第三章 挂篮主桁架计算取1#块计算，1#块梁段长度为2.7m，重量为136.882t，按140吨计算结构受力。施工机具及人群荷载2.5kN/,混凝土超灌系数1.05。 1浇筑1号块时受力计算 混凝土重量+超载：前吊点近似承担混凝土荷载的，即： =14700.5=578kN 挂篮荷载：前横梁重2.286x10=22.86KN ；前吊点承担底篮、侧模、内模、端模、操作平台的0.5荷载：P1=33.647100.5=144.68 kN 前吊点承担人群和机具荷载的43%，P2=2.52.7120.5=34.83kN 倾倒和振捣混凝土荷载的43%，P3=42.7120.5=55.73kN单片主桁前吊点荷载主桁架受力简图如下图所示：25mm的精轧螺纹钢筋抗拉强度为298KN，采用9根钢筋后锚，F=298x9=2682KN，设后锚力为Q，则：468x4.4=Qx4.4解得：Q=468KN 2682KN 安全系数S=2682/468=5.732挂篮空载行走时受力计算 行走受力计算挂篮空载前移时，只靠反扣轮及配重平衡其倾覆力，每个反扣轮的极限承载力为70KN。挂篮的底模系、侧模、内模、端模、吊带系统以及操作平台等总重33.647吨，故作用于主构架前吊点的荷载为：P1=33.64750%=16.82t，挂篮前进时冲击荷载系数取1.3，单个前吊点荷载为：P=16.82101.3/2=110kN主桁结构计算简图如下图所示， 设反扣力为Q，则：125x4.44=Qx4.44解得：Q=110KN每片桁架后有两对反扣轮，则每个轮子承载的压力为：110/4=27.5KN2.0，符合要求。 反扣轮轮压的局部影响及计算行走轨道为225b槽钢上焊有-12mm盖板及-4mm厚不锈钢板，下焊有-10mm盖板，且两槽钢之间有横向加强筋，集中轮压P在腹板上边缘引起的局部挤压力悬臂梁计算：最大弯矩 M=Px=27.50.08=2.2KNm弯曲应力 ，满足要求。3. 杆件内力计算3.1 杆件稳定性计算主桁各杆件均由普通热轧228b槽钢组成图3-2所示的截面形状，截面特性如下：主桁构件截面示意图 计算简图 轴力图AC和CD杆件均受拉，AC的内力较大，故应力为： (满足要求)BC和BD杆件均为受压杆件，杆件长度分别为3.3m和5.305m，且BD号杆件的轴压力大于BC号杆件，故在此只验算BD号杆件的压杆稳定性，其轴力为784.55KN。BD杆件的惯性半径为： 查表并用插入法查得由稳定条件可知：，故BD杆稳定性满足要求。3.2 变形量计算根据公路桥涵施工技术规范允许最大变形量为20mm。按1.2倍荷载进行预压，则主构架前端受力为：P=1.2450KN=540KN由力学求解器计算解得，CD杆D 端的纵向位移值v=9mm20mm，由于各杆件均为铰接，其杆端位移值均在杆件的弹性形变范围内。吊杆的形变量在做挂篮的混凝土荷载实验时，应记录相关数据，作为浇注各混凝土时的位移提前量的依据，每次浇注时，应将吊杆的形变量计算在千斤顶所调节吊杆高度数值以内，由此抵消吊杆因受拉变形而引起的杆端位移值变化。3.3 主构架销轴计算销轴采用40Cr,其许用剪应力=234,销轴直径采用D=79mm1.销轴抗剪强度验算:=106.75MPMP 满足要求。2.抗弯强度计算：按简支梁计算 ，所以满足要求。3.销孔拉板的计算销孔的直径是D=80mm，P=784.55/2=392.28KN，解得：=25mm由于是两边同时承受力，所以一边销孔拉板厚度是13mm，安全系数不小于2.0,每边销孔拉板的厚度设为36mm，因此20mm厚节点板外焊接-16mm厚补强板，槽钢壁厚不小于拉板厚度，因此腹板处焊接-10mm方形补强板和-16mm厚圆形补强板。4侧面吊架的计算 侧面吊架上弦杆由120*120*6方管，下弦杆由220槽钢，腹杆由120*60*6方管组焊而成。侧面吊架在挂篮行走时主要承受后托梁及相应的模板的重量。荷载为P=33.647101.3/4=110KN，侧面吊架与主构架之间是采用销轴连接。计算简图如下：a 下弦杆计算弯应力 ，满足要求。剪应力 ，满足要求。验算下弦杆的压杆稳定性，其轴力为P=206.42KN，下弦杆的惯性半径为：，长细比查表并用插入法查得由稳定条件可知：，稳定性满足要求。 弯矩图 剪力图b 腹杆计算c 上弦杆计算经验算符合要求。 轴力图d 位移计算 位移计算图由力学求解器计算得纵向最大位移值为4.5mm3675/400=9.18mm,所以满足要求。e 销轴强度计算抗剪强度计算：销轴采用40Cr,其许用剪应力=234,销轴直径采用D=39mm，满足受力要求。抗弯强度计算：按简支梁计算 ，所以满足要求。f 销孔拉板的计算 销孔壁承压应力验算 销孔的直径是D=40mm，P=206.42/2=103.21KN解得：=11mm由于是两边同时承受力，所以一边销孔拉板厚度是6mm，安全系数不小于2.0，每边销孔拉板厚度设为16mm，槽钢壁厚不小于拉板厚度，故腹板焊接10mm厚补强板。5挂篮倒退时前横梁的受力计算挂篮倒退时，前横梁前横梁各承担底托系统、外侧模及提吊系统的荷载的12.5%，冲击荷载系数取1.05，P=32101.0512.5%=42KN 受力简图弯矩图剪力图弯曲应力： ，满足要求。最大剪应力：,满足要求。倒退时，前横梁杆端位移值最大值为18.7mm20mm，符合要求。6、挂篮倒退时前、后托梁的受力计算冲击荷载系数取1.05底模模板荷载=1.81kN/m调节支撑位置各承担侧模重量的12.5%，G2=10t1012.5%1.05=13.125kN/m底纵梁荷载=1.39kN/m受力计算简图弯矩图剪力图位移计算采用232a前、后托梁采用232a，表面覆-10mm通长盖板，杆件的截面性质如下：荷载条件不变，则弯曲应力： ，满足要求。最大剪应力：,满足要求。最大变形在单元2处，杆件型变量（mm）坐标系：x方向0.00000 Y方向0.024757、 行走轨道锚固间距为1000mm时计算挂篮行走时，冲击荷载取1.05，每侧轨道承担的荷载为：P=32101.0525%=84KN行走轨道采用225b，轨道锚固钢筋采用25mm精扎螺纹钢筋。轨道截面性质：计算简图弯矩图剪力图弯曲应力： ，满足要求。最大剪应力：,满足要求。支座反力为R=42KN验算轨道锚固钢筋强度 ，满足要求。8、主构架节点板焊缝强度计算焊缝剪应力按下式计算：P节点板焊缝所受力；a一般取0.7