某桥挂篮(改造)计算书第一版

K28 790 00K28 790 00 普古沟大桥普古沟大桥 悬臂施工箱梁 改造 悬臂施工箱梁 改造 挂篮计算书挂篮计算书 2014 12 21 一 工程简介一 工程简介 本桥主跨为本桥主跨为 90 160 90 m 90 160 90 m 预应力混凝土连续刚构桥 箱梁为单箱单室断面 预应力混凝土连续刚构桥 箱梁为单箱单室断面 箱梁顶面宽度为箱梁顶面宽度为 9m9m 底面宽度 底面宽度 6m6m 箱梁根部高 箱梁根部高 10m10m 跨中梁高 跨中梁高 3 5m3 5m 分段长 分段长 度分别为度分别为 3m3m 3 5m3 5m 4 5m4 5m 三种 梁段最大阶块重量为三种 梁段最大阶块重量为 182 6182 6 吨 吨 1 1 段 段 挂篮构造 挂篮由菱形桁架 底模平台 走行系统 锚固系统 模板系统挂篮构造 挂篮由菱形桁架 底模平台 走行系统 锚固系统 模板系统 及吊挂调整系统等组成 及吊挂调整系统等组成 挂篮设计构思 挂篮悬浇施工时 混凝土 钢筋 模板等载荷通过吊挂系挂篮设计构思 挂篮悬浇施工时 混凝土 钢筋 模板等载荷通过吊挂系 统 吊挂于菱形主桁架前端的上横梁和锚固系统 锚固于后一节段梁体的底板统 吊挂于菱形主桁架前端的上横梁和锚固系统 锚固于后一节段梁体的底板 上 挂篮菱形桁架支承于后节段主梁的腹板上 主桁架尾部通过后锚固系统锚上 挂篮菱形桁架支承于后节段主梁的腹板上 主桁架尾部通过后锚固系统锚 固于主梁顶板以平衡混凝土 模板等产生的倾覆力矩 固于主梁顶板以平衡混凝土 模板等产生的倾覆力矩 挂篮行走时 尾端通过反扣装置倒扣于轨道梁上 轨道梁通过预埋竖向精挂篮行走时 尾端通过反扣装置倒扣于轨道梁上 轨道梁通过预埋竖向精 轧螺纹钢筋与梁体锚固 以平衡挂篮走行时由挂篮自重及走行荷载产生的倾覆轧螺纹钢筋与梁体锚固 以平衡挂篮走行时由挂篮自重及走行荷载产生的倾覆 力矩 本挂篮系统与模板系统一起走行 力矩 本挂篮系统与模板系统一起走行 二 设计依据二 设计依据 1 1 箱梁施工图箱梁施工图 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 PDFPDF版 版 2 2 公路桥涵施工技术规范公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 JTJ041 2000 3 3 建筑施工手册建筑施工手册 第三版 第一册 第四册 第三版 第一册 第四册 4 4 路桥施工计算手册路桥施工计算手册 机械设计手册机械设计手册 5 5 建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范 GB50009 2012GB50009 2012 6 6 铁路桥梁钢结构设计规范铁路桥梁钢结构设计规范 所用工具如下所用工具如下 AutoCADAutoCAD 2012 soildworks2012 soildworks 2012 SMSolver2012 SMSolver V2 0 sectionV2 0 section钢结构钢结构 SMP Midas SMP Midas GenGen v6 3 2v6 3 2 三 设计说明三 设计说明 1 1 挂篮模板按 挂篮模板按1 1 21 21 节段设计 并可用于节段设计 并可用于2 20 2 20 现浇段施工 满足其它现浇段施工 满足其它 节段要求 选择最不利节段进行设计和验算即节段要求 选择最不利节段进行设计和验算即1 1 段 段 2 2 主桁 由菱形桁架 前上横梁 后上横梁和抗风稳定系统组成 菱形 主桁 由菱形桁架 前上横梁 后上横梁和抗风稳定系统组成 菱形 桁架是挂篮的主要承重结构 由槽钢和缀板焊成格构式构件 采用栓接的方式桁架是挂篮的主要承重结构 由槽钢和缀板焊成格构式构件 采用栓接的方式 连接 前上横梁采用双连接 前上横梁采用双45 b45 b工字钢 后上横梁采用桁架形式 与主菱形架销轴工字钢 后上横梁采用桁架形式 与主菱形架销轴 联接 联接 3 3 底模 由前下横梁 后下横梁 纵梁和底模板组成 前下横梁和后下 底模 由前下横梁 后下横梁 纵梁和底模板组成 前下横梁和后下 横梁均采用双横梁均采用双45 b45 b工字钢 纵梁采用单工字钢 纵梁采用单25 b25 b工字钢 吊杆采用工字钢 吊杆采用PSB830PSB830 D32D32精轧精轧 螺纹钢 螺纹钢 4 4 走行系统 由后勾板 走行油缸和前支座等组成 松开后锚固 后勾 走行系统 由后勾板 走行油缸和前支座等组成 松开后锚固 后勾 板反扣在轨道上缘 前支座通过高强螺栓固定在主桁架上 前支座下部限位在板反扣在轨道上缘 前支座通过高强螺栓固定在主桁架上 前支座下部限位在 轨道上 走行油缸推动挂篮整体移动 挂篮的倾覆力由后勾板传到轨道来平衡 轨道上 走行油缸推动挂篮整体移动 挂篮的倾覆力由后勾板传到轨道来平衡 设计抗倾覆系数设计抗倾覆系数 2 0 2 0 内模落于内部滑梁上 用手动葫芦牵引就位 内模落于内部滑梁上 用手动葫芦牵引就位 5 5 后锚系统 由后锚固扁担梁 锚杆等组成 设计抗倾覆系数 后锚系统 由后锚固扁担梁 锚杆等组成 设计抗倾覆系数 2 0 2 0 6 6 菱形挂篮其主桁架与底模横梁通过 菱形挂篮其主桁架与底模横梁通过D32D32精轧螺纹吊挂连接 传力明确 精轧螺纹吊挂连接 传力明确 故计算时针对其各部件进行 主要有 主桁架 底模纵梁 前上横梁 前下横故计算时针对其各部件进行 主要有 主桁架 底模纵梁 前上横梁 前下横 梁 后下横梁 走行状态 锚固系统 走行系统 吊挂系统 梁 后下横梁 走行状态 锚固系统 走行系统 吊挂系统 7 7 计算工况 计算工况 工况一 挂篮悬浇混凝土 按最大节块重 工况一 挂篮悬浇混凝土 按最大节块重 工况二 挂篮走行 主要考虑挂篮自重 风力及允许不同步产生的影工况二 挂篮走行 主要考虑挂篮自重 风力及允许不同步产生的影 响 响 8 8 根据不同工况进行荷载组合计算 根据不同工况进行荷载组合计算 荷载组合荷载组合 混凝土重量 动力附加荷载 挂篮自重 施工人员和施工混凝土重量 动力附加荷载 挂篮自重 施工人员和施工 机具重机具重 荷载组合荷载组合 混凝土重量 挂篮自重 混凝土偏载 施工人员和施工 混凝土重量 挂篮自重 混凝土偏载 施工人员和施工 机具重机具重 荷载组合荷载组合 混凝土重量 挂篮自重 风载 混凝土重量 挂篮自重 风载 荷载组合荷载组合 混凝土重量 挂篮自重 施工人员和施工机具重 混凝土重量 挂篮自重 施工人员和施工机具重 荷载组合荷载组合 挂篮自重 风载 运动不同步荷载 挂篮自重 风载 运动不同步荷载 荷载组合荷载组合 用于菱形桁架强度和稳定性计算 荷载组合用于菱形桁架强度和稳定性计算 荷载组合 用于刚用于刚 度验算度验算 荷载组合荷载组合 用于挂篮走行验算 用于挂篮走行验算 四 挂篮计算参数四 挂篮计算参数 1 1 施工行走时的抗倾覆安全系数 施工行走时的抗倾覆安全系数 2 2 锚固系统的安全系数锚固系统的安全系数 2 2 2 2 箱梁荷载 最重节块 箱梁荷载 最重节块 1 1 块 重量为块 重量为182 6t182 6t 取 取1826KN1826KN 3 3 施工人员及材料等施工荷载 施工人员及材料等施工荷载 2 5Kpa2 5Kpa 9 3 2 5 67 5KN9 3 2 5 67 5KN 4 4 挂篮自重 挂篮自重 39 439 4吨吨 取取394KN394KN 侧 内 底模板自重 侧 内 底模板自重 16 316 3吨吨 7 5 7 5吨吨 3 2 3 2吨吨 27 27吨 取吨 取270KN270KN 5 5 挂篮锚固精轧螺纹钢筋和吊挂用精轧螺纹钢筋均采用 挂篮锚固精轧螺纹钢筋和吊挂用精轧螺纹钢筋均采用 级钢筋 销轴级钢筋 销轴 全部用全部用 40Cr 45 40Cr 45 钢 主要受力连接均用高强螺栓 钢 主要受力连接均用高强螺栓 PSB830PSB830 精轧螺纹钢材料分精轧螺纹钢材料分 项系数项系数 C 1 20 C 1 20 即即 1030 1 2 858Mpa 1030 1 2 858Mpa 6 6 砼自重 砼自重GCGC 26 5kN m326 5kN m3 钢弹性模量 钢弹性模量EsEs 2 1 105MPa2 1 105MPa 材料强度设计值 材料强度设计值 Q235Q235钢钢 w 145Mp w 145Mp 85Mpa 85Mpa Q345Q345 钢钢 210Mp 210Mp 146Mpa 146Mpa 7 7 挂篮结构设计简图 挂篮结构设计简图 56004760 3600 5600 3600 6657 3600 4760 5968 9281 9708 10000 740 2655 11540 2 11540 2 202919312800 2 6000 9000 1185 1220 3000 500 10000 12000 9281 9708 3500 9 9 其它各分部重量取值 合计值 其它各分部重量取值 合计值 侧模板 16 3t 内模板 7 5t 底模板 3 2t 纵 梁 4t 前后下横梁自重 6 4t 内外滑梁 4 2t 内模支架 2 5t 五 计算五 计算 1 1 主桁荷载 主桁荷载 强度计算时 取全部载荷的和为计算值 根据菱形桁架的受力分析 每个菱形架及底板锚固承受总荷载的二分之一 即 根据建筑结构荷载规范 GB50009 2012之规定 荷载组合 为 P 1 2X 1826 441 1 4X67 5 2x1 16 1618KN 侧模内模底模自重 纵梁 前后下横梁 内模支架 内外滑梁 441KN 底板受力作用长度3米则 Q P L 1618 3 540KN m 540N mm 2 2 主桁受力简图 主桁受力简图 5600 3600 6657 4760 5968 3 3 主桁受力分析与计算 主桁受力分析与计算 杆端内力值 乘子 1 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 909098 202 0 00000000 0 00000000 909098 202 0 00000000 0 00000000 2 687553 262 0 00000000 0 00000000 687553 262 0 00000000 0 00000000 3 909098 202 0 00000000 0 00000000 909098 202 0 00000000 0 00000000 4 1080743 53 0 00000000 0 00000000 1080743 53 0 00000000 0 00000000 5 1139819 73 0 00000000 0 00000000 1139819 73 0 00000000 0 00000000 6 584420 272 0 00000000 0 00000000 584420 272 0 00000000 0 00000000 7 148220 939 1041456 03 0 00000000 82345 7365 578589 867 0 00000000 反力计算 约束反力值 乘子 1 结点约束反力 合力 支 座 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩 1 0 00000000 687553 262 0 00000000 687553 262 90 0000000 0 00000000 2 0 00000019 1271973 53 0 00000000 1271973 53 90 0000000 0 00000000 6 0 56596016 1051950 62 0 00000000 1051950 62 90 0000308 0 00000000 通过受力分析计算得 各主桁杆件受力为 N1 909KN N2 688KN N3 909KN N4 1081KN N5 1140KN Fmax 1081KN N4 Fmax 1140KN N5 由上面分析可知 N4 1081KN 为桁架杆件中所受最大压力 N5 1140KN 为桁架杆件中所受最大拉力 4 主桁架强度校核 主桁架杆件截面为 36 b 槽钢双拼结构 材质为 Q235B 槽钢截面性质 见下 所受应力 Nmax A 1140 1000 6811 2 83 7N mm2 f 215 N mm2 注 根据 钢结构设计规范 查得 Q235 在厚度小于等于 16mm 时的抗拉强度设计值 取用 215 Mpa 为保守取值 所以主桁架杆件强度满足要求 所以主桁架杆件强度满足要求 杆件 6 为吊带 PSB830 精轧螺纹钢 1030 1 2 858MPa 根据输出表格查得 所受轴力为 584 4KN 所受应力为 N A 584 4 1000 804 2mm2 6 2 242 2N mm2 858Mpa 安全系数 858 242 2 3 5 所以前横梁吊带设计强度满足要求 所以前横梁吊带设计强度满足要求 5 5 压杆稳定性校核 压杆稳定性校核 受压杆件中杆件 4 最长 反受轴力最大 故只对杆件 4 进行稳定验 算 340 360 1010 360 388 1414 根据 钢结构设计规范 可知压杆在两个方向均为 b 类构件 回转半径 i 112Abh 12 3 388360 12 3 388360 xx l i 1 6657 112 59 4 150 折减系数 0 757 虚轴方向换算 ox 59 6 1502 2 lx 其截面正应力 Pmax A 1081000N 0 757 6811mm2 2 104 8N mm21376KN 所以每肢桁架采用 4 个 D32 精轧螺纹钢锚固 挂篮整体倾覆满足要求 挂篮整体倾覆满足要求 安全系数安全系数 4 04 0 7 7 走行反扣力验算 走行反扣力验算 走行时 挂篮主要受力为挂篮自重及模板重 还有不同步荷载 冲击荷 载等 G 1 2X441 1 4X67 5 624 单片主桁架承受力 624 2 2 156KN 注 走行时底板自重由前吊点和中横梁两个吊点共同承受 此时计算假定桁架是个刚体 根据力矩平衡原理 得到如下 所需后锚固力 F 156 5600 4760 183 5KN 走行抗倾覆系数取 2 则锚固力应不小于 183 5X2 367KN 后勾板本身为刚体 与主菱形架连接采用 12 枚 M24 8 8 级高强螺栓 螺栓 杆的抗拉强度不小于 800MPa Qmax 12A 367000 353 螺杆应力面积 12 86 6N mm2 800Mpa 所以走行所需的反扣力满足要求 所以走行所需的反扣力满足要求 8 8 主桁架连接用销轴强度验算 主桁架连接用销轴强度验算 销轴为 40Cr40Cr 直径 100mm 剪切许用应力 300Mpa 因为直径偏大 故取 300 而不是 400 300 1 732 173 2 Mpa 所以 剪切应力 Qmax 2A 1140000 2 502 3 14 72 6N mm2 173 2Mpa 主桁架连接用销轴强度满足使用 主桁架连接用销轴强度满足使用 9 9 底板纵梁强度验算 底板纵梁强度验算 1 腹板下纵梁 底板纵梁长度 5 7 米 吊点长度 用料为截面为 25 b 工字钢 材质为 Q235B 腹板下纵梁按 1 梁段计算 1 梁段节段长 3m 两端截面高度分别 为 9 7m 和 9 3m 箱梁腹板厚 0 75m 腹板每侧荷载由 4 根底纵梁承担 纵 梁间距为 0 22m 强度验算 腹板处混凝土线荷载为 mkNq 4 23305 12 126 32 375 0 3 97 9 1 倾倒和振捣混凝土产生的荷载 mkNq 15 3 4 175 0 32 1 块每根腹板下纵梁的荷载为 mkN qq q 2 59 4 6 236 4 21 Mmax 0 125 q L2 0 125 59 2 1000 5700 57002 42180000N mm 25 b 工字钢截面特性如下 42180000 423000 99 72N mm2 215MPa 强度满足要求强度满足要求 挠度验算 5 24 0 252 Q L4 384 E I 3 5 59200 5700 57004 384 2 06 105x52777495 最大惯 性矩 2 4 6mm 挠度挠度满足要求满足要求 腹板下纵梁腹板下纵梁满足使用满足使用 2 底板下纵梁 底板纵梁长度 5 7 米 吊点长度 用料为截面为 25 b 工字钢 材质为 Q235B 腹板下纵梁按 1 梁段计算 1 梁段节段长 3m 两端截面高度分别 为 1 2m 和 0 93m 箱梁底板宽 4 5m 底板荷载由 7 根底纵梁承担 纵梁间 距为 0 6m 强度验算 底板处混凝土线荷载为 mkNq 21605 1 2 126 32 35 4 8 093 0 2 1 1 倾倒和振捣混凝土产生的荷载 mkNq 9 184 15 432 1 块每根底板下纵梁的荷载为 mkN qq q 6 33 7 9 234 7 21 Mmax 0 125 q L2 0 125 33 6x1000 5700 57002 23940000N mm 23940000 419750 57N mm2 215MPa 强度满足要求强度满足要求 挠度验算 5 24 0 252 Q L4 384 E I 3 5 33 6x1000 5700 57004 384 2 06 105x52777495 最 大惯性矩 2 2 6mm 底板纵梁满足要求 底板纵梁满足要求 注 底纵梁与底板前后横梁装配时需对下图中红圈部位进行加固 否则以上计算无效 9 9 后下横梁的验算 后下横梁的验算 工作状态 底板前后横梁用料一致为 45 b 工字钢双拼结构 材质为 Q235B 设置 6 个吊点 依据图纸建模如下 F1 F2 F3 F2 F1 翼板处混凝土线荷载为 q1 A 0 5 x3 3x26x1 2 x1 05 16 4KN m 模板重量按 1 5kN m2 计 模板荷载为 mkNLq 7 22 1 5 1 5 1 2 人群及机具荷载为 mkNLq 3 54 1 5 1 5 2 3 倾倒和振捣混凝土产生的荷载 mkNLq 4 84 1 5 1 4 4 F1 q 翼板 16 4 2 7 5 3 8 4 x0 642 21 1KN m F2 q 腹板 x 0 6 236 6KN m x0 642 151 9KN m F3 q 底板 x 0 6 234 9KN m x0 642 150 8KN m 后下横梁承受总重的 64 2 30005002100 后下横梁自重 G 3 2N mm SmsolverSmsolver 力学分析软件报表如下 力学分析软件报表如下 内力计算 杆端内力值 乘子 1 杆端 1 杆端 2 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩 1 0 00000000 15097 0500 0 00000000 0 00000000 15097 0500 0 00000000 2 0 00000000 154102 550 0 00000001 0 00000000 154102 550 0 00000001 3 0 00000000 211120 000 0 00000004 0 00000000 211120 000 0 00000004 4 0 00000000 154102 550 0 00000001 0 00000000 154102 550 0 00000001 5 0 00000000 15097 0500 0 00000000 0 00000000 15097 0500 0 00000000 反力计算 约束反力值 乘子 1 结点约束反力 合力 支 座 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩 1 0 00000000 15097 0500 0 00000000 15097 0500 90 0000000 0 00000000 6 0 00000000 15097 0500 0 00000000 15097 0500 90 0000000 0 00000000 2 0 00000000 169199 600 0 00000001 169199 600 90 0000000 0 00000001 3 0 00000000 365222 550 0 00000004 365222 550 90 0000000 0 00000004 4 0 00000000 365222 550 0 00000005 365222 550 90 0000000 0 00000005 5 0 00000000 169199 600 0 00000001 169199 600 90 0000000 0 00000001 得到最大弯矩为 147784000N mm2 45 b 工字钢截面特性如下 则 147784000 1500000 x2 49 3N mm2 215MPa 底板后横梁工作状态满足要求底板后横梁工作状态满足要求 底板横梁在挂篮空载行走状态只承受底模板 底板纵梁及横梁自重 采 用倒链吊挂 吊点设置在两端间距 10 22 米 自重为 44 6 2 22 3 223KN 考 虑人员机具 防护按 F 67 5KN 计算 粗略算集中载荷 最大弯矩 Mmax 0 125 F L 0 125x290 5x1000 x10220 371113750N m 371113750 1500000 x2 123 7N mm2 1370KN 安全系数为 3 02 后锚固精轧螺纹钢抗拉强度满足要求 后锚固精轧螺纹钢抗拉强度满足要求 11 位移计算 取消系数 重新建模 结构形式不变 载荷P 1826 441 67 5 2x1 16 1354KN 底板受力作用长度3米则 Q P L 1354 3 451KN m 451N mm 得到报表如下 杆端位移值 乘子 1 杆端 1 杆端 2 单元码 u 水平位移 v 竖直位移 转角 u 水平位移 v 竖直位移 转角 1 1 80868632 0 00000000 0 00000000 0 00000000 0 00000000 0 00000000 2 0 00000000 0 00000000 0 00170999 6 15595878 1 03455683 0 00170999 3 6 15595878 1 03455683 0 00310938 8 28382504 18 4471102 0 00310938 4 8 28382504 18 4471102 0 00300374 0 00000000 0 00000000 0 00300374 5 1 80868632 0 00000000 0 00057765 6 15595878 1 03455683 0 00057765 6 2 62541908 18 4471102