某挂篮结构设计分解

一 工程概况一 工程概况 二 二 设计设计概述概述 1 设设置参数 置参数 根据本桥荷载分部情况最大节段为 1 块 故挂篮设计按照 1 块进行设计 挂篮抗倾覆安全系数为 2 永久荷载为 1 2 可变荷载分项系数为 1 4 2 结结构描述构描述 采用三角挂篮结构形式 利用 挂篮进行改装使用 挂篮底模施工长度考 虑 4m 节段施工预留 端模板距离前吊带水平距离 0 9mm 实际施工会根据梁底 坡度缩短 挂篮后下横梁需要锚入前一个节段底板 考虑锚入点与新旧混凝土 截面水平距离 0 55m 实际施工会根据梁底坡度缩短 挂篮采用三个桁片的结构形式 分别作用于每个腹板宽度中点处 为了方便设计对挂篮各部分构建进行重量假设 底平台及芯模为 50t 上桁 架假设 50t 侧模板假设 20t 总计 120t 二 二 结结构构设计设计 1 底模 底模设计设计 根据混凝土荷载及挂篮底模自重进行挂篮设计 已知 1 块 1 1 断面混凝土 荷载 Q1 混凝土荷载 1 2 928KN m Q2 混凝土荷载 1 2 886KN m 挂篮芯模 底模自重线性荷载为 Q 低 110KN m 根据结构描述 挂篮底平台纵向尺寸为 5 45m 则挂篮底平台纵向受力如图 01 115 928886 5503500 单位 集中荷载 kN 集中弯矩 kN m 其他荷载 kN m 剪力包络图 01 2156 04 1645 21 单位 kN 弯矩包络图 01 3284 48 单位 kN m 根据受力分析 挂篮悬臂吊点受力为 1645 21KN 锚入已完混凝土吊点力 为 2156 04KN 挂篮底模平台纵梁最大剪力和为 2156 21KN 最大弯矩为 3285KN m 根据以上受力进行挂篮前吊带受力分析 已知 挂篮前吊带为 160 40mm 的 Q345 钢带 扣除吊带开孔 50mm 则吊带计算宽度为 110 40mm 根据钢结构规范计算得 f 265Mpa 则需要 n 个吊带 nAf 2 1645 21KN 则 n 2 8 即 3 根就满足要求 锚入已完混凝土吊点采用直径 32 精轧螺纹钢 已知精扎罗纹钢抗拉强度为 830Mpa 需要设 n 根精轧螺纹钢 nAf 2 2156 21KN 则 n 6 5 即 7 根满足要 求 挂篮底模平台纵梁 挂篮设计为窄翼缘 H 型钢 HN350 x175 2 窄翼缘 H 型钢 HN350 x175 2 钢材牌号 Q235 钢材强度折减系数 1 00 腹板厚度 tw 7 00 mm 毛截面面积 A 62 91cm2 截面惯性矩 Ix 12980 00cm4 半截面面积矩 Sx 420 42cm3 回转半径 ix 14 36cm iy 3 95cm 截面模量 Wx 741 70cm3 Wy 112 40cm3 截面模量折减系数 0 95 净截面模量 Wnx 704 62cm3 Wny 106 78cm3 f 215 00N mm2 fv 125 00N mm2 y y xx h B t2 r t1 进行结构断面计算 设需要 n 根 H 钢 则 f M NWn 2 3285 704 62 n 1000 215MPa 则 n 43 3 根 由 于布置过密 无法实现腹板处加密处理 故无法使用 考虑更换构建 假设设置 20 根 则反算 Wn 值确定选型 Wn 2 3285 215 20 1000 1528 cm3 选择贴近此类型号的 H 型钢 中翼缘 H 型钢 HM400 x300 钢材牌号 Q235 腹板厚度 tw 10 00 mm 毛截面面积 A 133 25cm2 截面惯性矩 Ix 37363 00cm4 半截面面积矩 Sx 1057 81cm3 回转半径 ix 16 75cm iy 7 35cm 截面模量折减系数 0 95 净截面模量 Wnx 1820 20cm3 Wny 456 19cm3 y y xx h B t2 r t1 窄翼缘 H 型钢 HN500 x200 1 钢材牌号 Q235 腹板厚度 tw 9 00 mm 毛截面面积 A 99 29cm2 截面惯性矩 Ix 39628 00cm4 半截面面积矩 Sx 917 83cm3 回转半径 ix 19 98cm iy 4 31cm 截面模量折减系数 0 95 净截面模量 Wnx 1518 10cm3 Wny 175 85cm3 y y xx h B t2 r t1 宽翼缘 H 型钢 HW350 x350 1 钢材牌号 Q235 腹板厚度 tw 13 00 mm 毛截面面积 A 133 27cm2 截面惯性矩 Ix 27352 00cm4 半截面面积矩 Sx 899 67cm3 回转半径 ix 14 33cm iy 8 39cm 截面模量折减系数 0 95 净截面模量 Wnx 1537 10cm3 Wny 507 30cm3 y y xx h B t2 r t1 热轧普通工字钢 I50a 钢材牌号 Q235 腹板厚度 tw 12 00 mm 毛截面面积 A 119 25cm2 截面惯性矩 Ix 46472 00cm4 半截面面积矩 Sx 1084 10cm3 回转半径 ix 19 74cm iy 3 07cm 截面模量折减系数 0 95 净截面模量 Wnx 1765 95cm3 Wny 134 90cm3 h b tw t r1 r 1 6 xx y y 热轧普通槽钢 40a 钢材牌号 Q235 腹板厚度 tw 10 50 mm 毛截面面积 A 75 04cm2 截面惯性矩 Ix 17577 70cm4 半截面面积矩 Sx 524 40cm3 回转半径 ix 15 30cm iy 2 81cm 截面模量折减系数 0 95 净截面模量 Wnx 834 95cm3 Wnymin 74 86cm3 h z0 b d t r r1 1 10 xx y y y1 y1 综上所述选择截面面积最小的 窄翼缘 H 型钢 HN500 x200 1 后下横梁后下横梁设计设计 后下横梁 后下横梁考考虑虑利用利用 挂挂篮篮后下托梁后下托梁设计设计 以 1 1 断面为 建 立计算模型如图 得出得出各部分杆件弯矩和剪力的比例关系 01234567 4 68 kN m16 22 kN m 2950 mm 16 22 kN m16 9 kN m16 9 kN m 180 65 kN m180 65 kN m181 kN m181 kN m 48 75 kN m48 75 kN m39 kN m39 kN m37 44 kN m 175 mm0 mm700 mm300 mm250 mm 37 44 kN m31 33 kN m31 44 kN m31 44 kN m38 48 kN m 950 mm2530 mm145 mm 38 48 kN m39 kN m39 kN m48 75 kN m48 75 kN m 183 4 kN m183 4 kN m184 kN m184 kN m 48 75 kN m48 75 kN m39 kN m39 kN m38 48 kN m 100 mm300 mm700 mm300 mm100 mm 38 48 kN m31 33 kN m31 33 kN m31 33 kN m37 44 kN m 1100 mm1580 mm950 mm 37 44 kN m39 kN m39 kN m48 75 kN m48 75 kN m 186 kN m186 kN m186 5 kN m186 5 kN m 16 9 kN m16 9 kN m16 22 kN m 250 mm300 mm700 mm175 mm 16 22 kN m4 68 kN m 2950 mm 剪力包络图 01234567 36 99 kN 111 19 kN 71 44 kN 70 37 kN 70 36 kN 97 08 kN 98 12 kN 73 85 kN 70 60 kN 73 42 kN 113 77 kN 36 99 kN 弯矩包络图 01234567 44 52 kN m 44 52 kN m 1 38 kN m 44 52 kN m 44 52 kN m 25 30 kN m 35 27 kN m 39 21 kN m 9 05 kN m 39 21 kN m 39 96 kN m 25 33 kN m 39 96 kN m 39 96 kN m 2 28 kN m 35 72 kN m 44 52 kN m 44 52 kN m 44 52 kN m 剪力剪力绝对值为竖绝对值为竖向支点力向支点力 竖竖向支点力之和向支点力之和 Nhxhl 挂篮底模平台纵梁最大剪力和为 2156 21KN 上节计算 2156 21 K1 n1 n2 n3 n4 n5 n6 K1 148 19 141 81 167 44 171 97 144 02 150 76 924 18 K1 得出 K1 2 333 则最大竖竖向支点力向支点力为 N4 K n4 171 97 2 333 401 2KN 单根 32 精扎罗纹锚 固力为 668 06KN 最大剪力满足要求 但不满足 2 倍安全系数 所以考虑在 两个箱室中心各增加 1 根精扎罗纹 则总体精扎罗纹为 8 根 修正上面计算 7 根的考虑 验算后下横梁断面为 窄翼缘 H 型钢 HN400 x200 2 钢材牌号 Q235 腹板厚度 tw 8 00 mm 毛截面面积 A 83 37cm2 截面惯性矩 Ix 22775 00cm4 半截面面积矩 Sx 642 98cm3 回转半径 ix 16 53cm iy 4 56cm 截面模量 Wx 1139 00cm3 Wy 173 50cm3 截面模量折减系数 0 95 净截面模量 Wnx 1082 05cm3 Wny 164 82cm3 f 215 00N mm2 fv 125 00N mm2 y y xx h B t2 r t1 则在混凝土浇筑过程中后下横梁最大弯矩 Mmax 44 52K 103 86KNm 最大剪 力 Nmax 228 912KN 经过计算均能满足要求 在挂篮走行过程中同 挂篮 满足要求 前下横梁前下横梁设计设计 考 考虑虑利用利用 挂挂篮篮后下托梁后下托梁设计设计 以 以 2 2 断面断面为计为计算模型 算模型 以以 2 2 断面断面为计为计算荷算荷载载 建立 建立计计算模型如算模型如图图 得出各部分杆件的弯矩和剪力关系 得出各部分杆件的弯矩和剪力关系 0123456789 4 6815 99 2895 15 9916 9 171 08171 44 47 0639 68 230 700 230 39 6837 4437 4429 6429 64 701200 787 29 6429 6437 18 789 1157 37 1837 4437 4447 06 173 81173 94 47 0637 4437 4437 18 40300 700 30040 37 1829 6429 64 1157 786 29 6429 6437 4437 4439 7 788 120070 39 747 06 176 57176 93 16 915 99 230 700 230 15 994 68 2895 单位 集中荷载 kN 集中弯矩 kN m 其他荷载 kN m 剪力包络图 0123456789 29 92 86 07 47 57 35 19 31 08 26 22 35 82 75 06 74 99 35 90 26 05 30 92 35 39 49 73 87 76 29 92 单位 kN 弯矩包络图 0123456789 35 41 35 41 3 73 35 41 35 41 7 05 10 22 10 22 2 37 9 23 16 05 17 83 16 05 16 07 2 40 16 07 16 07 6 95 9 16 10 51 4 28 10 51 35 41 35 41 35 41 单位 kN m 剪力剪力绝对值为竖绝对值为竖向支点力向支点力 竖竖向支点力和向支点力和 Nqxhl 挂篮悬臂吊点受力为 1645 21KN 上节计算 1645 21 K2 n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7 n8 737 59 K2 得出 K2 2 23 则最大竖竖向支点力向支点力为 N8 K2 n8 2 23 118 263KN 单根 32 精扎罗纹锚固力 为 668 06KN 满足要求 混凝土混凝土浇浇筑及走行状筑及走行状态态同后下横梁不再同后下横梁不再进进行行计计算 算 满满足要求 前上横梁足要求 前上横梁设计设计 断面大于前下横梁不再断面大于前下横梁不再进进行行计计算 算 满满足要求 足要求 2 桁架 桁架设计设计 根据挂篮受力形式为吊点力传递给上部桁片 三个桁片的距离为 5 275m 底模平台受力通过吊带传递给前上横梁 前上横梁传递给每个桁片 则可分析 三个桁片受力情况 由于底模平台对吊带总体产生 挂篮悬臂吊点受力为 1645 21KN 假设挂篮每个桁片受力为 1 块每个腹板处的支点反力 通过建立力学模型 得 01234 4 68 kN m16 9 kN m16 9 kN m 178 62 kN m178 62 kN m 3125 mm350 mm 178 62 kN m178 62 kN m 49 14 kN m49 14 kN m39 57 kN m39 57 kN m32 47 kN m32 47 kN m32 47 kN m39 57 kN m39 57 kN m49 14 kN m49 14 kN m 178 62 kN m178 62 kN m 350 mm0 mm300 mm1200 mm1620 mm 3 mm1197 mm300 mm350 mm 178 62 kN m178 62 kN m 49 14 kN m49 14 kN m39 57 kN m39 57 kN m32 47 kN m32 47 kN m32 47 kN m39 57 kN m39 57 kN m49 14 kN m49 14 kN m 178 62 kN m178 62 kN m 350 mm0 mm300 mm1200 mm1574 mm1200 mm300 mm1 mm350 mm 178 62 kN m178 62 kN m 16 9 kN m16 9 kN m4 68 kN m 350 mm0 mm3125 mm 剪力包络图 01234 96 24 kN 137 69 kN 145 06 kN 151 07 kN 138 14 kN 96 24 kN 弯矩包络图 01234 65 48 kN m 65 48 kN m 45 06 kN m 65 48 kN m 99 68 kN m 46 22 kN m 99 50 kN m 99 50 kN m 65 48 kN m 65 48 kN m 断面砼纵向每延米对下部结构的力 773 708KN 跨中支点最大竖向力 296 13KN 边支点最大竖向力 234 38KN 1 296 13 773 708 0 383 2 234 38 773 708 0 303 则中桁片受力为 0 383 1645 21 630KN 边桁片受力为 0 303 1645 21 498 5KN 设计边桁架需要 498 5KN 设计中桁架需要 630KN 根据最大桁架受力剪 力模型如图 得出 ad 弦杆受力为 1105 19KN ab 弦杆受力为 1020KN bd 杆受力为 801KN AC 立柱受力为 1390KN 分别验算对应构件 挂篮前后弦杆采用 20 160 Q345 钢制作 扣除开工 50mm 其计算抗拉强度 265Mpa 则 FL 160 265 20 2 1696KN 2 875KN 边桁片前后弦杆受力为中桁片受力的 0 79 倍 对应杆件受力为中桁片受力的 0 79 倍得出后弦杆受力为 1105 0 79 875KN 满足要求 但是由于成品弦杆前后梁开孔 断面削减 50mm 考虑补强该部分断面 考虑在成品弦杆贴开孔处贴 10mm 钢板 钢板强 度 Q345 则钢板尺寸为 225 通过计算的使用挂篮前吊带改装成前弦杆 前吊带为 40 160 扣除吊带 开孔则吊带则计算为 2 Fad 2040 与 2fA 2332KN 比较 受力与安全系数积略小 于截面拉力 则满足要求 使用前吊使用前吊带带改装前弦杆改装前弦杆 后吊带计算相同 使用原挂使用原挂 篮篮吊吊带带改装 改装 挂篮原中立柱为直径 203 壁厚 14mm 的无缝钢管无法满足本桥梁挂篮 要求 计划将其更换 更 更换为换为 挂挂篮篮底模淘汰的底模淘汰的窄翼缘窄翼缘 H 型钢型钢 HN350 x175 2 四拼 两两叠放 两组叠放 四拼 两两叠放 两组叠放 腹板方向同桥纵断方向 验算其压杆稳定 根据计算已经得出斜支撑受力为 N1a 1466 43KN 长度为 L 5 44m 为 2 力杆 HN350 x175 窄翼窄翼缘缘 H 型型钢组钢组合梁作合梁作为为斜向支撑 采用排斜向支撑 采用排 2 根根 H 型型钢组钢组 合 合 窄翼缘 H 型钢 N350 x175 2 毛截面面积 A 62 91cm2 净截面系数 0 90 净截面面积 An 56 62cm2 钢材牌号 Q235 y y xx h B t2 r t1 两主轴平面内约束信息 x 平面内y 平面内 构件长度l 4 3m 顶端约束铰接铰接 底端约束铰接铰接 示意图 计算长度系数 x 1 00 y 1 00 计算长度l0 x 4 3ml0y 4 3m 回转半径ix 17 5cmiy 8 75cm 强度决定的构件承载力 构件截面的最大厚度为 11 00mm f 215 00N mm2 N1 4 f An 4 4869kN 1 00 215 00 56 62 102 103 x 25 y 50 得稳定系数 为 0 953 为 l0 x ix l0y iy 由于桁架纵向受力为 x 轴取 N1 f A 4640kN N1 2Fc 2780KN N2 f A 4168kN 为中桁架在走行状态吊装底模系统受力 即立柱 y 轴受 力 验算验算 bd 下弦杆 下弦杆 取 cd 段为自由长度两端铰接考虑 验算 挂篮下弦杆 计算模型如下 窄翼缘 H 型钢 HN400 x200 2 毛截面面积 A 83 37cm2 净截面系数 0 90 净截面面积 An 75 03cm2 钢材牌号 Q235 y y xx h B t2 r t1 x 平面内y 平面内 构件长度l 5 47m 顶端约束铰接铰接 底端约束铰接铰接 示意图 计算长度系数 x 1 00 y 1 00 计算长度l0 x 5 47ml0y 5 47m 回转半径ix 16 53cmiy 4 56cm 受力状态 轴心受压 强度决定的构件承载力 f 215 00N mm2 N1 1 00 f An 1613 21kN 1 00 215 00 75 03 102 103 x 33 09 l0 x ix 5 47 102 16 53 y 119 96 l0y iy 5 47 102 4 56 得稳定系数 为 0 437 N2 1 00f A 1 00 215 00 0 437 83 37 102 10 3 783 33kN 局部稳定 翼缘板自由外伸宽度 b 与其厚度 t 之比 10 0 1 100 00 b t 96 00 13 00 7 38 10 0 1 235 fy 235 235 00 20 00 式中 两主轴方向长细比的较大值 当 100 时 取 100 翼缘稳定满足 腹板净高 h0与其厚度 tw之比 25 0 5 100 00 h0 tw 348 00 8 00 43 50 25 0 5 235 fy 235 235 00 75 00 两主轴方向长细比的较大值 当 100 时 取 100 腹板稳定满足 单个构件承载力为 783 33kN 取 2 支且结构断面加强 y 轴方向回转半径加大 变大 满足本桥要求挂篮要求 在挂篮改造过程中需要购置一部分窄翼缘在挂篮改造过程中需要购置一部分窄翼缘 H 型型 钢钢 HN400 x200 2 用于材料下弦杆加长改造 用于材料下弦杆加长改造 反吊精扎罗纹验算 单个桁片后锚力为反吊精扎罗纹验算 单个桁片后锚力为 Fb 760 3