移动模架主要结构设计书

中铁十三局集团第五工程有限公司 二OO八年一月 MSS1800型50m上行式移动模架主要结构设计计算 中泉路桥设备有限公司 武吉高速公路笔架山大桥50m上行式移动模架施工技术方案论证会 MSS1800型50m上行式移动模架主要结构设计计算 第二部分设计指标 第三部分移动模架造桥机设计荷载 第四部分移动模架造桥机倾覆稳定性检算 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 第六部分移动模架造桥机模架检算 第七部分吊杆设计计算 第一部分设计文件及参考文献 第八部分走行轮箱轮压计算 第九部分预埋件计算 第一部分设计规范及参考文献 起重机设计手册 中国铁道出版社 钢结构设计手册 第二版 中国建筑工业出版社 机械设计手册 第四版 预埋件设计手册 中国建筑工业出版社 1 钢结构容许应力 第二部分设计指标 2 结构验算安全系数 钢结构安全系梁 n 1 5抗倾覆稳定系梁 n 1 5 3 焊缝容许应力 贴角焊缝剪切容许应力 f 120MPa 第二部分设计指标 3 1竖向荷载3 1 1现浇混凝土荷载移动模架各施工节段混凝土方量及钢筋重量见下表 混凝土浇筑工况计算时按容重2 6t m3计算现浇钢筋混凝土自重 混凝土浇筑前工况按预应力及普通钢筋实际重量加载 表中L1表示跨内浇筑长度 L2表示悬臂浇筑长度 第三部分移动模架造桥机设计荷载 3 1 2移动模架自重荷载将以下结构重量视为均布荷载 1 3号主梁 双层 24盖板 q1 2 77t m2号主梁 双层 30盖板 q2 3 16t m4号主梁 单层 20盖板 q3 1 73t m1号导梁 q4 1 54t m2号导梁 q5 1 17t m施工临时荷载 q6 0 2t m 仅1 3号主梁范围内有 计12 4t 将以下结构重量视为集中荷载 主梁接头ZJ1 3 365t 共4个 主梁接头ZJ2 1 915t 共1个 导梁接头DJ 1 357t 共2个 前支腿 15t中支腿 15 4t后支腿 14 3t导梁前端鼻架 0 3t挑梁及吊臂 共30点 每点71 04 30 2 368t底模 共26点 除墩顶散模 每点32 015 26 1 231t侧模及翼模 共30点 55 935 30 1 865t底模架 共26点 61 63 26 2 37t侧模架 共30点 48 17 30 1 606t安全走道 共26点 4 89 26 0 188t内模 按1t m估算 2 1t m 第三部分移动模架造桥机设计荷载 3 1 3冲击系数造桥机工作时 每次浇筑的混凝土重量相对于整机自重很小 新浇混凝土的冲击力可忽略不计 造桥机主机走行是由油缸顶推前进 轨道平顺良好 其走行的冲击力可以忽略 支腿重量相对较小 其走行的冲击力也可以忽略不计 第三部分移动模架造桥机设计荷载 3 2水平荷载水平荷载仅考虑风力的影响 3 2 1计算风压工作状态计算风压造桥机走行时的计算风压取7级风的最大风压 q1 25kg m2非工作状态计算风压造桥机在非工作状态时 要求支承稳固 此时计算风压取11级风的最大风压 q2 80kg m2 第三部分移动模架造桥机设计荷载 3 2 2挑梁 主梁及导梁承受的风荷载 1 横桥向风荷载 迎风面积A1 423m2主梁形状系数C取1 4风压高度变化系数Kh取1 71非工作状态风荷载Pwf1 C Kh q2 A1 1 4 1 71 80 423 81013kg 工作状态风荷载Pwg1 C Kh q1 A1 1 4 1 71 25 423 25316kg风荷载高度方向作用点在主梁纵移方钢踏面以上2 44m处 2 纵桥向风荷载 略 第三部分移动模架造桥机设计荷载 3 2 3模架和模板承受的风荷载 1 模架开启状态横桥向风荷载 迎风面积A2 61 51 2 5 61 51 1 86 0 6 3 1 2 1 0 6 15 281m2非工作状态风荷载Pwf2 C Kh q2 A3 1 4 1 71 80 281 53817kg 工作状态风荷载Pwg2 C Kh q1 A3 1 4 1 71 25 281 16818kg风荷载作用点在主梁纵移方钢踏面以下y 3 67m 2 纵桥向风荷载 略 第三部分移动模架造桥机设计荷载 4 1主梁纵向抗倾覆稳定性检算造桥机主梁纵向倾覆稳定性最不利情况出现在主梁纵移过程中 取两种不利工况进行纵向抗倾覆稳定性计算 工况一 中支腿吊挂前移至桥面安装后 整机前移13 8米 第四部分造桥机抗倾覆稳定性检算 M倾 3590t m 后支腿反力R3 58 45tM稳 3590 40 2 58 45 5940t mK稳 M稳 M倾 5940 3590 1 65 1 5 满足要求 工况二 整机前移13 8m后 中支腿油缸与主梁转换牛腿顶紧 前支腿吊挂至前墩墩顶 但尚未与前墩墩顶预埋件连接 M倾 5023t m 后支腿反力R3 16 51tM 稳 5023 37 95 16 51 5650t mK稳 M稳 M倾 5650 5023 1 12后支腿设2根 32精轧螺纹钢筋利用桥面吊杆孔进行张紧锚固 如须达到1 5倍的安全系数 则有 M稳 1 5 M倾 1 5 5023 7535t m 结论 主梁的纵向抗倾覆稳定性满足要求 由此精轧螺纹钢筋需提供总拉力T为 M稳 5023 37 95 16 51 T 7535T 7535 5023 37 95 16 51 37 95 49 7t则单根精轧螺纹钢筋需提供拉力T1 49 7 2 24 85t由单根 32精轧螺纹钢筋 级钢筋 容许外力大于50t 满足要求 第四部分造桥机抗倾覆稳定性检算 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 5 1 11号 3号主梁截面性质1 3号主梁梁高5580 上下盖板为 24厚 材质Q345B 16Mn 毛截面面积A 0 30465m2毛截面惯性矩Ix 1 4553m4截面绕x轴抗弯模量Wx 0 518m35 1 22号主梁截面性质2号主梁梁高5580 上下盖板为 30厚 材质Q345B 16Mn 毛截面面积A 0 3292m2毛截面惯性矩Ix 1 6371m4截面绕x轴抗弯模量Wxup 0 583m35 1 34号主梁截面性质4号主梁梁高3062 上下盖板为 20厚 材质Q345B 16Mn 毛截面面积A 0 1927m2 毛截面惯性矩Ix 0 2997m4截面绕x轴抗弯模量Wxup 0 183m35 1 41号导梁截面性质1号导梁为等截面空腹箱梁 梁高3062 上下盖板为 12厚 材质Q345B 16Mn 毛截面面积A 0 1703m2毛截面惯性矩Ix 0 2458m4截面绕x轴抗弯模量Wxup 0 148m35 1 52号导梁截面性质2号导梁为变截面空腹箱梁 上下盖板为 12厚 材质Q345B 16Mn 始端截面参数同1号导梁 末端 毛截面面积A 0 126m2毛截面惯性矩Ix 0 0577m4截面绕x轴抗弯模量Wxup 0 064m3 5 1主梁截面性质 5 2主梁钢结构整体稳定性检算 5 2 1 检算原则按两端简支及悬臂的箱形截面受弯构件进行检算 5 2 2 简支截面高度h与两腹板间距b0之比h b0 5580 2000 2 79 6按两端简支形式检算受压翼缘的自由长度l1与b0之比l1 b0 50000 2000 25 65不需计算箱梁整体稳定性 5 2 3悬臂按整机前悬臂54 1米形式检算时 需满足下式Mx bWx f式中 Mx 移动模架造桥机纵移过程中内主梁最大悬臂弯矩Mx 5023t mWx 0 583m3 b 绕强轴弯曲所确定的整体稳定系数近似取 b 0 9f 钢材的强度设计值 对Q345B钢 f 290MPaMx bWx 5023E5 0 9 0 583E7 95 7MPa f 215MPa 结论 主梁整体稳定满足要求 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 5 3主梁钢结构局部稳定性检算 5 3 1 腹板局部稳定性检算腹板高度h0与腹板厚度 h的比值h0 h 5452 12 454 3 146腹板应 设置横向加劲肋 受压区设置三道纵向加劲肋 包括上下层拼接板 腹板应力情况考察标准截面最大剪力处腹板的平均剪应力 max Qmax 2 h0 h 式中 Qmax 792t max 792E4 2 5452 12 60 5MPa最大弯矩处腹板计算高度边缘的弯曲压应力 My1 Ix式中 M 8609t my1 2 747mIx 1 6371m4 8609E 2 2 747 1 6371 144 5Mpa 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格h1 1118mm实际取h1 800mm将第一道纵向加劲肋以下 对称于原中性轴的部分视作新梁的腹板 其计算高度为h01 h0 2h1 5452 2 800 3852mm其受压边缘的弯曲压应力为 1 2h1 h0 42 4MPah1 2064mm实际取h1 800mm将第二道纵向加劲肋以下 对称于原中性轴的部分视作新梁的腹板 其计算高度为h02 h01 2h 1 3852 2 800 2252mm同理可得 取h1 870mm 则受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格则h2 h02 h 1 2252 870 1382mm 896 1200mm按构造确定腹板横向加劲肋 横隔板 的间距0 5h 2 691mm a 2h 2 2764mm取a 2100mm 满足要求 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 5 3 2腹板加劲肋的截面检算横隔板周边宽度b不小于244mm 板厚 8mmb 244mm h0 30 40 221mm由b 30 5 15故横隔板周边需镶边补强 镶边板 8mm 100mm横隔板及其镶边截面对腹板中心的惯性矩Iz 11785cm43h0 h3 2826cm4Iz 3h0 h3 满足要求 腹板纵向加劲肋尺寸 16 150a h0 210 545 2 0 39 0 85腹板纵向加劲肋截面对腹板边缘的惯性矩Iy 1800cm41 5h0 h3 1413cm4Iy 1 5h0 h3 满足要求 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 5 3 3受压盖板局部稳定性检算盖板厚度分别为 24和 36的两种主梁盖板均配置相同的纵向加劲肋 故仅检算 24主梁受压盖板宽厚比即可 盖板自由外伸部分的宽厚比b 4 4 2 4 1 8333 须设置纵向加劲肋设置两道纵向加劲肋 加劲肋截面 16 150b0 63 4 2 4 26 4 33 满足要求 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 5 4 1混凝土浇筑状态主梁内力及变形控制工况下主梁的最大内力及变形 Mmax 8609t mQmax 792t max 7 5cm主梁最大应力 max 8609E 2 0 583 147 7MPa 215MPa 满足 腹板最大剪应力 max 式中Qmax 792t 截面最大剪力 S 0 303m3 最大剪力截面中性轴以上部分对中性轴静矩 Ix 1 4553m4 最大剪力处毛截面惯性矩 h 2 12mm 腹板厚度 则 max 68 7MPa 130MPa 满足 挠跨比 75 50000 1 667 1 600 满足 5 4主梁强度刚度计算 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 5 4 2上下层主梁间剪力螺栓及焊缝强度校核 1 采用M24 10 9级精制螺栓双剪方式连结 螺栓孔 24M24 10 9级精制螺栓的承剪能力 单剪 Ndv 12t 双剪 Nsv 24t 根据剪应力互等定理 上下层主梁结合面高度上的剪应力 式中 Vmax 792t 截面最大剪力 S 0 3m3 结合面以上部分毛截面对中性轴面积矩 Ix 1 4553m4 最大剪力处箱梁毛截面惯性矩 h 2 12mm 腹板厚度 68 0MPa螺栓间距按17 5cm布置 横向每腹板两侧各布置一颗计2颗则单栓单剪内力NvNv 7 14t Ndv 12t 满足要求 2 腹板与对接法兰板间为K 8mm双面贴角焊缝 焊缝剪切抗力 Qf Qf 2 17 5 0 6 0 7 120 10 2 17 64t Nv 7 14t 满足要求 5 5 1 接头设计原则主梁钢箱梁接头处实际内力乘以系数1 1进行接头设计 接头ZJ1的强度设计值 Mj 1 1 8248 9073t mQj 1 1 648 713t接头ZJ2的强度设计值 Mj 1 1 2100 2310t mQj 1 1 254 280t采用M24 10 9级精制螺栓双剪方式连结 M24 10 9级精制螺栓的承剪能力 单剪 Qd 10t双剪 Qs 20t5 5 2ZJ1接头的设计计算腹板分配弯矩接头毛截面惯性矩 Ix 1 6371m4腹板对截面中性轴的惯性矩 If 0 403m4腹板按刚度分配弯矩Mf If Ix Mj 0 403 1 6371 9073 2233t m 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 5 5主梁接头设计计算 盖板分配的弯矩Mg Mj Mf 9073 2233 6840t m 1 盖板接头的设计计算上下盖板接头螺栓及节点板布置基本相同 另在贴板上布置有螺栓 故下盖板接头螺栓数量偏少 按下盖板进行接头设计计算 盖板的拉压内力 N Mg h 式中 h 盖板中心距 h 5 47mN 6840 5 47 1250t所需螺栓的数量 n 1250 20 62 5个确定使用108个M24 10 9级精制螺栓 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 第五部分移动模架造桥机主梁设计计算 第六部分移动模架造桥机模架计算 模架设计为两片一组空间桁架梁结构 模架分左右两半跨 浇筑混凝土时两半跨在跨中对接 上下弦对接采用M30螺栓连接 模架与挑梁之间采用 60的吊杆 材质为45号钢调质处理 连接 按照二维梁单元建立挑梁 吊臂及侧模架平面有限元模型 按照三维梁单元建立底模架空间有限元模型 采用通用有限元程序进行分析计算 模架结构自重按换算重度由程序自动加载 模板及混凝土荷载以节点力加载在底模架节点上 由于采用混凝土斜向分层浇筑 混凝土侧压力对满载工况影响不予考虑 挑梁 吊臂及侧模架平面有限元模型及底模架空间有限元模型见下图 侧模架空载有限元模型 侧模架浇筑状态有限元模型 底模架空载有限元模型 底模架浇筑状态有限元模型 第六部分移动模架造桥机模架计算 6 1挑梁 吊臂 及侧模架计算 6 1 1开模过孔状态结构计算 各杆件单元编号及轴力如下图 其中主要杆件轴力 4号单元N4 3 5t 19号单元N17 4 2t 12号单元N12 4 8t 第六部分移动模架造桥机模架计算 6 1 2浇筑完成状态结构计算 各杆件单元编号及轴力如下图 其中主要杆件轴力 3号单元N3 33 6t 24号单元N24 12 2t 第六部分移动模架造桥机模架计算 6 1 3主要杆件强度及稳定性计算 1 4号单元 杆件型号2 10 截面积A 25 5cm2ix 3 94cmiy 2 72cmL0 1 0 297 297cm max y L0 iy 297 2 72 109 150 满足 强度计算 N4 A 3 5E2 25 5 13 7MPa 150MPa 满足 整体稳定计算 Q235钢 b类截面 查表得 0 499 N4 A 3 5E2 0 499 25 5 27 5MPa 150MPa 满足 2 19号单元 杆件型号 108 6 截面积A 19 23cm2i 3 61cmL0 1 0 192 192cm L0 i 192 3 61 53 2 150 满足 强度计算 N19 A 4 2E2 19 23 21 9MPa 150MPa 满足 整体稳定计算 Q235钢 a类截面 查表得 0 907 N19 A 4 2E2 0 907 19 23 24 1MPa 150MPa 满足 第六部分移动模架造桥机模架计算 3 12号单元 杆件型号2 63 6扣焊 截面积A 14 6cm2i 2 4cmL0 1 0 200 200cm L0 i 200 2 4 83 3 150 满足 强度计算 N12 A 4 8E2 14 6 32 9MPa 150MPa 满足 整体稳定计算 Q235钢 b类截面 查表得 0 668 N12 A 4 8E2 0 668 14 6 49 2MPa 150MPa 满足 4 3号单元 杆件型号2 14a截面积A 37 02cm2强度计算 N3 A 33 6E2 37 02 90 8MPa 150MPa 满足 5 24号单元 杆件型号2 16a 截面积A 43 9cm2ix 6 28cmiy 3 17cmL0 1 0 122 122cm max y L0 iy 122 3 17 38 5 150 满足 强度计算 N24 A 12 2E2 43 9 27 8MPa 150MPa 满足 整体稳定计算 Q235钢 b类截面 查表得 0 905 N24 A 12 2E2 0 905 43 9 30 7MPa 150MPa 满足 第六部分移动模架造桥机模架计算 6 1 4挑梁安装销轴强度检算混凝土浇筑完成工况挑梁支承反力如下图 销轴双剪内力为Q 33 0t设计采用 60销轴 材质为调质45号钢 剪切面积A 28 26cm2销轴剪切应力 Q 2A 33E2 2 28 26 58 4MPa 125MPa 满足 挑梁铰板孔壁承压应力 c 33E2 2 6 1 6 172MPa c 415MPa 满足 主梁铰板孔壁承压应力 c 33E2 6 3 6 153MPa c 390MPa 满足 第六部分移动模架造桥机模架计算 6 2 1开模过孔状态结构计算 主桁各杆件单元编号及轴力如下图 主要杆件轴力很小 此工况下无须检算 6 2底模架计算 第六部分移动模架造桥机模架计算 6 2 2浇筑完成状态结构计算 主桁各杆件单元编号及轴力如下图 浇筑完成状态受力最大纵向联接系各杆件单元编号及轴力如右图其中主要杆件轴力 170号单元N170 13 2t 82号单元N82 10 7t 139号单元N139 13 1t 171号单元N171 12 0t 43号单元N43 1 6t 第六部分移动模架造桥机模架计算 6 2 3主要杆件强度及稳定性计算 1 170号单元 杆件型号2 10 截面积A 25 5cm2ix 3 94cmiy 1 42cm 因无缀板 故按单根槽钢计算 L0 1 0 137 137cm max y L0 iy 137 1 42 96 5 150 满足 强度计算 N170 A 13 2E2 25 5 51 8MPa 150MPa 满足 整体稳定计算 Q235钢 b类截面 查表得 0 575 N170 A 13 2E2 0 575 25 5 90 0MPa 150MPa 满足 2 82号单元 杆件型号2 63 6扣焊 截面积A 14 6cm2i 2 4cmL0 1 0 222 222cm L0 i 222 2 4 92 5 150 满足 强度计算 N82 A 10 7E2 14 6 73 3MPa 150MPa 满足 整体稳定计算 Q235钢 b类截面 查表得 0 601 N82 A 10 7E2 0 601 14 6 121 9MPa 150MPa 满足 第六部分移动模架造桥机模架计算 3 139号单元 杆件型号2 12 6截面积A 31 37cm2强度计算 N139 A 13 1E2 31 37 41 8MPa 150MPa 满足 4 171号单元 2 63 6扣焊 截面积A 14 6cm2强度计算 N171 A 12E2 14 6 82 2MPa 150MPa 满足 5 43号单元 杆件型号 63 6 截面积A 7 3cm2i 1 24cmL0 0 7 210 147cm L0 i 147 1 24 119 150 满足 强度计算 N43 A 1 6E2 7 3 21 9MPa 150MPa 满足 整体稳定计算 Q235钢 b类截面 查表得 0 442 N43 A 1 6E2 0 442 7 3 49 6MPa 150MPa 满足 第六部分移动模架造桥机模架计算 第七部分吊杆设