北江挂篮设计检算书.doc

新建广州至珠铁海路复工工程北江特大桥跨贵广铁路(32.55+48+32.55)m刚构连续梁挂篮设计计算书中铁十二局第四工程公司2010年03月目 录一、计算说明：2二、工程概况：2三、控制节段选择：2四、检算依据：2五、计算方法：3六、挂篮主要尺寸拟定：3七、底模计算：3八、悬吊计算：11九、侧模计算：12十、内模计算：错误！未定义书签。十一、前上横梁计算：16十二、主构架计算：19十三、锚固计算：23一、计算说明：为保证北江特大桥跨贵广铁路连续梁悬灌的安全可靠施工，需要对施工挂篮的主要结构进行详细的计算。二、工程概况：新建广州至珠海铁路复工工程北江特大桥跨贵广铁路混凝土连续箱梁是单箱单室、变高度、等梁宽结构，箱梁顶宽11.2m，底宽5.7m。梁高从3.4m变化到2.8m。该连续梁采用挂篮悬灌施工，0段长度为8m，设计悬灌长度为3m、3.5m两种节段。1#节段开始为3.0m长，混凝土方量是42.1m3。三、控制节段选择：鉴于挂篮的悬灌节段分为2种，分别从3m到3.5m，0.5m一个变化，节段长度不一样以及节段的重量不一样，那么挂篮施工总荷载对挂篮主构架的受力效果就不一样，从设计图上可以看出，1号节段相比5号节段的混凝土方量多30%多，因此就采用1号节段进行挂篮的设计。四、检算依据：1、北江特大桥博爱路连续梁施工设计图；2、铁路桥涵施工规范；3、钢结构设计规范；4、公路桥涵施工规范；5、其他相关设计资料。五、计算方法：本设计计算采用容许应力法，荷载的计算只是计算实际发生的荷载，而不再增加荷载系数。混凝土容重根据采用2.65t/m3，灌注混凝土时考虑混凝土梁重的1.1倍作为超灌荷载及施工荷载。六、挂篮主要尺寸拟定：根据梁段的施工节段长度，以及0#段的长度8m，两侧同时悬臂施工，拟定出挂篮的主要结构尺寸，主构架的前端中心长度5.0m，后端中心长度4.93m，底模前后横梁纵向中心的水平距离为5.0m，底模纵梁的长度为5.4m。底模的宽度、吊带及吊杆的位置，则由梁段底部的横向宽度及预应力位置情况来确定。七、底模计算：1#节段的断面图如下：1#梁段的梁段体积为42.1m3，梁段长3m，而由以上13号断面计算出来的面积仅为11.17m2，忽略3m纵向长度内梁高的变化，则11.17*333.51m3，则应还有将近10m3的混凝土的体积未计入截面内，因此取1.3的系数，将整个13号截面的混凝土体积增大1.3倍，以接近1梁段的真实体积42.1 m3，乘以系数后的截面面积分配如下图所示。1、底模构成：底模主要由底模纵梁、底模板(方木)、底模前横梁和底模后横梁4部分组成。2、计算模型：底模纵梁可以按照简支梁进行简化；底模前后横梁则可以简化为连续梁，其支座可以假定为悬吊点的位置；对于底模板采用木模板即可。3、第1号段箱梁腹板下的底模纵梁计算：底模纵梁的跨度为5m，采用I32a工字钢，总长为5.4m。荷载分布长度为3m。1#段腹板厚度为0.7m，腹板下布置3根工字钢来承受荷载，则单根工字钢承受的均布荷载为：(3.0/3)*1.1*2.65*1.1=3.21 t/m（1.1为不均匀系数，2.65为混凝土容重，1.1为超灌系数及施工荷载）再考虑0.2t/m的上方方木及模板传递下来的自重荷载，计算时考虑纵梁自重。根据挂篮底模的设计图可以看出，底模纵梁在后端的荷载起始点是距后端支点0.5m。(1)底模纵梁计算模型：2）支反力前支反力4.5 t，后支反力6.5 t。其结果用于底模前后横梁的计算。3）挠度变形跨中1cm的变形量。4）应力最大应力126 Mpa。小于140Mpa，可以通过。从此图可以看出，底模后横梁承受底模纵梁的单个支点力是6.5t，底模前横梁承受的底模纵梁的单个支点力是4.5t。用此计算结果进行底模前后横梁的计算。4、第1号段箱梁底板下的底模纵梁计算：混凝土箱梁底板混凝土的断面面积为3.45m2，用5根I32a工字钢的工字钢承受，每个工字钢承受的混凝土断面积为3.45/5=0.69 m2则单根工字钢承受的均布荷载为：0.69*1.1*2.65*1.1=1.85 t/m（1.1为不均匀系数，2.65为混凝土容重，1.1为超灌系数及施工荷载）再考虑0.2t/m的上方方木及模板传递下来的自重荷载，计算时考虑纵梁自重。1）计算模型2）支反力前支反力3.4 t，后支反力4.7 t。其结果用于底模前后横梁的计算。3）挠度变形跨中7mm的变形量。4）应力最大应力91Mpa。小于140Mpa，可以通过。从此图可以看出，底模后横梁承受底模纵梁的单个支点力是4.7t，底模前横梁承受的底模纵梁的单个支点力是3.4t。用此计算结果进行底模前后横梁的计算。5、底模后横梁计算：底模后横梁的计算图示如下图所示：底模后横梁采用2根36a，口对口型式，箱梁底宽为5.7m，4个吊点的位置如图，由于梁体较矮（总高3.27m，腹板高2.62m），翼缘悬挑较长（2.75m），因此底模后横梁的外侧吊点的选取距离腹板外侧较远，为0.9m（约为2.75/3），此吊点位置也即为侧模吊梁位置（侧模重心），从左至右4个吊点的间距分别为1.9m，3.7m和1.9m，总长为8.0m。底模所受的荷载为纵梁传递下来的集中荷载，大小分别为6.5t及4.7t，以及上方方木和模板的自重荷载，按均布0.2t/m大小计。(1) 模型简图：t、m（2）吊点反力底模后横梁上中吊点的力为29.1t，边吊点的力为3.3t。 (3)竖向变形图：m可以看出，底模后横梁的竖向变形最大是向下1cm。(4)应力图：MPa最大应力是52Mpa，小于140MPa，满足要求。6、底模前横梁计算：底模前横梁受力模型图如下： 底模前横梁采用2根36a，口对口型式，箱梁底宽为5.7m，4个吊点的位置如图，从左至右4个吊点的间距分别为1.25m，3.7m和1.25m，总长为6.9m。底模所受的荷载为纵梁传递下来的集中荷载，大小分别为4.5t及3.4t，以及上方方木和模板的自重荷载，按均布0.2t/m大小计。 (1)模型简图：t、m(2)支点反力：t可以看出前悬吊中吊带受力是19.5t，边吊杆的受力均是3.6t。(3)竖向变形图：m可以看出，底模后横梁的竖向变形最大是向下1mm。(4)应力图：MPa最大应力是35Mpa，小于140MPa，满足要求。八、悬吊计算：1、后悬吊后吊的中间吊杆受力最大，为29.1t。另外对于边上两个吊点由于受力只有3.3t，对于后吊的中间吊杆采用一根32的精轧螺纹钢作为吊杆，对于边上两个吊点一根25的精轧螺纹钢即可。一根32的精轧螺纹钢的公称面积为804mm2,取最小抗拉强度630Mpa，则一根32的精轧螺纹钢的受力为（804*630）/1.4506520N/1.450.6t/1.4=36.2t。大于29.1t，可以满足。扁担梁的计算：扁担梁材料2根16槽钢组焊而成，总长600mm，两个螺旋千斤顶的距离是400mm；所受集中荷载29.1t,其组合应力最大为125MPa140MPa 满足要求。2、前悬吊根据后吊杆的计算，底模前横梁中间两个吊点的最大受力是19.5t，采用32的精轧螺纹钢作为吊杆,另外两个吊点的受力是3.6t，采用25的精轧螺纹钢作为吊杆，完全能够满足要求。九、侧模计算：1、侧模构成：侧模主要有侧模板和侧模吊梁组成，另外还有一些吊杆、吊轮等附属设备。2、工况分析：侧模吊梁分别悬吊在前上横梁和已浇注混凝土梁顶板上，浇注混凝土工况时，侧模吊梁的前后吊点距离按4.75m计算，假设最大走行5m，当侧模走行到位时，侧模吊梁前后吊点的距离按9.75m计算。浇注混凝土工况时，侧模吊梁既要承受侧模板的重量，也要承受其上面混凝土箱梁的顶板重量。单侧翼板的悬挑面积为1.4m2，混凝土重量为（1.4*2.65*3）/61.855t，即换算到侧模吊梁上的集中力为1.855t，按2t计算。走行到位工况时，侧模吊梁除了承受侧模板的重量外，还要承受底模悬挂重量：底模总重量是按6.5t计算，乘以1.3的施工荷载，那么底模上的总荷载重量是8.45t，底模走行时除了前悬吊外就是后端吊杆悬吊于侧模吊梁上，那么悬挂于侧模1根吊梁上的荷载是总荷载的1/4,即2.1t,按2.5t计算。从设计图上可以得出，侧模板通过侧模桁架传递给侧模吊梁的集中荷载为6个1t(模板自重),另外还需要考虑拉筋背带及施工防护的荷载，根据经验乘以1.3的此荷载系数，那么每个侧模桁架对侧模吊梁的集中荷载是1.3t。（由于待设计的侧模板与原设计侧模有一定的差别，待设计的模板高度减小（将近10m），但翼缘板较长（长将近10m），所以总重量估计与原设计侧模差别不大，因此参考其重量做为荷载计算。原图纸侧模总重量12t，单侧为6t）3、侧模内承重梁浇注混凝土梁工况计算：侧模内承重梁在浇注混凝土时，前后吊点距离是4.75m，侧模内承重梁是由2根40a组焊而成。梁自重均布荷载按0.2t /m计，计算简图如下：根据此模型进行计算，结果如下：(1)模型简图：t、m(2)吊点力：t后吊点是12.5t，前吊点是9.3t。(3)竖向变形：m最大竖向变形是3mm。(4)应力图：t,m最大应力60Mpa，可以通过。5、侧模吊梁走行到位工况计算：侧模吊梁在走行到位时，前后吊点距离是9.75m，计算简图如下： 侧模吊梁是由2根40组焊而成。根据此模型进行计算，结果如下： (1)模型简图：t、m图中未示均布荷载0.2t/m。(2)吊点力：t后吊点是4.2t，前吊点8.1t。(3)竖向变形：m最大竖向变形是23mm。(4)应力图：t,m最大应力105Mpa，小于140MPa，可以通过。十一、前上横梁计算：下面对前上横梁进行检算：要检算前上横梁，首先必须明确前上横梁上的受力：除了底模前吊带以外，另外就是侧模和内模的吊杆作用，根据侧模和内模的计算结果，可以得出前横梁的受力模型图如下：前上横梁采用2根36a工字钢组成，重量大约是2t，另外考虑到一部分千斤顶等施工荷载，乘以1.3的荷载系数后得2.6t，前上横梁长度是12.4m，那么其均布荷载是0.21t/m。进行结构计算时用单根进行计算，那么位移和应力的计算结果则需要除以2。(1)模型简图：t、m图中未示0.21t/m的均布荷载 (2)支点反力：t支点反力是40.6t，也就是说单个主构架前端承受的荷载是41t。(3)竖向位移：m最大竖向位移是11mm/2=5.5mm，内模吊点处的竖向位移是3.2mm。(4)应力图：t,m最大应力是140MPa/2=70Mpa，满足要求。十二、主构架计算：主构架是挂篮的主要受力构件，处于挂篮结构的核心位置，因此主构架的可靠性直接决定挂篮施工的可靠性，这就要求主构架具有足够的强度、刚度和稳定性。挂篮主构架为三角形结构，各杆件之间是钢销连接。杆件采用双32b槽钢，并在每根槽钢腹板的一侧贴焊16mm钢板，即把槽钢的腹板由原来的10mm变为26mm。1、结构组成： 2、荷载及工况分析：主构架结构自重按8t计算，那么每个主构架承受的自重是4t，该自重荷载不计入每根杆件自身内力的计算，只是计入主构架的整体计算，且只是作用于前支点上。前上横梁计算结果中每个主构架对其的支反力是41t。结构计算模型图如下：3、结构计算：(1)模型简图：t、m如上图所示。(2)支点反力：t前支点反力是115t，后锚点需要锚固力70t。(3)竖向位移：m前点竖向位移为16mm，不超过规范容许值(20mm)，满足要求。(4)杆件轴力：t杆件轴力用于设计各杆件之间的连接计算，最大轴力是111t。(5)杆件应力：MPa从应力图中可以看出，应力值最大是112Mpa，均小于140MPa，均能满足要求。4、连接计算：(1)销轴计算：连接各杆件的销轴大小按70mm考虑，材料为40Cr调质。销轴受力均为双剪，即两块节点板夹持一根杆件。因此从主构架的计算结果可以得知，受力最大的BC杆件是110t，那么每个销轴单剪受力则是55t。40Cr材质经过调质处理后其抗剪强度能达到320MPa。因此70mm直径的销轴能够承受的剪力是：Q3.14(35mm)2320MPa123t 满足要求。(2)BC杆件孔壁承压计算：BC杆件为受压杆，内力为110t，其下端的销孔内外贴板分别为10mm与16mm，加上腹板厚度10mm，其壁板厚度为36mm。AB杆的孔壁承压：55t/(70mm36mm)222MPa,能够满足承压要求。 (3)AC杆件冲切应力计算：由于杆件的孔壁承压应力没有问题，那么受压杆件可以不必进行检算，此处仅检算受拉杆件的销孔冲切问题。AC杆件的拉力是105t。那么AC杆件的单孔冲切力是53t。AC杆件销孔冲切检算：AC杆件是2根32b槽钢组焊而成，32b槽钢的腹板厚度是10mm，外侧用1块16mm厚的贴板，那么抗冲切壁厚是26mm。在26mm厚的壁板上冲切53t大小的力，冲切应力按140MPa计算，那么需要的冲切长度是：a53t/(26mm140MPa)146mm (4)节点板孔壁承压检算：节点板主要用在B、C两个节点，从杆件的受力来看，BC杆受压112t，B节点板最大受力是56t，那么按此进行节点板的孔壁承压计算。对B节点板来说，孔壁的厚度为32b槽钢腹板厚10mm，内贴1块20mm 的加劲板，总厚度为30mm， 孔的直径是71mm，销子直径是70mm，在56t荷载作用下，30mm厚的节点板的孔壁承压应力是267MPa，可以通过。十三、锚固计算：后锚是挂篮在整个施工过程中至关重要的受力环节，是保证挂篮安全施工的重要措施，后锚的安全度大小直接决定了挂篮施工的安全度