挂篮设计过程.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除挂篮的设计1设计规范1.1铁路桥涵施工规范(TB10203-2002)1.2客运专线铁路桥涵工程技术指南(TZ2132005)1.3铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）1.4钢结构设计规范(GB5007-2003)1.5建筑结构荷载规范(GB500092001)1.6钢结构高强螺栓连接的设计、施工、及验收规程(JGJ82-91)1.7钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)2计算荷载2.1.混凝土容重: 26KN/m3。2.2.钢材弹性模量Es2.1105 MPa；2.3.混凝土超载系数: 1.05。2.4.钢材容重: 78.5KN/m32.5.施工人员、材料、机具荷载: 1.00KN/m2,按梁段顶面积计算。2.6.风荷载：天津市50年一遇基本风压为0.35KN/m2。（具体参考建筑结构荷载规范（GB500092001）2.7.混凝土灌注状态动力冲击系数取1.1。2.8.挂篮走行状态动力冲击系数取1.2。3.主要技术指标（挂篮设计按照允许应力法计算）3.1设计参数梁段长度：梁段重量：挂篮重量：挂篮利用系数：40%-33%梁段高度：梁段宽度（底顶）：主构架前节点最大下挠值：2.0走行状态抗倾覆系数：2.03.2 材料3.2.1钢材：Q235B：用于除销轴、吊带（杆）以外的其它构件。Q345B 用于吊带40Cr号钢：用于销轴40Si2MnV(高强精轧螺纹钢筋)：用于吊杆及锚杆。（32精轧螺纹粗钢筋采用40Si2Mov钢材，屈服强度750MPa，容许应力=0.7750MPa= 525MPa，容许剪应力=0.6=315MPa。）3.3.2连接材料：10.9S级钢结构用高强螺栓联结副E43XX 焊条Er49-1 CO2气体保护焊丝3.3材料允许应力表1.钢材允许应力钢材允许应力（Mpa）应力种类符号钢号Q235BQ345B40Cr(调质）40Si2MnV(精轧螺纹钢筋)第1组第2、3组第一组第二组抗拉、抗压和抗弯170155240215375375抗剪10095145130225端面承压（磨平顶紧）c255230360320表2.焊缝允许应力焊缝允许应力（Mpa）焊缝种类应力种类符号构件钢号Q235B第1组第2、3组对接焊缝抗拉、抗压170155抗剪10095贴角焊缝抗拉、抗压和抗剪120120表3.螺栓和销轴允许应力螺栓和销轴连接允许应力(MPa)螺栓的性能等级、销轴和构件的钢号普通螺栓销轴承压型连接高强度螺栓抗拉抗剪承压c抗弯抗剪抗拉抗剪承压c普通螺栓4.8级145100销轴45号30018040Cr 550330承压型高强度螺栓8.8级28517510.9级360215构件Q235 255335Q345 3604204.计算工况根据梁段长度、重量、梁高等参数，设计时按以下四种工况进行计算。工况一： 某X号梁段混凝土灌注完成工况。 此工况梁段长度最小、混凝土重量最大。工况二： 某X号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段长度最大、混凝土重量较大。以上二种工况荷载组合为：计算强度时：1.1的动力系数X梁段混凝土重量X1.05的超载系数1.1的动力系数X挂篮自重施工人员、材料、机具荷载+风荷载计算刚度时：梁段混凝土重量挂篮自重施工人员、材料、机具荷载工况三：某号梁段完成，挂篮走行工况。此工况挂篮走行距离最长，控制挂篮走行状态抗倾覆稳定及内外模走行梁走行状态的强度和刚度。此工况荷载组合为：1.2的动力系数X挂篮自重风荷载5.设计过程挂篮设计应遵循以下设计程序： 搜集原始参数，进行荷载分解； 选定计算程序及复核程序； 根据需要选定挂篮结构形式； 应用计算软件对挂篮主要受力结构进行计算分析； 对挂篮节点、吊挂系统、走行系统等进行局部设计及计算； 绘制挂篮设计图纸 组织挂篮加工，进行静载试验，并提交各节段建议预拱度值；6.主桁架的设计 主桁架受压杆件按格构式轴心受压柱进行计算，受拉构件进行截面强度的计算即可。挂篮主桁架的设计，首先根据给定连续梁的节段图，确定最长节段长度和最重节段长度，然后根据最长节段长度确定主桁架和杆件的长度尺寸，根据以往经验，AB杆件和BD杆件一般为最长梁段长+（70-100）cm,BC杆件与AB杆件长度比为（0.7-0.8）。主桁架各杆件长度确定以后就可以进行截面的选择了，首先计算主桁架前节点承受荷载。总承受荷载 = 混凝土重量 + 施工机具及人群荷载 +挂篮重量（除去主构架） =混凝土最重梁段 * 1.05超载系数 * 1.1冲击系数 + 1.0 * S(梁段顶面积) + 挂篮重量（估算一般为梁重的33%-40%）单品挂篮前支点承受荷载为总承受荷载的 1/4。根据初步计算主桁架各杆件轴力，计算选择杆件的截面尺寸和连接类型。根据轴力与杆件的计算长度选择杆件的截面尺寸:根据格构式轴心受压构件的设计步骤：一般假设 （=30-40）（1） 按对实轴（y-y）的整体稳定性选择构件的截面。（参考例题）设计参数： 、 ，假设 =70，按b类截面查附表得 =0.751， 于是所需截面积为 A=Nyf = 1500 1030.751215102 = 92.9cm所需回转半径： ， 试选228b，A=2*45.62=91.24cm2, =10.6 cm 。 对实轴验算刚度和整体稳定性： ，满足刚度要求。按b类截面查附表得 =0.825，则（满足要求）。（2） 按虚轴（x-x）与实轴等稳定性原则确定俩分肢间距。为了满足等稳定性，一般应使俩主轴方向的长细比相等，即使 =。双于双肢缀板柱：（分肢对平行与虚轴的自身形心轴的长细比，其计算长度为：焊接时，为相邻俩缀板的净距离，螺栓连接时为相邻俩缀板边缘螺栓的距离。）因 =56.6，分肢长细比 0.5=0.556.6=28.3，实际取=28，则，则，从而b=/0.44=27.7cm，取b=28 cm ;（3） 对所选柱截面进行验算。1） 刚度和整体稳定性：Ix= 2x(242.1+45.62x11.982)=13535 cm4，按照b类截面查钢结构设计规范附表C：得：则：2） 分肢稳性性验算：=（，50）今= 28 400.5 max=28.3 （满足要求）。（4） 缀板的设计。初选缀板尺寸：宽度：端缀板：中缀板：厚度：，且不小于10mm.中缀板取：端缀板取：缀板间净距 ，取相邻缀板中心距离 缀板线刚度之和与分肢刚度比值为：，满足要求横向剪力：缀板与分肢连接处的内力为：在剪力和弯矩的共同作用下，该处角焊缝强度满足下式要求：根据构造要求：，最后确定取，可以满足要求。 主桁架各杆件尺寸和截面确定以后，在不考虑节点次弯矩下粗略计算节点的连接类型，选定螺栓数目或者是销轴直径。螺栓的连接。螺栓的排列布置应满足一下要求：1）受力要求:在受力方向，螺栓的端距过小时，钢板有剪断的可能，因而要规定一个最小的端距。当各排螺栓栓距、线距和边距过小时，构件有沿折线或者是直线破坏的可能；对受压构件，当沿作用力方向栓距过大时，在被连接的板件间易发生张口或鼓曲现象。因此从受力角度规定了最小和最大的允许距离。2）构造要求：当螺栓距或者是线距过大时，被连接的构件接触面不够紧密，潮气容易侵入缝隙而造成腐蚀，所以规定了螺栓最大容许距离。3）施工要求：要保证一定的空间，便于转动螺栓扳手，因此规定了螺栓最小容许距离。主桁架节点螺栓连接时，螺栓只承受剪力和次弯矩下的扭矩作用。螺栓设计时首先根据各杆件的轴力粗略计算螺栓的数目，按螺栓受剪力计算。 螺栓设计的具体计算参考有关书籍。防止剪力螺栓连接破坏的俩种构造措施：1.为了防止板件端部被剪坏，当螺栓孔距板段太近时，可能出现这种破坏。计算表明螺栓孔中心到板端的距离超过孔径的2倍时，可以避免这种破坏。2螺栓杆受弯破坏。一般限制t5d,就可以避免这种破坏的。节点板的设计：抗撕裂计算和节点板强度的选择。1. 节点板在拉剪作用下的强度计算：可以按照有效宽度法进行计算。=Nbetfbe 为有效宽度，应力扩散角为30。2. 节点板在压力作用下稳定性的控制：桁架节点板在歇腹杆作用下稳定性可用下列尺寸控制。3. 节点板构造要求：4. 节点板厚度选用表：作为参考单壁式桁架节点板厚度选用表销轴的设计：销轴只承受剪切应力，允许剪切应力为330Mp。7.底模纵梁的设计计算（参考计算例题，节段长为3米）底模纵梁一般用双工字钢加连接槽钢焊接而成，或者采用钢板加工成双工字形，底模纵梁按格构式受弯构件进行计算，一般包括强度（抗弯强度和抗剪强度）、刚度、整体稳定性和局部稳定性，对于采用钢板焊接的组合截面梁时，计算内容还包括梁翼缘与腹板的连接焊缝、腹板加劲肋设计等。7.1 腹板底纵梁受力验算7.1.1 荷载组合、内反力计算及截面初选箱梁腹板混凝土自重：G3=3.88*3*2.630.264t 节段长为3米，面积为3.88每侧腹板布置3道，则作用在底纵梁上的均布荷载为：q30.264*1.35*9.8/3*344.488KN/m计算示意图如图8所示，图中的最大弯矩为： Mmax101.7 KN*m支座反力为： R前52.648 KN R后80.818 KN所选构件截面模量应满足如下要求：截面选225b槽钢，其截面参数为：579.2m3 ，7238cm4 7.1.2 强度、刚度验算抗弯强度：=1671/400挠度较大，可通过设置预拱来满足刚度要求。由此可知，腹板底纵梁采用225b槽钢，其强度能满足要求，但挠度较大，可通过设置预拱来满足刚度要求。7.2 底板底纵梁受力验算7.2.1 荷载组合、内反力计算及截面初选底板混凝土自重、底板模板自重主要由6道纵梁承受，作用在每道纵梁上的荷载为：箱梁底板砼自重：G4=4.94*3*2.638.532 t底模自重：G73.63 t则：q（G4+ G7）*1.35*9.8/6*331 KN/m 安全系数为1.35图9中的最大内力和支座反力为： Mmax71 KN*mR前36.687 KN R后56.313 KN所选构件截面模量应满足如下要求：截面选225b槽钢，其截面参数为：579.2m3 ，7238cm47.2.2 强度、刚度验算抗弯强度：=117=215满足要求。刚度验算：梁内最大挠度：max/L=10.5/4690=1/4461/400其刚度能满足要求。由此可知，底板底纵梁布置6道，每道采用225b槽钢，其强度、刚度均能满足要求。综上所述，腹板底纵梁每侧布置3道，每道采用225b槽钢，其抗弯强度能满足要求，但挠度较大，可通过设置预拱来满足刚度要求。底板底纵梁布置6道，每道采用225b槽钢，其强度、刚度均能满足要求。7.3 设计说明 1）上面例题进行强度计算时应算入混凝土的超载系数和冲击系数，算刚度时不计入。2）截面的选择可按计算截面模量查表得到，也可以按照最大弯矩查钢结构设计手册直接得到，也可以按照设计经验进行计算得到。3）计算建模时应尽量符合实际受力情况，计算得到的支座反力为设计横梁时用。8.其它各梁的设计计算（参考计算例题，节段长为3米）其它各梁的计算同底模重量的计算，关键是荷载的计算。结构计算的顺序为底模纵梁底模横梁前上横梁，然后走行梁和各小部件的设计。8.1 底模横梁受力验算 荷载=底板+腹板+底模平台8.2 前上横梁受力验算 荷载=（底板+腹板+底模平台）+（外模走行梁+翼缘板+外侧模）+（内模走行梁+顶板+内模）8.3挂篮各部件重量参考表表一 各部分重量参考值跨度梁段重量（t）挂篮重量(t)各部分重量（t）主桁架底模平台（含模板）外侧模（含支撑架）内侧模（含支撑）前上横梁外膜走行梁（2件）内模走行梁（2件）其它部件160589.21212.32.731.8662.642.010.16 0.21 0.21 0.05 0.03 0.05 0.03 0.74 0.263009615.621.720.911.734.