新建海南西环铁路站前工程挂篮结构计算书.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除新建海南西环铁路站前工程XHZQ-6标段56M主跨连续刚构桥临时工程箱梁施工挂篮结构计算书 目 录1、工程概述22、设计依据22.1基础资料22.2主要技术标准22.3 材料特性23、计算说明33.1计算假定33.2荷载分解图34、荷载与工况44.1恒载44.2活载44.3工况分析64.4载荷组合65、有限元模型计算65.1计算模型65.2约束条件65.3模型工况计算76、内外滑梁走行计算117、模板计算127.1底模板新浇混凝127.2侧模板强度计算138、主纵梁稳定性计算149、整体倾覆稳定性验算169.1混凝土浇筑时169.2挂篮走行时1610、局部构件强度计算1610.1吊挂强度计算1610.2吊挂销轴计算1710.3滑梁走行吊环计算1710.4后锚固梁计算1710.5后走行轮销轴计算1810.6走道梁计算181、工程概述新建海南西环铁路站前工程XHZQ-6标段56M主跨连续刚构桥主桥为32m+56m+32m预应力混凝土变截面连续箱梁。主桥上部结构箱梁采用单箱单室直腹板结构，顶板宽度12m，底板宽度6m，翼缘板悬臂长度3m。上部结构采用T构节段悬臂浇注工艺设计，单个T悬臂有6个悬浇节段，最大悬臂长度为27m，其中根部零号块节段长度为12m，其余悬浇节段长度为34m，梁高2.8-4.1m。根据本桥的结构特点和施工特点，挂篮由以下几个主要部分组成。（1）主纵梁系统：由两根箱型梁及连接尾梁组成；（2）内模系统：由内滑梁和内模、内侧模组成；（3）底模平台系统：由前下横梁、后下横梁、底模纵梁和底模组成；（4）吊挂系统：由内外滑梁吊挂和底篮吊挂组成；（5）平衡及锚固系统：由后锚等组成，以便挂篮在灌注砼和空载行走时，具有必要的稳定性。本挂篮每只由两根主纵梁组成，分别布置于箱梁两边腹板处，两根主纵梁的中心间距为5.5m。2、设计依据2.1基础资料（1）项目部提供设计施工图（2）项目部提供挂篮设计图2.2主要技术标准（1）钢结构设计手册(第三版)；（2）建筑结构荷载规范（GB50009-2001）；（3）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；（4）钢结构设计规范（GB50017-2003）；（5）钢结构连接节点设计手册（第二版）；（6）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；2.3 材料特性2.3.1物理力学特性主要材料的主要物理力学特性如下表所示：序号构件名称材料类型拉、压、弯强度设计值（MPa）剪切强度设计值（MPa）1钢 材Q235B2钢 材Q345B2.3.2刚度设计要求：根据钢结构设计规范规定要求，计算挂篮的刚度按照荷载标准组合进行计算，其刚度容许值如下表所示：1竖向位移绝对值L/400L表示跨度3、计算说明3.1计算假定a、箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外滑梁传至已施工完的箱梁翼缘板和挂篮主纵梁的前上横梁上。b、箱梁顶板砼及内模重量通过内滑梁传至挂篮前上横梁及已浇筑箱梁顶板上。c、箱梁底板、腹板砼及底模平台重量分别由前一段已施工完的箱梁底板和挂篮主纵梁的前上横梁梁承担。d、挂篮走行时，底模平台、外模及外模重量由锚固点及前上横梁承担。3.2荷载分解图图3-1 荷载分解图(单位：mm)4、荷载与工况4.1恒载（1）挂篮自重挂篮本身重力荷载由有限元软件自行处理，Ansys程序运行时：，重力荷载比例系数设定为-1。（2）钢筋混凝土重力根据箱梁结构及截面特点，1#、3#及5#箱梁对底篮结构受力更不利，本文取该三段梁进行计算。钢筋混凝土容重按26考虑。（3）模板荷载模板荷载按2.5考虑。（4）纵梁及滑梁恒载计算1#、3#及5#箱梁重量由纵梁及滑梁承担，其荷载大小列表如下：表4-1 箱梁荷载分配表(单位：kN/m)纵梁编号1#块（3m)3#块(3.5m)5#块(4m)前截面后截面前截面后截面前截面后截面N115.817.813.414.612.212.5N215.617.613.314.412.012.3N318.320.515.416.814.014.4内滑梁24.324.324.324.324.324.3外滑梁37.137.137.137.137.137.14.2活载（1）施工荷载施工荷载包括施工人员及设备荷载、混凝土倾倒荷载及振捣荷载等，由于上述荷载不同时发生，综合考虑取2.5，但总荷载不超过200kN。（2）风荷载依照公路桥涵设计通用规范，风荷载标准值计算式如下： 式中，风荷载标准值()；基本风压；设计基准风压 ()；横向迎风面积()；设计基本风速；高度Z处的设计基准风速()；距地面或水面的高度()；空气重力密度()；设计风速重现期换算系数，临时工程施工期取为0.75；风载阻力系数，矩形截面取1.3；考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化的修正系数，取1.39；地形地理条件系数，取值为1.3；阵风风速系数，取值为1.38；挂篮所在高度的设计基准风速按13.8m/s计算。基本风压，kN/。则工作风速13.8 m/s时设计风载：4.3工况分析工况一：1#箱梁浇筑完成，工作风速垂直向下作用，对挂篮进行计算校核；工况二：3#箱梁浇筑完成，工作风速垂直向下作用，对挂篮进行计算校核；工况三：5#箱梁浇筑完成，工作风速垂直向下作用，对挂篮进行计算校核；4.4载荷组合每种工况考虑两种荷载组合形式，即标准组合和基本组合。标准组合用来评价刚度，基本组合用来评价结构强度及稳定性指标。基本组合：1.2恒载+1.4活载(风荷载系数取1.1)标准组合：1.0恒载+1.0活载5、有限元模型计算5.1计算模型该挂篮及底平台结构采用ANSYS软件分别建立模型并计算，有限元模型如下图所示。主结构采用Beam188单元模拟，吊挂采用Link10单元模拟，建模长度单位为mm，加载载荷单位为N。整体模型如下所示：图5-1挂篮整体模型5.2约束条件（1）吊挂下端与底平台横梁及滑梁均采用铰接；（2）吊挂上端与前上横梁及锚固点均采用铰接；（3）纵向大梁前支点采用铰接；（4）纵向大梁后锚固点采用铰接；（5）其他相连杆件连接采用全约束；5.3模型工况计算5.3.1 工况1计算（1#箱梁浇筑完成，工作风速垂直向下作用）图5-2 挂篮应力云图（单位：Mpa）图5-3 挂篮竖向变形云图（单位：mm）挂篮主要构件计算结果如下表所示：构件名称几何参数（mm）最大组合应力（MPa）最大弯矩（kNm）最大剪力（kN）竖向变形（mm）前、后下横梁2HN35032.945.6133-9.5底纵梁HN35076.357.051.5-10.4内、外滑梁32b+贴板66.710796.1-8.3主纵梁1328750141455.91340335-7.4前上横梁2HN60020.499.7149-7.7其他数据提取：主纵梁前支点（kN）主纵梁后锚点（kN）滑梁吊挂（kN）底篮吊挂（kN）644压力302拉力75拉力202拉力计算结果表明：结构最大组合应力为最大竖向变形为因此，挂篮整体计算主要构件强度均能满足设计及规范要求。5.3.2 工况2计算（3#箱梁浇筑完成，工作风速垂直向下作用）图5-4 挂篮应力云图（单位：Mpa）图5-5 挂篮竖向变形云图（单位：mm）挂篮主要构件计算结果如下表所示：构件名称几何参数（mm）最大组合应力（MPa）最大弯矩（kNm）最大剪力（kN）竖向变形（mm）前、后下横梁2HN35029.140.2115-10.6底纵梁HN35070.452.844.7-11.2内、外滑梁32b+贴板75.6122103-10.3主纵64.11530382-8.8前上横梁2HN60023.9117169-8.8其他数据提取：主纵梁前支点（kN）主纵梁后锚点（kN）滑梁吊挂（kN）底篮吊挂（kN）732压力348拉力78拉力177拉力计算结果表明：结构最大组合应力为最大竖向变形为因此，挂篮整体计算主要构件强度均能满足设计及规范要求。5.3.3 工况3计算（5#箱梁浇筑完成，工作风速垂直向下作用）图5-6 挂篮应力云图（单位：Mpa）图5-7 挂篮竖向变形云图（单位：mm）挂篮主要构件计算结果如下表所示：构件名称几何参数（mm）最大组合应力（MPa）最大弯矩（kNm）最大剪力（kN）竖向变形（mm）前、后下横梁2HN35027.637.7109-12.4底纵梁HN35068.951.442.2-12.6内、外滑梁32b+贴板81.8132106-11.8主纵梁1328750141475.51810448-10.0前上横梁2HN60028.6140200-10.4其他数据提取：主纵梁前支点（kN）主纵梁后锚点（kN）滑梁吊挂（kN）底篮吊挂（kN）858压力415拉力81拉力165拉力计算结果表明：结构最大组合应力为最大竖向变形为因此，挂篮整体计算主要构件强度均能满足设计及规范要求。6、内外滑梁走行计算内（外）滑梁均采用32b外焊10mm接钢板。内（外）滑梁在挂篮走行时承受内（外）模支架重量。单根滑梁上荷载:内模及支架q1：61.5=9.0kN/m外模及支架q1：8.01.5=12.0kN/m计算图式：图6-1计算图示(单位：mm)表6-1aba1a2Lq （kN/m）内滑梁425043006400275091509.0外滑梁4250430064002750915012.0对于5#块内滑梁：，对于5#块外滑梁：，将上述计算结果归类总结见下表：表6-2内滑梁外滑梁块段号后支点反力（kN）前支点反力（kN）后支点反力（kN）前支点反力（kN）5#11.627.115.536.1通过以上计算，可知内、外滑梁满足走行要求7、模板计算7.1底模板新浇混凝7.1.1面板支撑间距最大为300mm，厚度6cm。查机械设计手册第五版第一卷P1.160，表1-1-109，计算得：长边中心应力：中心挠度：7.1.2底模背楞图7-1 底模背楞计算图示(单位：mm)计算荷载：最大弯矩：梁弯曲强度：挠度：7.2侧模板强度计算新浇混凝土对侧模板压力的计算：式中：混凝土的浇注速度（），；新浇混凝土的初凝时间，取； 混凝土的容重（），取； 外加剂影响修正系数，取； 混凝土坍落度影响修正系数，取侧模自重：施工荷载：振捣荷载：计算荷载：7.2.1面板支撑间距最大为300mm，厚度6mm。查机械设计手册第五版第一卷P1.160，表1-1-109，计算得：长边中心应力：中心挠度：7.2.2侧模次背楞图7-2 侧模背楞计算图示(单位：mm)计算荷载：最大弯矩：梁弯曲强度：挠度：7.2.3侧模主背楞图7-3 主背楞计算图示(单位：mm)计算荷载：弯矩：梁弯曲强度：挠度：8、主纵梁稳定性计算主纵梁截面上下盖板（75014mm）钢板及双腹板（130014mm）钢板焊接成组合箱形梁截面。腹板材料为Q345，截面见下图：主纵梁置于滑船上。根据前述计算，单个支撑点承受最大集中荷载为858kN。 仅配置横向加劲肋的腹板，其区格局部稳定按钢结构设计规范中式4.3.3-1计算： 其中： 所计算区格内，无弯矩，则。 所计算区格内，由剪力产生的腹板平均剪应力， 腹板计算高度边缘局部压应力，腹板剪应力：腹板局部压应力： 计算腹板局部稳定腹板局部稳定满足要求。9、整体倾覆稳定性验算9.1混凝土浇筑时悬浇挂篮施工时的倾覆力矩有：（1） 挂篮自重（2） 混凝土自重（3） 施工机具人员荷载综合上述模型计算，挂篮主纵梁前端节点的垂直荷载为812kN，即作用在单片主纵梁上的倾覆力矩：M倾=81224.6=1868kNm。悬浇挂篮施工时单侧抗倾覆力矩为3根后锚筋拉力（6根32精轧螺纹钢筋PSB830），单根可承受拉力为600kN，即作用在单片主纵梁上的抗倾覆力矩：M抗=60034.55=8190kNm。K= M抗/ M倾=4.382.0满足要求。9.2挂篮走行时挂篮走行（挂篮一次走行到位方式）时的倾覆力矩为挂篮自重及施工作业平台自重（不计主纵梁）即内外滑梁前吊挂荷载及底篮前吊挂荷载，即作用在单侧梁上的倾覆力矩：M倾=1504.6=690kNm。挂篮施工时抗倾覆力矩由轨道梁与主体竖向预应力锚固钢筋承担，计算时按2根32精轧螺纹粗钢筋受力考虑。抗倾覆力矩：M抗=60024.95=5940kNm。K= M抗/ M倾=8.62.0满足要求。10、局部构件强度计算10.1吊挂强度计算吊挂采用32精轧螺纹钢筋PSB830，最大拉力202kN。拉应力为 。满足要求。10.2吊挂销轴计算吊杆吊挂与下横梁连接采用45#钢制作的50销轴，最大拉力202kN。销子轴剪应力为 ，满足要求。10.3滑梁走行吊环计算由前面计算可知：滑梁吊挂最大拉力荷载为81kN，走行吊环由30mm钢板焊接而成，开孔直径60mm，材料Q235。竖杆拉应力为 。满足要求。10.4后锚固梁计算由上述计算可知，单片主纵梁后锚支点处拉力为415kN，共设置有3组后锚分配梁3根精扎螺纹钢筋锚固。后锚分配梁采用222a型钢上下贴12mm钢板组焊而成。图10-1 后锚分配梁结构 (单位：cm)计算时偏安全考虑，考虑1.1的不平衡系数，单组锚固梁承受弯矩，剪力。后锚分配梁截面：，弯应力：剪应力后锚分配梁受力满足要求，且有足够的安全系数。10.5后走行轮销轴计算后走行轮走行卡板与主主纵梁采用45#钢制作的50销轴连接，走行时走行轮总作用力为400kN，由4台走行小车承担，小车两侧卡板中心间距为36mm。，满足要求。10.6走道梁计算10.6.1走道梁整体验算走道梁有四条，单侧各两条，结构为工字型，上翼缘板t16mm，腹板t16mm，下翼缘板t16mm，高250mm，翼缘板宽150