某挂篮结构设计

1、一、工程概况二、设计概述1、设置参数：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2

2、0t。总计120t。二、结构设计1、底模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：单位: 集中荷载-kN 集中弯矩-kNm 其他荷载-kN/m剪力包络图单位: kN弯矩包络图单位: kNm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

3、受力进行挂篮前吊带受力分析。已知*挂篮前吊带为16040mm，的Q345钢带，扣除吊带开孔50mm，则吊带计算宽度为11040mm。根据钢结构规范计算得f=265Mpa，则需要n个吊带，nAf=21645.21KN，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=22156.21KN，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: HN350x175(2)窄翼缘H型钢: HN350x175(2)钢材牌号: Q235钢材强度折减系数:1.00腹板厚度: tw = 7.00 m

4、m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 = 106.78cm3f = 215.00N/mm2, fv = 125.00N/mm2进行结构断面计算，设需要n根H钢，则f=M/(NWn)=23285/（704.62n）1000215MPa；则：n43.3根，由于布置过密，无法实现腹板处加密处理，故无法

5、使用，考虑更换构建。假设设置20根，则反算Wn值确定选型，Wn=23285/(21520)1000=1528 cm3选择贴近此类型号的H型钢：中翼缘H型钢: HM400x300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窄翼缘H型钢: HN500x200(1)钢材牌号: Q235腹板厚度

6、: 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宽翼缘H型钢: HW350x350(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

7、.39cm截面模量折减系数: 0.95净截面模量: Wnx = 1537.10cm3 Wny = 507.30cm3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 =

8、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综上所述选择截面面积最小的窄翼缘H型钢: HN500x200(1)后下横梁设计，后下横梁考虑利用*挂篮后下托梁设计，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。剪力包络图弯矩包络图剪力绝对值为竖向支点力竖向支点力之和Nhxhl=挂篮底模平台纵梁最大剪力和为2156.21KN（上节计算），2156

9、.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，则最大竖向支点力为N4=Kn4=171.972.333=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: HN400x200(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

10、 = 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 = 164.82cm3f = 215.00N/mm2, fv = 125.00N/mm2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。前下横梁设计，考虑利用*挂篮后下托梁设计，以2-2

11、断面为计算模型，以2-2断面为计算荷载，建立计算模型如图，得出各部分杆件的弯矩和剪力关系。单位: 集中荷载-kN 集中弯矩-kNm 其他荷载-kN/m剪力包络图单位: kN弯矩包络图单位: kNm剪力绝对值为竖向支点力竖向支点力和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，则最大竖向支点力为N8=K2n8=2.23118=263KN，单根32精扎罗纹锚固力为668.06KN，满足要求。混凝土浇筑及走行状态同后下横梁不再进行计算，满足要求。前上横梁设计断面大于前下横梁

12、不再进行计算，满足要求。2、桁架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：剪力包络图弯矩包络图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234.38KN1=296.13/773.708=0.3832=234.38/773.708=0.303则中桁片受力为0.3831645.21=630KN

13、，边桁片受力为0.3031645.21=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20160Q345钢制作，扣除开工50mm，其计算抗拉强度265Mpa，则FL=160265202=1696KN2875KN（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11050.79=875KN），满足要求，但是由于成品弦杆前后梁开孔，断面削减50m

14、m，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40160，扣除吊带开孔则吊带则计算为2Fad=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，使用前吊带改装前弦杆。后吊带计算相同。使用原挂篮吊带改装；*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，更换为*挂篮底模淘汰的窄翼缘H型钢: HN350x175(2)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

15、度为L=5.44m，为2力杆，HN350x175窄翼缘H型钢组合梁作为斜向支撑，采用排2根H型钢组合。 窄翼缘H型钢: N350x175(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 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mx = 1.00my = 1.00计算长度l0x = 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.

16、00N/mm2 N1 = 4 f An 4 = 4869kN lx = 25，ly = 50，得稳定系数j1为0.953，j2为0.856，由于桁架纵向受力为x轴取j1， N1 = fj1A =4640kN，N12Fc=2780KN。N2 = fj2A =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bd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: HN400x200(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: Q235x平面内y平面内构件长度l =

17、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mx = 1.00my = 1.00计算长度l0x = 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 lx = 33.09 ly = 119.96得稳定系数j为0.437 N2 = 1.00fjA = 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 + 0.1100.

18、00)= 20.00，式中, l-两主轴方向长细比的较大值; 当l 100 时，取l = 100. 翼缘稳定满足。腹板净高h0与其厚度tw之比: = (25 + 0.5100.00)= 75.00 l-两主轴方向长细比的较大值; 当l 100 时，取l = 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l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H型钢: HN400x200(2)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Fb=760.37KN，考虑2倍的安全系数2Fb=1520.74KN，选用830Mpa直径32mm精扎罗纹钢筋锚固，计算需要2.3根精扎罗纹，对称取4根，即每个桁片后锚需要4根32mm精扎罗纹。中桁架设计：中桁架考虑使用原挂篮底托下来的HN350x175(2)作为中桁架设计杆件，由于中桁架主要承担挂篮走行过程中底模和侧模总量，侧膜和底模重量假定为G=700KN，假设为简支梁，型心位于底模平台纵向中心位置，则挂篮走行过程中前面2吊点承担重量=中桁架2个吊点重量，单个吊点承担重量为1/4G，考