特大桥箱梁典型菱形挂篮计算书

1、.1目目 录录 第第 1 部分部分 设计计算说明设计计算说明.21.1 设计依据.21.2 工程概况.21.3 挂篮设计.31.3.1 主要技术参数.31.3.2 挂篮构造.31.3.3 挂篮计算设计荷载及组合.31.3.4 梁段截面分区.3第第 2 部分部分 底模结构计算底模结构计算.42.1 面板和小楞验算.42.1.1面板和小楞的参数.42.1.2面板所受荷载.52.1.3面板和小楞的计算模型.52.1.4强度验算.52.1.5刚度验算.62.2 底模纵梁检算.72.2.1 构造.72.2.2 强度分析.72.2.3 刚度分析.9第第 3 部分部分 侧模结构计算侧模结构计算.93.1 侧

2、模构造.93.2 荷载.103.3 侧模面板强度验算.103.4 侧模横向小肋8 计算.103.4.1结构特点.103.4.2载荷分析.113.4.3强度验算.113.4.4挠度验算.12第第 4 部分部分 挂篮各横梁结构分析挂篮各横梁结构分析.124.1 后下横梁结构分析.124.2 前下横梁结构分析.154.3 外模滑梁结构分析.154.4 内模滑梁结构分析.184.5 前上横梁结构分析.21第第 5 部分部分 主桁架结构分析主桁架结构分析.245.1 构造.245.2 载荷分析.255.3 建模.255.4 分析，结果提取.25第第 6 部分部分 混凝土强度，挂篮抗倾翻，钢吊带及主桁连接

3、销检算混凝土强度，挂篮抗倾翻，钢吊带及主桁连接销检算.27.26.1 主桁后锚点混凝土强度计算.276.2 后下横梁后锚点混凝土强度计算.276.3 挂篮浇注时后锚抗倾覆计算.286.4 挂篮行走时轨道的抗倾覆计算.286.5 计算前上横梁吊带伸长量.296.6 主桁连接销计算.29第第 1 部分部分 设计计算说明设计计算说明1.1 设计依据设计依据通桥（2008）2368A- 60m+100m+60m 无砟轨道预应力混凝土连续梁（双线）相关设计图纸；铁路桥涵施工规范TB10203-2002；钢结构设计规范GB50017-2003铁路混凝土与砌体工程施工规范TB10210-2001铁路桥梁钢结

4、构设计规范TB10002.2-20051.2 工程概况工程概况本桥为向莆铁路 FJ-3A 标连续梁，桥跨结构为 60m+100m+60m 的变截面单室连续梁，采用垂直腹板。箱梁顶宽 13.4m，底宽 6.7m，翼缘板长 3.35m，支点处梁高为 7.85m，跨中梁高为 5.046m，梁高及地板厚按二次抛物线变化，腹板厚 100cm（支点）60cm（跨中） ，底板厚度为 120cm（支点）40cm（跨中） ，顶板厚度为 40cm。该特大桥箱梁主跨采用悬臂浇筑施工法，边跨采用支架施工。箱梁 0#块梁端长度为 7m，边、中合拢段长度为 2m；设计计算取 1#块，重量为 158t。该桥箱梁悬臂浇注拟采

5、用菱形挂篮进行施工。.31.3 挂篮设计挂篮设计1.3.1 主要技术参数主要技术参数 砼容重 GC26kN/m3； 钢容重 Gs=78kN/m3，钢弹性模量 Es2.1105MPa； 材料容许应力： #Q235140MPa135MPa80MPa200MPa40 Cr460MPa460MPa230Mpaww钢: ，端部承压钢: ，1.3.2 挂篮构造挂篮构造挂篮为菱形挂篮，菱形主桁片由 232b 普通热轧槽钢组成的箱形截面杆件构成，前横梁由 2I40a 普通热轧工字钢组成，底篮前、后横梁由 240b 普通热轧槽钢组成，底篮纵梁为 I28b 普通热轧工字钢，吊杆采用 精轧螺纹钢。1.3.3 挂篮计

6、算设计荷载及组合挂篮计算设计荷载及组合（1）悬臂浇筑砼结构最大重量1650kN，钢筋混凝土重力密度取26kN/m3；（2）模板自重按设计图纸中模板自重计算；（2）人群及机具荷载,计算模板板材和小楞时取2.5kPa，计算支撑小楞的纵梁时取1.5kPa。（3）超载系数取 k1=1.05；（4）新浇砼动力系数取 k2=1.2；（5）挂篮行走时的冲击系数取 k3=1.1；（6）抗倾覆稳定系数2.0。1.3.4 梁段截面分区梁段截面分区充分考虑挂篮的安全性，根据半桥结构立面图分析，以 1#块混凝土砼截面为参考截面得出混凝土混合截面，并以此为研究对象，以 2.5m 为浇注计算长.4度。为便于计算，将梁段截

7、面分为如下几个区（见图 1.1）由图 1.1 可以分别计算以上几区的近似载荷：1区载荷： G1=2.60.43.352.5=8.71t；图 1.1 梁段截面分区示意图2区载荷： G2=2.61.0（7.193+6.85）/22.5=45.64t；3区载荷： G3=2.64.70.42.5=12.22t；4区载荷： G3=2.64.71.22.5=36.66t；一节混凝土全重: G=2*G1+2*G2+G3+G4=157.58t158t；第第 2 部分部分 底模结构计算底模结构计算2.1 面板面板和小楞验算和小楞验算2.1.1 面板面板和小楞的参数和小楞的参数面板支撑在由 L50505 和8 组

8、成的小楞上，每个小格的尺寸为lalb=416mm440mm，面板厚度 h=5mm，长宽比 lb/la=440/4161.1。.52.1.2 面板所受荷载面板所受荷载由混凝土梁段分区可知，1#梁段下部混凝土对底模面板的压力最大，其值为：P1=cH1=267.193=187kN/m2面板在腹板底部的最小压力为：P2=cH2=266.85=178kN/m22.1.3 面板和小楞的计算模型面板和小楞的计算模型腹板下部模板受力最大，使用 Midas civil 对腹板下部面板和小楞系统进行板单元建模，网格划分较密，单元的厚度和长度比小于 1/10，故采用厚板单元。在槽钢下部和纵梁接触处的节点出设置竖向支

9、撑，荷载采用根据腹板高度线性变化的均布荷载、模板自重和混凝土振捣荷载，模型如图 2.1 所示：图 2.1 腹板下部面板和小楞计算模型2.1.4 强度验算强度验算模型的正应力状态如图 2.2 所示，剪应力如图 2.3 所示。由图可见，最大正应力：=136.7MPa=140MPa，符合规范要求；最大剪应力 =69.9MPa1.3*=1.3*80=104MPa（1.3 为临时结构容许应力放大系数） ，符合规范要求。.6图 2.2 底模正应力图 2.3 底模剪应力2.1.5 刚度验算刚度验算（1）L50505 的变形验算角钢所受最大均布荷载为：q=1870.416=77.8kN/m按保守计算，角钢看作

10、支撑在槽钢上的简支梁，则最大变形为：max=5ql4/384EI=544.81030.444/（3842.110111.12110-7）.7=0.00093ml/400=0.0011m（2）8 的变形验算8 支撑在纵梁上，在腹板处的最大跨度为 336mm，小于角钢的间距，所以8 的变形自动满足规范要求。2.2 底模纵梁检算底模纵梁检算2.2.1 构造构造底板纵梁选用I36b工字钢，其截面特性为:Wz=9.2110-4m3 Iy=1.657410-4m4以 2#块混凝土底纵梁为研究对象，腹板下有 4 根纵梁，每根纵梁有效作用范围为 0.25m，底板纵梁载荷状况见表 2.1，底板纵梁荷载见图 2.

11、4：表2.1 底板纵梁荷载分析表工况：1#块浇筑1底板砼压力（混凝土腹板下部）kN/m21872底板砼设计载荷（0.25米作用范围） kN/m1.05*1.2*187*0.2558.93施工荷载kN/m2.5*0.3=0.754底模自重kN/m0.25纵梁自重kN/m0.386荷载取值（纵梁间距0.25m）kN/m56.1+0.75+0.24+0.3860.2q=60.2kN/mAB图 2.4 底模纵梁受力分析示意图2.2.2 强度分析强度分析由上图载荷可知：RA=60.2*2.5*3.25/4.9.8=99.8kNRB=60.2*2.5-99.8=50.7kN设最大弯矩出现在距离 A 点 x

12、 处，则弯矩值为：99.860.2 (0.4) (0.4)/ 2Mxxx对弯矩求导，有：99.860.2 (0.4)Mx 当导数为零时，有：x=2.06此时，最大弯矩为：2max99.8 2.0660.2 (2.060.4) / 2122.6kN mM利用 Midas civil 建模，正应力如图 2.5 所示，剪应力如图 2.6 所示，由图可见，最大正应力：max=133MPa=140MPa，符合规范要求。最大剪应力：max=27.4MPa，混凝土浇筑时侧压力的标准值：由式 Fc=72v/(v+1.6)取 =4m/h(浇筑速度)有：Fc=72*4/(4+1.6)=51.4kN/2，倾倒混凝土

13、时产生的水平荷载设计值为：2kN/3，总荷载设计值为:F0=51.4+2=53.4 kN/3.3 侧模面板强度验算侧模面板强度验算侧模可当作支撑在小楞8 上的连续梁，8 间距 400mm，取单宽面板进行强度验算。梁的最大弯矩为：22max0.08990.0899*53.4*0.40.768kN mMql单宽板的截面抵抗矩为：226311*0.006 /66 10 m6zWbh最大正应力：，符合规范要求。 maxmax6768128MPa140MPa6 10zMW最大剪力：Qmax=0.5ql=0.5*53.4*0.4=10.7kN最大剪应力：max=3Qmax/2A=3*10.7*103/(2

14、*0.006*1.0)=2.7MPa=80MPa，符合规范要求。3.4 侧模横向小肋侧模横向小肋8 计算计算3.4.1 结构特点结构特点8 的截面面积：A=1.02410-3m2.11截面抗弯惯性矩：Iy=1.01310-6m4截面抵抗矩：W=2.532510-5m3面板与背肋组成的组合截面(见图 3.1)图 3.1 侧模肋及面板结构示意图经计算，组合截面的抗弯惯性矩为：642.2734 10Im惯性中心距离上下边界的距离分别为：y1=15.4mm, y2=70.6mm组合截面的截面抵抗矩为：63532.2734 10/70.6 103.22 10 mW截面静矩为：Sx=1.111710-5m

15、33.4.2 载荷分析载荷分析8 与面板组合梁受力分析可以看作为以相邻两竖向桁架为支点的简支梁，均布荷载大小为：53.4 0.421.36kN/mq 3.4.3 强度验算强度验算：均布荷载作用在简支梁上，最大弯矩为：22max11*21.36*0.9752.54kN m88Mql则最大弯曲应力为：，满足规范要求。 maxmax5254078.9MPa140MPa3.22 10MW.12最大剪力为：Qmax=0.5*ql=0.5*21.36*0.975=10.4kN最大剪应力为：max=QSz/bIz=10.4*103*1.1117*10-5/（0.005*2.2734*10-6）=10.2MP

16、a=80MPa，符合规范要求。可由此得，组合肋强度满足要求。3.4.4 挠度验算挠度验算434max11655 21.36 100.975384384 2.1 102.2734 100.9750.00053m0.00244m400400qlEIl可由此得，组合肋刚度满足要求。第第 4 部分部分 挂篮各横梁结构分析挂篮各横梁结构分析4.1 后下横梁结构分析后下横梁结构分析后下横梁由 2 根工 40b 组成，承担底板、肋板及部分翼板的荷载。从机械设计手册可查出，每根工字钢的截面特性：A=9.40710-3m2, I=2.278110-4m4。根据施工图及挂篮后下横梁吊点分布的位置可将每根工字钢受力

17、简化为以下的受力模式（图 4.1）：F1F2F3F4F5F6F7F8F1F2F3F4F5F6F7F8图 4.1 后下横梁简化结构分析示意图.13图中每个集中荷载代表纵梁对横梁的作用力，由 2.2.2 分析可知，后横梁所承担的混凝土和模板自重的比例为 99.8/（99.8+50.7）=66.3%，前横梁承担的比例为 33.7%。根据施工图和挂篮设计图，每个集中荷载可计算如下：11.05*1.2*(0.0580.265/ 2)* 187*2.5(2.50.20.38)*4.9 *0.663/ 238.4kNF 21.05*1.2*(0.336/ 20.265/ 2)* 187*2.5(2.50.2

18、0.38)*4.9 *0.663/ 260.6kNF 31.05*1.2*(0.336/ 20.246/ 2)* 187*2.5(2.50.20.38)*4.9 *0.663/ 258.7kNF 41.05*1.2*187*(0.0950.246/ 2)*2.531.2*(0.32/ 20.095)*2.5(2.50.20.38)*(0.264/ 20.32/ 2)*4.9*0.663/ 246.5kNF 51.05*1.2*0.32* 31.2*2.5(2.50.20.38)*4.9 *0.663/ 212.4kNF 61.05*1.2*(0.32/ 20.72/ 2)* 31.2*2.5(

19、2.50.20.38)*4.9 *0.663/ 220.2kNF 71.05*1.2*0.72* 31.2*2.5(2.50.20.38)*4.9 *0.663/ 228kNF 81.05*1.2*0.72* 31.2*2.5(2.50.20.38)*4.9 *0.663/ 228kNF 采用 Midas civil 软件对后下横梁进行建模和计算分析，梁单元应力如图4.2 所示：图 4.2 后下横梁弯矩图.14后下横梁应力如图 4.3 所示，由图可见，梁单元在自重、混凝土荷载、施工荷载作用下，最大等效应力：max=51.6MPa=140MPa，符合规范要求。图 4.3 后下横梁应力图后下横梁变

20、形如图 4.4 所示，由图可见，梁单元在组合荷载作用下的最大变形：max=1.5mml/400=4700/400=11.75mm，符合规范要求。图 4.4 后下横梁变形图后下横梁剪应力如图 4.5 所示，由图可见，在组合荷载作用下梁单元的最大剪应力：max=35.5MPa=80MPa，符合规范要求。.15图 4.5 后下横梁剪应力4.2 前下横梁结构分析前下横梁结构分析由于前下横梁和后下横梁均由 2 根工 40b 组成，两个横梁所受荷载的位置相同，前下横梁所受荷载值小于后下横梁（约为后下横梁的 1/2） ，后下横梁的强度和变形均符合规范要求，故前下横梁不必验算，自动满足规范要求。4.3 外模滑

21、梁外模滑梁结构分析结构分析浇注混凝土时，外模滑梁受力为 1#区域混凝土重量加外模重量；根据前面分析，1#区域混凝土重 G1=87.1kN，模板和外桁架重 57.6kN，则外模滑梁受总力 F=87.1+230.5=317.6kN。作用力通过外模桁架，分 6 个点作用在滑梁上，4个集中力大小分别为 F1、F2、F3、F4、F5和 F6；外模滑梁由两根25b 槽钢组焊而成。(图 4.6).16F1F2F3F4F5F6图 4.6 外模滑梁简化分析示意图外模滑梁在一侧有两根，将外模自重和 1#区域混凝土重量按照各桁架所作用的区域分配到一根梁上，有：F1=57.6*（100+975/2）/4300/2=4

22、.0kNF2=57.6*975/4300/2=6.6kNF3=57.6*（200/2+975/2）/4300+1.05*1.2*87.1*(250+200/2)/2500/2=11.7kNF4=57.6*（200/2+975/2）/4300+1.05*1.2*87.1*(975/2+200/2)/2500/2=16.9kNF5=57.6*975/4300+1.05*1.2*87.1*975/2500/2=28.0kNF6=57.6*（100+975/2）/4300+1.05*1.2*87.1*975/2/2500/2=14.7kN采用有限元分析软件 Midas civil 对外模滑梁进行结构分

23、析。杆件简化为双25b 截面，简支结构，左节点施加 X，Y 位移约束，右节点施加 y 向约束。经过软件分析，外模滑横梁的变形图见图 4.7，正应力图见图 4.8，剪应力见图 4.9。前点支反力 RA=33.2kN，后点支反力 RB=51.7kN。.17图 4.7 外模滑梁变形图由上图可以看出,外模滑梁最大变形量：max=10.3mmL/250=4900/400=12.5mm，符合规范要求。图 4.8 外模滑梁正应力图由上图可以看出，外模滑梁所受最大正应力：max=111.3MPa.18=140MPa，符合规范要求。图 4.9 外模滑梁剪应力图由上图可以看出，外模滑梁所受最大剪应力：max=13

24、.8MPa=80MPa，符合规范要求综合上述分析结果，外模滑梁设计符合要求。4.4 内模滑梁内模滑梁结构分析结构分析浇注混凝土时，内模滑梁受力为 3#区域混凝土重量加内模重量；根据前面分析，3#区域混凝土重 122.2kN，半片为 61.1kN，内模重 45.8kN，半片为22.9kN。作用力通过内模骨架，分 5 个点作用在滑梁上，5 个集中力大小都为分别为 F1、F2、F3、F4和 F5；两根内模滑梁分别由两根25b 槽钢组焊而成。内模滑梁计算图式如图 4.10 所示。F1F2F3F4F5.19图 4.10 内模滑梁简化分析示意图根据内模自重和梁段的位置，各力数值如下：F1=22.9/4/2

25、=2.9kNF2=22.9/4=5.7kNF3=22.9/4+1.05*1.2*61.1*(2500-988-1036+988/2)/2500=35.6kNF4=22.9/4+1.05*1.2*61.1*（988+1036）/2/2500=36.9kNF5=22.9/4/2+1.05*1.2*61.1*1036/2/2500=18.9kN采用 Midas civil 对内模滑梁进行建模，杆件简化为双25b 截面，简支结构，左节点施加 X，Y 位移约束，右节点施加 y 向约束。材料参数为 Q235b 材质，抗拉强度为 145MPa,抗弯强度为 140MPa。模型如图 4.11 所示。-2.9-5

26、.7-35.6-36.9-18.9图 4.11 内模滑梁 Midas 建模经过软件分析,内模滑梁的变形图见图 4.12，正应力图见图 4.13，剪应力见图 4.14。由图 4.12 可见，梁的最大变形为 12.9mm4900/250=19.6mm，符合规范要求；由图 4.13 可见，最大应力为 141MPa1.3=182MPa， （1.3 为临时结构容许应力放大系数）符合规范要求；由图 4.14 可见，最大剪应力为17.3MPa.20=80MPa，符合规范要求。后点支反力 RA=65kN，前点支反力 RB=38kN。图 4.12 内模滑梁变形图图 4.13 内模滑梁应力图.21图 4.13 内

27、模滑梁应力图4.5 前上横梁结构分析前上横梁结构分析前上横梁由 I40a 工字钢组成，从机械设计手册可查出每根工字钢的参数:A=8.60710-3m2 I=2.171410-4m4根据施工图及挂篮前上横梁吊点分布的位置可简化为以下的受力模式（图4.15）：F3F4F5F1F2F3F4F5F1F2图 4.15 前上横梁简化结构分析示意图由外模滑梁分析可知：F1=F2=66.4kN由后下横梁中分析和前后下横梁荷载分配比例可知：F3=54kNF4=246.4kN.22由内模滑梁分析可知：F5=76kN可得主桁架前支点受力大小：F=2*(F1+F2+F3+F4+F5)=2*(66.4+66.4+54+

28、246.4+76)=1018.4kN利用 Midas civil 对前上横梁进行建模，模型如图 4.16 所示，前上横梁的变形图见图 4.17，正应力图见图 4.18，剪应力见图 4.19。节点支反力为512.2kN。-66400.0-66400.0-54000.0-246400.0-76000.0-66400.0-66400.0-54000.0-246400.0-76000.0图 4.16 前上横梁模型.23图 4.17 前上横梁变形图由上图可以看出,前上横梁最大变形量为1.5mmL/400=6160/400=15.4mm，符合规范要求。图 4.18 前上横梁正应力图由上图可以看出，前上横梁

29、顶面最大应力为 118.7MPa140Mpa，符合规范要求。.24图 4.19 前上横梁剪应力图由上图可见，前上横梁最大剪应力为 89MPa1.3=1.3*80=104MPa，符合规范要求。第第 5 部分部分 主桁架结构分析主桁架结构分析5.1 构造构造主桁架为菱形桁架，所有杆件均为32b,主桁结构简化受力分析示意图如下：ABCD.25图 5.1 主桁架简化结构分析示意图5.2 载荷分析载荷分析在进行混凝土浇注时，桁架所受的载荷最大。其载荷包括，混凝土砼重，模板重，施工载荷重量（人，工具，机器） ，由前上横梁计算得出桁架受力 F值为 512.2kN。5.3 建模建模采用 Midas civil

30、 对主桁架进行结构分析。杆件简化为双32b 截面，菱形桁架结构，A 节点施加全约束，C 节点施加 y 向约束。材料参数为 Q235b 材质，抗拉强度为 145Mpa，抗弯强度为 140MPa。模型单元选用桁架单元，为可承受拉、压作用的单轴单元。模型如图 5.2 所示。-506.0图 5.2 主桁模型图5.4 分析，结果提取分析，结果提取经 Midas civil 软件对主桁架分析计算后，各杆件位移图见图 5.3，应力图见图 5.4。.26图 5.3 主桁受力后各杆件位移图由上图可看出，主桁最大变形出现在 D 节点处，变形量为 18.2mm图 5.4 主桁受力后各杆应力图可以看出，结构最大轴力出

31、现在 AC 杆，最大拉应力为 92.6MPa2，符合规范要求。6.4 挂篮行走时轨道的抗倾覆计算挂篮行走时轨道的抗倾覆计算因为轨道设计的锚固方式为采用竖向预应力筋锚固，所以，轨道可以在任何有竖向预应力筋的地方锚固。计算轨道锚固抗倾覆时候，只计算轨道锚固定在最后一根竖向预应力筋的情况。.29挂篮行走时轨道锚固承受下部模板重量和一些施工辅助设施，这部分载荷为 500kN；轨道设定锚固 9 个点（两个相邻竖向预应力钢筋间距为 500mm） ，锚固用 PS830 级 25 精轧螺纹钢，有效截面面积为：A=3.140.01252=0.000491则 25 精轧螺纹钢所受最大拉力为：F=0.0004911080=531kN抗倾覆系数 K=抗倾覆力矩倾覆力矩抗倾覆力矩=F（0.5+1.0+1.5+2.0+2.5+3.0+3.5+4.0+4.5）=40.55