天津特大桥菱形挂篮设计计算附图

1、60+100+60m菱形挂篮计算说明书目录第1章 设计计算说明31.1 设计依据31.2 工程概况31.3 挂篮设计31.3.1 主要技术参数31.3.2 挂篮构造41.3.3 挂篮计算设计荷载及组合41.3.4 内力符号规定5第2章 挂篮底托系统计算62.1底托系统计算6主纵梁的计算（腹板）6次纵梁的计算（底板）82.1.3 底托梁计算9吊带（杆）计算：12后托梁行走工况142.2前横梁计算15浇筑状态前横梁计算（按4#梁段计算）152.22行走状态前横梁计算162.3挂篮主桁架计算17后锚系统的抗倾覆安全计算17主构架各杆算192.3.3 销轴计算20挂篮空载行走时受力计算21侧面吊架的计

2、算22主构架点板焊缝强度计算26竖杆轴心受压稳定性计算27第1章 设计计算说明1.1 设计依据1、无砟轨道(60+100+60)m预应力混凝土连续梁图纸，图号：通桥（2008）2368A-2、公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000；3、钢结构设计规范GBJ17-88；4、起重机设计规范GB3811-88；5、铁路桥涵施工技术规范TB10203-2002； 1.2 工程概况主桥桥跨组成为60+100+60m的单箱单室连续梁。箱梁顶宽12m，翼缘板长2.65m，支点处梁高7.85m，跨中梁高4.850m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板厚100cm（支点）至60cm折线变化，底板厚度为120

3、cm（支点）至40cm按直线线性变化，顶板厚度40cm。 0#块梁段长度为14m，合拢段长度为2.0m,边跨直线段长度为9.75m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为4#块，其重量为159吨，第一块重为157吨。该特大桥箱梁悬臂浇注段采用菱形挂篮施工。1.3 挂篮设计 主要技术参数砼自重GC26kN/m3；、钢弹性模量Es2.1105MPa；、材料强度设计值：Q235钢 =140Mp，w=145Mp，=85MpQ345钢 =200N/mm2，w=210Mp，=120 N/mm2 挂篮构造挂篮为菱形挂篮，由236a普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成，前横梁由双HN500*200*10*16型钢组成，底篮

4、前托梁由2I36a普通热轧槽钢组成，底篮后托梁由2I36a普通热轧槽钢组成，底篮腹板下纵梁为HN400*200*8*13型钢，吊杆采用32精轧螺纹钢，吊带采用25mm的钢带（Q345B）。主桁系统重13.5t、前横梁3.9t，行走系统重5.5t、底篮14.5t（包括底模重）、侧模重16.9t、内模系统重5.07t、端模重0.5t（估算），外侧模吊提梁、吊杆及其他吊具重5.74t，整个挂篮系统重65.61t。 挂篮计算设计荷载及组合 、荷载系数混凝土浇筑时超灌系数：1.05；挂篮空载行走时的冲击系数1.3；预压最大载荷系数1.3、主要设计参数：允许最大变形（含吊杆或吊带变形的总和）：20mm；浇

5、筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0。、作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取1#块计算。1#块段长度为2.7m，按140t计算载荷；施工机具及人群荷载：2.5kN/m2；、荷载组合挂篮浇注混凝土时强度计算：挂篮自重+砼重+施工机具及人群荷载浇注混凝土刚度计算：砼重量+挂篮自重挂篮前进时稳定性计算：挂篮自重+冲击荷载（0.3*挂篮自重）说明，为提高安全性，刚度计算时的荷载按强度的荷载计算。 内力符号规定轴力：拉力为正，压力为负；应力：拉应力为正，压应力为负；其它内力规定同结构力学的规定第2章 挂篮底托系统计算2.1底托系统计算1#块梁段长度为2.5m，重量为154.778t，4#块梁

6、长3.0m，重量为159.625吨。主纵梁的计算（腹板）箱梁梁段两端高度分别为7.193m和6.895m，主纵梁间腹板宽1.0m（每边由4片主纵梁承受），主纵梁间距为0.2m，模板重量按1.46kN/m2计，模板荷载为：人群及机具荷载为：倾倒和振捣混凝土产生的荷载；第1块两端混凝土线性荷载分别为： 1#块每根腹板下主纵梁的荷载为：主纵梁的受力及计算模型如图2-1、2-2所示。1#块支点反力分别为：RA=99852.69N（99852.69/155594.9764）RB=55712.28N（1-6436）跨中弯矩为： 图2-1（1#块） 图2-2（1#块弯矩图）底纵梁选用HN400200813，

7、查表知其截面特性参数为：应力为：f=145N/mm2 ,满足要求。 根据上述模型计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为：4930/400=12.33mm由以上计算可知，腹板下主纵梁的强度和刚度均满足要求。次纵梁的计算（底板）次纵梁按4#梁段计算。计算混凝土厚度0.963m0.907m，底板荷载由6根纵梁承担。底板混凝土荷载： 模板重量按1kN/m2计，模板荷载为：人群及机具荷载：倾倒和振捣混凝土产生的荷载：每根底板下纵梁的荷载为： 计算模型如图所示：图1 底板下纵梁受力计算图支点反力分别为RA=34.053.01（1.37+3.01x0.5）/4.93=59.55kNRB=34.0

8、53.01（0.55+3.01x0.5）/4.93=42.55kN最大弯矩底纵梁选用HN400200813，查表知其截面特性参数为： 强度计算： 刚度计算：由以上计算可知，底板下纵梁强度和刚度均满足要求。2.1.3 底托梁计算后托梁浇注状态（按4#梁段计算）,由底板下纵梁的计算可知，支座反力RA=59.55KN , RA=42.55KN，。因此前托梁承担底部荷载的42%，后托梁承担底部荷载的58%。故在此只对后托梁在浇注状态进行受力分析。荷载：后托梁承担底部荷载的58%对于4#梁段，取腹板的平均厚度为0.9m。则，腹板处混凝土线荷载为：模板重量按1.0kN/m2计，模板荷载为：人群及机具荷载为

9、：倾倒和振捣混凝土产生的荷载；则：底纵梁自重：3.7KN故，对于后托梁：腹板处每根底纵梁的集中荷载：kN底板处每根底纵梁的集中荷载：kN后托梁自重产生的荷载为1.88KN/m用结构计算软件进行受力分析，后托梁浇注状态受力模型如图所示： 图2 后托梁结构计算模型 图3 后托梁弯矩图(单位: Nmm) 图4 后托梁剪力图(单位: N)后托梁由双36a槽钢组成的箱形结构， 截面形式如图所示：图5后托梁型钢组合截面查表知36a槽钢组成的箱形结构截面特性参数为：强度计算：刚度计算： 图7由钢结构计算软件计算可知，最大竖向位移产生在单元1（6）的端头，如图7所示。由以上计算可知，后托梁在浇注状态下，强度和

10、刚度均满足要求.前、后托梁的强度刚度均满足设计要求！2.1.4吊带（杆）计算：由于第4块是最不利，所以按第4块的所承受的力计算，力由内侧吊带承受其截面如下：吊带所承受的最大力P=365135.31N，吊带采用Q345B的25mm钢板，耳板采用Q235的20mm厚的钢板。（1）耳板的挤压应力计算：单挤压面得挤压应力=P/A/2=365135.31/(5020)/2=182N21.4【】=238MPa，故满足要求。耳板销孔拉板的强度计算：=KP/2a=1.4365135.31/（502022） =165.74N21.4【】=203MPa吊带销孔壁承压应力计算：挤压面得挤压应力=P/A=365135

11、.31/(5025) =292N21.4【】=294MPa，故满足要求。吊带销孔拉板的强度计算：= kP/2a=1.4365135.31/（50252） =204N2【】=210MPa经计算吊带能满足要求。吊杆强度计算：后吊杆（单侧）假定载苛全部由后吊杆承受由剪力图：吊杆最大力Nmax =200849.12N 32精扎螺纹钢承力/804249.81N/ mm2，屈服极限750Mpa所以选用32精扎螺纹钢满足要求。后托梁行走工况行走工况下，后托梁承担底模模板、纵梁及外侧模荷载的50%。底模模板产生的均布荷载为3.88/2=1.94KN/m纵梁自重集中荷载力为3.7/2=1.85KN后托梁自重产生

12、的均布荷载为1.88KN/m单侧外侧模集中力荷载为16.910/4=42.25KN,支点荷载为42.25+1.85=44.1KN图9 弯矩图(KNm)图10 剪力图(KN)强度计算： 刚度计算：由钢结构计算软件计算可知，最大挠度出现在单元杆件2的中央部位，如图11所示。图11 位移图(mm)最大挠度值为由以上计算可知，后托梁在行走工况下，强度及刚度均满足要求。2.2前横梁计算浇筑状态前横梁计算（按4#梁段计算）将外侧模及底模吊带按集中荷载考虑计算简图如图所示P1=30.47KN，P2=60.94KN，P3=61.36KN，P4=249.75KN，P5= 71.02KN材料：双HN500*200

13、 参数：2A0=18632.35mm2 Ix=449667495.5mm4 Wx=2248337.47mm3弯矩及支点反力由SM-Solver计算得见图 图2-10前横梁弯矩图(单位:kNm)图2-11前横梁剪力图(单位:kN)=160N/mm2最大剪应力：,满足要求。前横梁的变形：6100/50012.2mm，故，变形满足设计要求。2.22行走状态前横梁计算挂篮倒退时，前横梁各承担底托系统、外侧模及提吊系统的荷载的12.5%，冲击荷载系数取1.3，侧模及提吊扁担梁：P=19.06101.312.5%=30972.5N，底托：P=14.5101.312.5%=23562.5N， 受力简图 弯矩

14、图剪力图最大位置值为 14.593700/250=14.8mm，在充许范围内。2.3挂篮主桁架计算后锚系统的抗倾覆安全计算 混凝土重量+预压最大载荷系数：前吊点承担混凝土荷载的42%，即： =2075.19*42%=871.58kN 挂篮荷载：前横梁重38KN 前吊点承担底篮、侧模、内模、端模、操作平台的50荷载：P1=46.61101.20.5=280kN 前吊点承担人群和机具荷载的50，P2=2.5121.40.5=21kN 倾倒和振捣混凝土荷载的45，P3=4121.40.5=33.6kN单片主桁前吊点荷载 结构计算简图25mm的精轧螺纹钢筋抗拉强度为384KN，竖向预应力筋7根后锚，F

15、=384x7=2688KN。由结构等效简图，后锚力为：Q689.14KN则：Q=684.432688KN 安全系数S=2688/689.14=3.9主构架各杆算主桁各杆件均由普通热轧236a槽钢组成，截面特性如下：，Wx1296440.95计算简图 轴力图下弦杆和前斜杆受压，且受力最大，N1964796N；N21185641.29N，故应力为： ，故满足要求； ，故满足要求。由此可知，其他杆件均能满足设计要求。根据公路桥涵施工技术规范允许最大变形量（包括吊带变形的总和）：20mm由计算解得，3#杆端的纵向位移值v=16mm，由于各杆件均为铰接，其杆端位移值均在杆件的弹性形变范围内。吊杆的形变量

16、在做挂篮的混凝土荷载实验时，应记录相关数据，作为浇注各混凝土时的位移提前量的依据，每次浇注时，应将吊杆的形变量计算在千斤顶所调节吊杆高度数值以内，由此抵消吊杆因受拉变形而引起的杆端位移值变化。结构件的整体变形为前横梁，底托梁，菱形架以及吊带的变形的累加菱形架的最大变形为：116mm吊杆的最大变形为：2FL/(EA)264410*11550/210000/（25*150）3.9mm总变形为：1+216+3.919.9mm 销轴计算1、销轴采用40Cr,其许用剪应力=234,销轴直径采用D=78.5mm销轴抗剪强度验算:=245MPa该销轴为双剪，245/2122.5MPa MPa所以满足要求.2

17、、销孔拉板的计算 销孔壁承压应力验算 销孔的直径是D=80mm=224Mp所以=63mm由于是两边同时承受力，所以一边销孔拉板厚度是31.5mm所以连接板采用20mm,再在槽钢内壁加上一块16mm的补强板。3、拉板顺受力方向的最大应力该板为双剪，259.36/2129.68 MPa 所以满足要求。挂篮空载行走时受力计算 行走受力计算挂篮空载前移时，只靠反扣轮及配重平衡其倾覆力，每个反扣轮的极限承载力为90.8KN。挂篮的前横梁、底模系、侧模、内模、端模、吊带系统以及操作平台等总重466KN，故作用于主构架前吊点的荷载为：P1=233KN，考虑冲击荷载后，单个前吊点荷载为：P=2331.3/2=

18、151.45kN 主桁结构计算简图如下图所示， 主桁结构计算简图设后锚力为Q，则：Q=（33.75*2.45+4.9*151.45-33.75*2.45）/4.9151.45KN每片桁架后有两对反扣轮，则每个轮子承载的压力为：151.45/4=37.86KN90.8KN，安全系数 S=90.8KN/37.86KN=2.4， 符合要求。 小车轮压的局部影响及计算行走轨道为225b槽钢上焊有-16mm盖板，下焊有-10mm盖板，且两槽钢之间有横向加强筋，集中轮压P在腹板上边缘引起的局部挤压力悬臂梁计算：最大弯矩 M=Px=420.08=3.36KNm弯曲应力 ，满足要求。侧面吊架的计算 中门架上下弦杆由120*120*6的方管，腹杆由120*60*6方管组焊而成，中门架起到连接作用，在受到外力做用时，保证两片桁架的稳定。侧面吊架上弦杆由120*120*6方管，下弦杆由双20a槽钢，腹杆由120*60*6方管组焊而成。侧面吊架挂篮在浇筑时主要承受相应的模板和混凝土