最新整理箱梁挂篮结构验算书

1、挂篮结构验算书工程名称： 建设单位： 监理单位： 编制单位： 编制日期： 第一章 挂篮设计1 设计依据1.1xx大桥施工图纸；1.2 公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000；1.3结构力学、材料力学、桥梁工程；1.4钢结构设计规范；1.5路桥施工计算手册；2 工程概况主桥上部结构为 50+80+50m，主桥全长505.2m，单箱单室变高度预应力砼连续箱梁，单箱底宽 6.5m，两侧悬臂长 2.75m，桥宽 12m，中支点处箱梁中心梁高 4.5m，跨中箱梁中心梁高2.2m，梁高及底板厚均以二次抛物线变化。横隔板均设置了人孔以便施工。主桥箱梁采用三向预应力体系，分为纵向预应力束、支点设置横向预应

2、力钢筋和腹板设置竖向预应力钢筋。箱梁纵向分 0号现浇段、110号悬臂浇注段、合拢段及边跨现浇段，其中 0 号块段长度为10m，悬臂纵向分段长度为5*3m2*3.5m+3*4m，合拢段长度为 2.0m，边跨现浇段长度为 8.92m。主桥连续箱梁悬臂段采用三角挂篮悬臂浇筑法施工，全桥共投入 2 套（4 个）挂篮，各“T”构同时施工。悬灌梁段均一次浇筑成型，并在底板砼初凝以前全部浇筑完毕，避免产生裂缝。0#段采用在承台上搭设贝雷托架法施工，整个浇筑分二次成型，第一次浇注到腹板与翼板相接倒角处。边跨现浇段、合拢段采用搭设碗扣式满堂支架施工，在当天气温最底时一次浇筑成型。 本情况如下：3 挂篮设计3.1

3、主要材料技术参数 （1）钢筋砼自重G砼=26KN/m3； （2）钢材弹性模量E=2.1×105 MPa； （3）材料允许应力 Q235B钢w=140 MPa, =85 MPa; 精轧螺纹钢w=785 MPa, 16Mn钢板w=200 MPa, =120 MPa; 45#钢w=220 MPa, =125 MPa;3.2 挂篮构造挂篮采用三角斜拉带式挂篮，挂篮主梁为两根#工字钢组合而成，立柱采用I50#工钢，前后上横梁采用两根45#工字钢；前后下横梁采用两根45#工字钢组合而成。斜拉带采用2根200mm×30mm钢板组合而成。主桁架的拼接采用16锰结点钢板配合钢销连接，钢销采用

4、直径120mm45#钢销，在主桁架销孔处工字钢和斜拉带钢板受力处全部采用帮焊16锰A2钢板，钢板大小为400mm×400mm厚度20mm。底篮设置16根纵梁，纵梁采用两根28#工钢拼接而成。挂篮前吊带采用精轧螺纹钢10根，其中箱梁底部6根，翼缘板4根。后锚采用8根精轧螺纹钢筋。挂篮加工完毕后全部焊缝进行无破损检测。挂篮共重70t，其中主桁系统18t，行走系统10t，底篮15.3t，提升系统10.7t（前提升4.6t，后提升6.1t）外模12t，内模2.5t，张拉操作平台1.5t。箱梁最重的块为1#块112t，挂篮质量和箱梁块段重量之比（挂篮工作系数）：70/112=0.625 第二章

5、 挂篮结构复核验算1 设计工况及荷载组合 通过对挂篮施工过程进行分析得出挂篮的设计工况如下： 工况一：浇筑1#块 荷载组合为：混凝土自重+人群机具荷载+挂篮自重+模板自重； 工况二：挂篮行走 荷载组合为：挂篮自重+人群机具荷载+模板自重2 荷载取值 超载系数为：K1=1.05；混凝土浇筑时的动力系数：K2=1.2;挂篮行走冲击系数：K3=1.3；人群机具荷载为J=2.5 KPa；内外模板自重为M=15t；箱梁1#块砼重量1120KN，其自重荷载在顺桥向方向成均匀分布，在横桥向方向成非均匀分布，具体见分布图 荷载分布布置图面积a由4根纵梁均分，面积b由8根加强纵梁均分，面积c由4根纵梁均分。3

6、挂篮结构计算3.1主桁架计算荷载统计箱梁1#块共重112t，挂篮主桁系统18t底篮重15.3t，提升系统重10.7t，侧模重12t，内模重2.5t，张拉平台重1.5t。人群机械荷载为2.5KPa，箱梁底模尺寸为3m×6.5m则人群机械荷载为2.5×4.5×6=67.5KN。箱梁混凝土浇筑考虑1.05的超方系数。一侧挂篮系统有两个挂篮桁架组成，而且以上荷载总重由箱梁前端和挂篮桁架前端两者各承担一半，则挂篮单侧桁架前端所承受荷载为： G=(112×1.05+15.3+10.7+12+9+2.5+1.5)÷2÷2×10=421.5

7、KN 挂篮主桁架强度验算建立三角挂篮体系受力计算模型如下： 挂篮斜拉杆和主梁采用销轴连接，所以在计算总都采用铰接计算。以上计算单元受力为受集中荷载，集中荷载受力点为3#结点，挂篮在工况一情况下受力简图为： 在工况一情况下挂篮个杆件内部受力详见下图：挂篮个杆件截面特性为： 主梁： A=13538×2=27076 mm2； Ix=655760000×2=1311520000mm4； Wx=2342000×2=4684000mm3； 立柱： A=11925×2=23850mm2；Ix=464720000×2=89440000mm4；Wx=185888

8、0×2=3717760mm3 斜拉带： W=400×2cm3=800×103 mm3 I=8000×2cm4=16000×104 mm4 E=2.1×105 MPaA=60×2=120cm2=12000mm2通过结构力学求解器计算挂篮各杆内力见下图： 内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 -0.00000003 -334.523809 0.00000000 -0.00000003 -334.523809 -602142.857 2 -489.1

9、54555 165.500847 -602142.857 -489.154555 165.500847 142610.955 3 -489.154555 -28.5221911 142610.955 -489.154555 -28.5221911 -0.00000001 4 -0.00000002 0.00000000 -0.00000002 -0.00000002 0.00000000 0.00000001 5 699.497560 -0.00000000 0.00000000 699.497560 -0.00000000 -0.00000000 6 -950.046847 0.000000

10、00 -0.00000000 -950.046847 0.00000000 -0.00000000 7 664.674470 -0.00000000 0.00000000 664.674470 -0.00000000 -0.00000000-根据上图各杆件内轴力为： N主梁=489.154555KN N立柱=950.046847KNN斜带= 699.497560KN根据以上各杆件截面积计算杆件内部应力： ：杆件内部应力；N：杆件轴心压（拉）力；A：杆件截面积；：轴心受压构件的纵向弯曲系数，根据各杆件长细比查路桥施工计算手册 得主桁架个杆件纵向弯曲系数为0.9经过计算个杆件的内部应力为： 主梁=

11、489154.55÷27076÷0.9=20.07MPaw=140 MPa, 立柱=950046.8÷23850÷0.9=44.26MPaw=140 MPa,斜带=699497.56÷12000÷0.9=64.7MPaw=140 MPa,经过以上验算，挂篮主桁架强度满足施工需要，结构安全。 挂篮主桁架刚度验算 根据结构力学求解器计算得到，在挂篮最大荷载下即工况一，挂篮个杆件杆端位移，见下图： 根据计算，各杆端位移值见下表-1。 表-1挂篮主桁架位移计算表杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 单元码 u -水平位移 v

12、-竖直位移 9-转角 u -水平位移 v -竖直位移 9-转角- 1 0.00000000 -0.07580751 0.00007581 0.00000000 0.00000000 0.00007581 2 0.00000000 0.00000000 0.00007581 0.01154999 0.01383765 -0.00001324 3 0.01154999 0.01383765 -0.00001324 0.00000000 0.12111230 -0.00002285 4 0.00000000 0.00000000 -0.00002285 -0.34649981 0.12241252

13、-0.00114576 5 -0.34649981 0.00000000 -0.00114576 -0.74008435 -11.1234652 -0.00361090 6 -0.74008435 -12.1148432 -0.00361090 -0.74008435 -11.4313829 -0.00361090 7 -0.74008435 -11.1222432 -0.00197855 6.01717862 -2.24054415 -0.00197855 -根据上表挂篮前端最大位移为12.11mm，小于规范允许值20mm。所以主桁架结构安全。3.2挂篮纵梁验算 挂篮纵梁强度验算 根据求解器

14、建立底篮纵梁计算模型，底篮纵梁长6.0m，1#块长3.0m。纵梁计算模型如下： 底篮纵梁按照连续梁进行验算，荷载加载范围3.0m。纵梁按照荷载的分布可以分为三种：纵梁a，数量4根承担翼缘板重量；纵梁b，数量8根承担腹板重量；纵梁c，数量4根承担顶板和底板重量。根据箱梁断面形式计算以上箱梁荷载断面图中各部分荷载重量为：a=29.4KN/m、b=110.7KN/m、c=125KN/m其中a由4根纵梁承担，b由8根纵梁承担，c各由4根纵梁承担则各纵梁所受荷载为：qa =14.7KN/m; qb =27.64KN/m; qc =31.25KN/m; 纵梁验算荷载考虑砼浇筑冲击和振捣荷载q1=5.0KN

15、/m2和模板和施工荷载q1=8.75KN/m2，砼浇筑冲击荷载和底篮和施工机械荷载平均分配在底模12根纵梁上，经过计算的每条纵梁上混凝土冲击荷载和施工荷载q=（5.0+8.75）×6.5÷16=5.5KN/m按照最大荷载进行验算即q=31.25+5.5=36.8 KN/m 。纵梁采用两根I28#工字钢，其截面特征为:纵梁： A=5537×2=11074mm2；Ix=71150000×2=142300000mm4；Wx=508214×2=1016428mm3；纵梁受力简图如下： 纵梁弯矩图为：纵梁剪力图如下：根据以上计算得纵梁承受最大弯矩M=83

16、.4KN·m最大剪力N=68.1KN，根据以上纵梁的截面特征计算纵梁的内部应力为： =82.08MP:纵梁内部抗拉应力；M：纵梁所受最大弯矩；W:纵梁截面抵抗距； =68100/11074=6.15:纵梁内部抗剪应力；N：纵梁所受最大剪力；A:纵梁截面面积；经过计算纵梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为：=82.08MPa140MPa 、 =6.1585MPa。所以底篮纵梁强度符合施工要求。底篮纵梁刚度验算 根据以上统计底篮纵梁最大荷载为q=36.8KN/m，纵梁的截面特征如下： A=5537×2=11074mm2；Ix=71150000×2=142300000mm4；

17、Wx=508214×2=1016428mm3； E=2.1×105 MPa 底篮纵梁挠度如下图：底篮纵梁各点挠度见下表：表-2位移计算杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 单元码 u -水平位移 v -竖直位移 13-转角 u -水平位移 v -竖直位移 13-转角- 1 0.00000000 1.170142 -0.00739567 0.00000000 0.00000000 -0.00739567 2 0.00000000 0.00000000 -0.00639567 0.00000000 -3.14133684 -0.00705668 3 0.0000

18、0000 -2.24133684 -0.00705668 0.00000000 -6.12502576 0.00352261 4 0.00000000 -5.02502576 0.00352261 0.00000000 0.00000000 0.00576216 5 0.00000000 0.00000000 0.00576216 0.00000000 3.75720307 0.006576216-根据上表纵梁最大位移为6.125mmL/500=6000/500=12mm。所以底篮纵梁的刚度符合施工要求。3.3 挂蓝上横梁验算 前上横梁强度验算 根据挂篮设计前上横梁采用2根45工字钢组成，梁长

19、1200cm。挂篮共设置10道吊带。其中吊带按照荷载的分布可以分为三种：吊带a，数量4根承担翼缘板重量；吊带b，数量4根承担腹板重量；吊带c，数量2根承担顶板和底板重量。根据箱梁断面形式计算以上箱梁荷载断面图中各部分荷载重量为：a=29.4KN/m、b=110.7KN/m、c=125KN/m荷载加载长度为悬浇梁段长度为3m，则箱梁混凝土施加到前横梁上的集中荷载Fa=29.4×3÷2=44.1 KN、Fb=110.7×3÷2=166.05 KN、Fc=125×3÷2=187.5 KN。根据挂篮底篮各部分重量：15.3t，提升系统10.7

20、t（前提升4.6t，后提升6.1t）外模12t，内模2.5t，张拉操作平台1.5t。以及混凝土冲击振捣荷载2.0KN/m2和人员机械荷载2.0KN/m2,则施加到每条吊带上的施工荷载F施=（15.3+4.6+12+2.5+1.5）÷2×10+2×3×6.5×2÷10=25.75 KN，则个吊带所承受的荷载为F1=44.1÷2+25.75=47.8KN、F2=166.05÷2+25.75=108.77KN、F3=187.5÷2+25.75=119.5KN。根据挂篮前横梁个吊带布置位置用结构力学求解器建立计算

21、模型，前横梁按照连续梁进行验算。计算模型如下：前上横梁由2根45工字钢组成，其截面特征为：W=1432.9×2=2865.8cm3=2865.8×103 mm3 I=32241×2=64482cm4=64482×104 mm4 E=2.1×105 MPa A=102.4×2=204.8cm2=20480mm2根据结构力学求解器计算，前横梁在荷载作用下弯矩和剪力图如下： 前上横梁弯矩图：前上横梁剪力图：通过以上计算得前上横梁内部最大弯矩为：Mmax=242KN·m最大剪力为：Nmax=228.2KN。根据以上前上横梁梁的截面特

22、征计算纵梁的内部应力为： :前上横梁内部抗拉应力；M：前上横梁所受最大弯矩；W: 前上横梁截面抵抗距； :前上横梁内部抗剪应力；N：前上横梁所受最大剪力；A: 前上横梁截面面积；经过计算前上横梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为：=84.4MPa140MPa 、 =11.185MPa。所以前横梁强度符合施工要求。前上横梁刚度验算 根据前上横梁强度验算中统计荷载用结构力学求解器计算前横梁跨中最大挠度，则前上横梁挠度曲线图如下：各杆端位移如下表-3表-3前上横梁杆端位移计算杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 单元码 u -水平位移 v -竖直位移 16-转角 u -水平位移 v -竖直

23、位移 16-转角- 1 0.00000000 -11.024982 0.00311526 0.00000000 -3.527225691 0.00565086 2 0.00000000 -3.52715691 0.00355090 0.00000000 -2.6764272 0.00324332 3 0.00000000 -1.80564232 0.00454732 0.00000000 0.00000000 0.0013804 4 0.00000000 0.00000000 0.00125804 0.00000000 0.23373532 -0.00051531 5 0.00000000 0

24、.33373522 -0.00041530 0.00000000 -1.70671621 -0.000645490 6 0.00000000 -1.78671670 -0.00045490 0.00000000 -1.60635470 0.000645490 7 0.00000000 -1.60672470 0.01206490 0.00000000 0.2346352 0.0004652332 8 0.00000000 0.24373555 0.000455351 0.00000000 0.00000000 -0.00134564 9 0.00000000 0.00000000 -0.001

25、12804 0.00000000 -2.50564321 -0.00324721 10 0.00000000 -2.50422412 -0.00320222 0.00000000 -2.52712131 -0.00422087 -根据上表数据前横梁最大挠度为11.03mmL/500=30.2mm。所以前横梁刚度符合要求。所以挂篮上横梁强度刚度满足要求结构安全。3.4前下横梁验算前下横梁强度验算 根据挂篮设计，挂篮前下横梁用10根吊带悬挂，下横梁上布置16根纵梁承受箱梁腹板、底板和顶板荷载。为简化计算下横梁上按均布菏载计算。为q=（112+12+2.5+1.5+4*3*6.5/10）*10/2/

26、6.5=104.5KN/M。则底篮下前横梁受力简图如下： 挂篮底下横梁采用2根45工字钢拼接而成，其截面特征系数为：W=1432.9×2=2865.8cm3=2865.8×103 mm3 I=32241×2=64482cm4=64482×104 mm4 E=2.1×105 MPa A=102.4×2=204.8cm2=20480mm2根据以上荷载用结构力学求解器计算底篮下前横梁弯矩、剪力图如下：底篮下前横梁剪力图：根据以上下前横梁弯矩和剪力计算图得在最大荷载下横梁最大弯矩和最大剪力为：Mmax=28.46KN·m，Nmax=

27、95.9KN。根据横梁截面特征数据计算横梁内部应力为： =28.46/2865.8*1000=10.0 MPa:前下横梁内部抗拉应力；M：前下横梁所受最大弯矩；W: 前下横梁截面抵抗距； =95.9*1000/20480=4.70:前下横梁内部抗剪应力；N：前下横梁所受最大剪力；A: 前下横梁截面面积；经过计算前下横梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为：=10.07MPa140MPa 、 =4.7585MPa。所以前下横梁强度符合施工要求。前下横梁刚度验算根据以上荷载通过结构力学求解器计算横梁在荷载作用下横梁挠度，前下横梁挠度曲线如下图：各杆端位移见下表-4表-4前下横梁位移计算表杆端位移值 ( 乘

28、子 = 1)- 杆端 1 杆端 2单元码 u -水平位移 v -竖直位移 19-转角 u -水平位移 v -竖直位移 19-转角- 1 0.00000000 0.11529510 -0.0002742 0.00000000 0.00000000 -0.00027554 2 0.00000000 0.00000000 -0.0002554 0.00000000 -0.15450671 -0.00011239 3 0.00000000 -0.14250671 -0.00011109 0.00000000 -0.15762677 0.00009565 4 0.00000000 -0.43762677

29、 0.00009565 0.00000000 -0.08073027 0.00022032 5 0.00000000 -0.08073027 0.00022032 0.00000000 0.00000000 0.00014382 6 0.00000000 0.00000000 0.00014382 0.00000000 0.00660735 0.00012100 7 0.00000000 0.00612735 0.00012100 0.00000000 0.00221931 -0.00002276 8 0.00000000 0.00221911 -0.00002916 0.00000000 0

30、.00000000 -0.00001220 9 0.00000000 0.00000000 -0.00001220 0.00000000 -0.00290786 -0.00001810 10 0.00000000 -0.00290786 -0.00001810 0.00000000 -0.00290786 0.00001810 11 0.00000000 -0.00290786 0.00001810 0.00000000 0.00000000 0.00001220 12 0.00000000 0.00000000 0.00001220 0.00000000 0.00221911 0.00002

31、916 13 0.00000000 0.00221911 0.00002916 0.00000000 0.00660735 -0.00012100 根据上表数据前横梁最大挠度为0.43mmL/500=30.2mm。所以前下横梁刚度符合要求。 根据以上计算由于前下横梁，和后下横梁所有材料和受力结构相同所以后下横梁计算同前下横梁。所以挂篮下横梁强度刚度满足要求结构安全。3.5 挂篮主桁架连接处局部应力验算连接钢销抗剪应力验算根据挂篮设计挂篮斜拉带和主梁之间全部采用销结，全部销子采用45#钢并作热处理。全部销子作100%探伤，销子直径为120mm。在挂篮主桁架中最大拉（压）力在桁架立柱中产生为N=9

32、面积S为16Mn钢板开孔内部表面积，由于钢板开孔大小为123mm，则桁架承压面积 S=123×20×2×2=9840mm则钢板内部应力为：=8÷9840=96.5MPa200MPa:极限状态下挂篮主桁架销结处内部拉应力；N：挂篮主桁架内部最大拉（压）力；W: 销结处受力截面积；结论 根据以上计算挂篮主桁架连接处局部应力满足施工需要，结构安全。3.6 主梁与上横梁连接处局部应力验算根据挂篮设计主梁采用2根56工字钢拼接而成，前上横梁由2根45工字钢拼接而成。根据国标型钢标准56工字钢，45工字钢背宽分别为166mm，150mm。主梁和上横梁在主要受力部位设

33、置加劲肋进行局部加强，详后附（挂篮主梁构造图）则主梁前端局部承压面积为： S=166×150×2×2=99600mm2 根据以上验算，主梁前端最大压力N=421.5KN，则主梁前端局部压应力为： =421.5×1000÷99600=4.23MPa140 MPa:前上横梁内部抗拉应力；N：前上横梁所受最大压力；A: 前上横梁截面面积； 根据计算主梁局部应力满足施工要求。主梁局部剪切应力为：=×1000÷27076=12.35MPa85 MPa:主梁内部剪切应力；N：主梁梁段所受最大剪力；A: 主梁截面面积为A=27076mm2

34、根据计算主梁局部剪切应力满足施工要求。3.7挂篮前吊带验算 对吊带的验算按最大力F3=119.5KN进行验算，吊带内部应力为：=119.5×1000÷804.2=148.6MPa785 MPa:前吊带内部拉应力；N：前吊带最大拉力；A: 前吊带截面面积； 由于前后吊带全部采用精轧螺纹钢筋而且其最大拉力都小于F3，所以挂篮全部吊带强度满足施工需求结构安全。3.8挂篮变形验算 根据挂篮前吊带验算中吊带中最带拉应力为119.5KN，则吊带的伸长量L为： l=L:前吊带长度，按照1#块计算吊带长度为6000mm；N:吊带极限拉力；A：吊带截面积，精轧螺纹钢筋去A=804.2 mm2

35、；E：吊带弹性模量，精轧螺纹钢筋取E=2.1×105MPa 经过以上计算吊带在极限拉力下最大伸长量为4.2mm，在挂篮主桁架验算中在极限荷载下挂篮前横梁位置最大位移为：11.03mm。则挂篮的总变形量为： =11.03+4.2=15.23mm20mm 符合要求4 挂篮稳定性验算4.1挂篮在工况一情况下稳定性验算 根据挂篮设计每个挂篮设置8根精轧螺纹钢作为后锚，及每个挂篮主桁架后设置4根精轧螺纹钢作为后锚。精轧螺纹截面面积A=804.2mm，标准强度w=785 MPa。将挂篮的一侧桁架作为计算单元进行抗倾覆验算。计算模型如下：挂篮在工况一情况下倾覆力矩为： M=N1×5.15=421.5×5.15=2170KN·m后锚的抗倾覆力矩M抵M抵=804.2×785×2×4.2+804.2×785×2×4.8=11363346N·m=11363.346