中交股份京沪高速铁路土建工程六标段八工区连续梁挂篮设计计算书

中交股份京沪高速铁路土建工程六标段八工区跨黄封铁路（32＋48＋32m挂篮设计计算书中交二公局六公司京沪高铁项目2009年3月主梁悬浇挂篮方案设计计算一、设计依据本挂篮设计主要依据下列文件、标准及规范进行设计：1、《无砟轨道悬浇预应力混凝土连续梁（双线）》（跨度：32＋48＋32m直曲线）施工图设计文件2、《铁路桥涵钢结构设计规范》(TB10002.2—99)；3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；4、《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205-2001)；5、《公路施工材料手册》（2002年9月第一版）；6、《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；7、《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ213-2005）；8、《桥涵（上、下册）》（交通部第一公路工程局）；9、《简明施工计算手册》（第三版）。二、工程概况京沪高铁土建六标段八工区在京沪高铁DK1290+272.83～DK1290+320.83处跨越既有线黄封铁路，跨黄封铁路主桥桥型布置为32m+48m+32m箱梁顶面宽度为12m，底面宽度为5.4m，两侧翼缘悬臂宽2.61m。顶板厚度除梁端附近外均为30cm，底板厚度除梁端外均为47.5cm，腹板厚度61梁全长为113.3m，计算跨度为32＋48＋32m，梁高为3.25m，边支座中心线至梁箱梁设计为纵向、横向和竖向预应力体系。箱梁0号块梁段长10m，采用支架现浇施工。主桥箱梁共有2个T构，每个T构纵桥向划分6个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨中均为6×3m。全桥共有3个合拢段，分别是2个边跨合拢段和1个中跨合拢段，长度均为2m主桥箱梁采用挂篮悬臂浇注，先在支架上浇注0号块，然后在0号块上拼装挂篮。一个主墩上采用一对挂篮对称悬臂浇筑施工，悬浇长度均为3m规格，重量为89吨。本桥箱梁悬浇采用后支点挂篮施工。挂篮采用自有的三角挂篮，该挂篮设计浇注混凝土重量为160吨。现将计算结果和设计图纸等编制成文件，以供审查、加工、安装和使用。三、挂篮的构造及特点本挂篮高3m，前端悬臂长4.83m，后端锚固长3图1三角挂篮构造总图挂篮为三角斜拉带式挂篮，主桁立柱由2[36a槽钢组焊而成，槽钢上下各贴一块钢板形成箱形截面杆件，主梁由2Ⅰ45a工字钢组焊而成，工字钢上下各贴一块钢板形成箱形截面杆件，各杆之间通过箱式节点板及材质30CrMnTi的销子连接。斜拉杆均采用钢板带，平联采用槽钢组焊，通过销轴连接主桁，以提高主桁的整体稳定性和刚度。模板重量和浇注混凝土阶段混凝土的重量由挂篮前吊杆和后吊杆承担。前、后吊杆均采用屈服点为930MPa的φ32mm精轧螺纹钢筋，通过上部分配梁将底篮悬吊。浇注混凝土时，为了平衡前吊点产生的倾覆力矩，通过千斤顶与一组穿过箱梁顶板的锚筋锚固后节点板。底篮后横梁两端用屈服点为930MPa的φ四、验算工况1、设计荷载（1）混凝土荷载；（2）挂篮(约60t)；（3）人群及机具荷载：取2.5KPa；（4）混凝土振捣荷载：取2Kpa；（5）超载系数为：K1=1.05；（6）混凝土浇注时的动力系数：K2=1.2；（7）挂篮行走冲击系数：K3=1.5；（8）挂篮行走时的安全系数为K4=1.5；（9）风载：不考虑风载2、各工况荷载组合本挂篮的计算，首先根据挂篮的设计图纸建立空间模型，将各工况的荷载施加到挂篮的相应部位，采用SP2000软件进行线性有限元法计算。由于本箱梁为等截面箱梁，故只需分别计算以下二个控制工况：（1）工况1：6＃块件(长3m)的浇注＝砼自重＋动力荷载＋混凝土超载＋挂篮模板自重＋人群机具荷载＋混凝土振捣荷载＋（2）工况5：挂篮行走＝挂篮模板自重＋冲击荷载＋风载。五、挂篮验算(一)混凝土浇筑阶段验算1、工况1：6＃块件(长3.0m)的浇筑＝砼自重＋动力荷载＋混凝土超载＋挂篮模板自重＋人群机具荷载＋混凝土振捣荷载＋（1）混凝土自重1）腹板底纵梁(荷载宽度0.67m、共4根)：0.1675×3.25×26=14.152）空箱底纵梁(荷载宽度4.06m、共12根)：0.34×0.475×26=4.23）外滑梁荷载(荷载宽度2.65m)：2.65×0.715×26=4）内滑梁荷载(荷载宽度2.62m)：2.62×0.656×26=44.68（2）挂篮自重：软件自动计入。（3）模板自重1）腹板底模单位重量按80kg/m2计，腹板底纵梁单支：0.1675×0.8＝0.134KN/m2）空箱中底模单位重量按120kg/m2计，空箱底纵梁单支：0.34×1.2＝0.4083）翼缘模板、外侧模板单位重量按180kg/m2计，外滑梁单支：（2.65＋2.65）×1.8＝9.544）内顶模、内模架单位重量按200kg/m2计，内滑梁单支：（1.62＋1.01＋1.77＋0.54）×2＝9.88KN/m。（4）人群机具荷载1）腹板底纵梁单支：0.1675×2.5=0.42kN/m；2）空箱底纵梁单支：0.34×2.5=0.85kN/m；3）外滑梁单支：2.65×2.5=6.625kN/m；4）内滑梁单支：2.62×2.5=6.55kN/m。（5）混凝土振捣荷载1）腹板底纵梁单支：不考虑；2）空箱底纵梁单支：0.34×2=0.68kN/m；3）外滑梁单支：2.65×2=5.3kN/m；4）内滑梁单支：2.62×2=5.24kN/m。（6）风载：不考虑。（7）模型加载1）风载：不考虑；2）腹板底纵梁加载：单支:14.15×1.25＋0.134＋0.42＝18.24KN/m；3）空箱底纵梁加载：单支：4.2×1.25＋0.408＋0.85＋0.68＝7.2KN/m；4）外滑梁加载：单支：49.26×1.25＋9.54＋6.625＋5.3＝83.04KN/m；5）内滑梁加载：单支：44.68×1.25＋9.88＋6.55＋5.24＝77.52KN/m。5、计算结果采用sap2000有限元软件对工况1～工况2建模，并按以上各工况加载力进行加载进行验算，具体模型图、加载图、计算结果图和变形图见下面图2～图7。图2挂篮计算模型图图3挂篮整体加载图图4挂篮轴力图图5挂篮弯矩图图6挂篮剪力图图7挂篮变形图经对各工况分别进行计算分析，计算结果见下表2～表4。表2挂篮轴心受力构件复核统计表构件名称规格材质工况1Mmax截面积(mm2)σ(Mpa)细长比折减系数φf(Mpa)主桁后锚点2φ32精轧螺纹钢40Si2MnMoV43643616062711000立柱双肢槽36b＋上下贴δ10钢板A3钢-632-632198203536.70.911140主梁双肢工45a＋上下贴δ20、δ10钢板A3钢-297-2972880010.824.40.955140前斜拉带4Φ32精轧螺纹钢40Si2MnMoV38738732121201000后斜拉带4Φ32精轧螺纹钢40Si2MnMoV47347332121471000后下横梁吊点Φ32精轧螺纹钢40Si2MnMoV2462468033061000前下横梁吊点Φ32精轧螺纹钢40Si2MnMoV606080374.71000内滑梁吊点Φ32精轧螺纹钢40Si2MnMoV1631638032031000外滑梁吊点Φ32精轧螺纹钢40Si2MnMoV1721728032141000表3挂篮受弯构件复核统计表构件名称规格材质弯矩(KN·m)剪力(KN)工况1σM(Mpa)[σM]

(Mpa)工况1τQ(Mpa)[τQ](Mpa)主梁双肢工45a＋上下贴δ20、δ10钢板A3-24184145-773.8125前上横梁双肢工40a＋上下贴δ10钢板A3-1486814517610125后上横梁双肢槽36b＋上下贴δ10钢板A3-8840145453.7125前下横梁双肢槽36b＋上下贴δ10钢板A31310145514.1125后下横梁双肢槽36b＋上下贴δ10钢板A3-574314514912125外滑梁双肢槽36b＋上下贴δ10钢板A3178135145-17214125内滑梁双肢工28b＋上下贴δ10钢板A3168103145-1638125底篮空腹纵梁单支工28bA31716145-162.6125底篮腹板纵梁单支工28bA33836145-386.2125表4挂篮主要结点扰度表(mm)结点号ABC备注工况1151818A-主梁前结点B-前上横梁中点C-前下横梁中点扰度计算不考虑砼浇注的动力荷载系数注：上表为弹性变形，施工时通过预压的形式消除非弹性变形。(二)挂篮行走阶段计算挂篮行走时，采用双支精轧螺纹钢扁担梁反压主梁，放松精轧螺纹钢手动葫芦牵引驱动前进。挂篮的前下横梁仍由精轧螺纹钢支撑，后下横梁通过精轧螺纹钢挂在外滑梁上行走。1、工况5：挂篮行走＝挂篮模板自重＋冲击荷载＋风载。（1）挂篮自重：软件自动计入。（2）模板自重(分布长度3m)：1）腹板底模单重按80kg/m2计，折合在腹板底纵梁单支：0.1675×0.8＝0.134KN/m2）空箱中底模单重按120kg/m2计，折合在空箱底纵梁单支：0.34×1.2＝0.408KN/m；3）翼缘模板、外侧模板单重按180kg/m2计，外滑梁单支：（2.65＋2.65）×1.8＝9.54KN/m；4）内顶模、内模架单重按200kg/m2计，内滑梁单支：（1.62＋1.01＋1.77＋0.54）×2＝9.88KN/m；5）外侧平台：作业平台按100kg/m2计、施工荷载2.5kPa，外滑梁单支：1×3.5=3.5kN/m。（3）不考虑风载。2、模型加载（1）腹板底纵梁加载：单支:0.134×1.5＝0.2KN/m；（2）箱体底纵梁加载：单支：0.408×1.5＝0.612KN/m；（3）外滑梁加载：单支：（9.54＋3.5）×1.5＝19.56KN/m；（4）内滑梁加载：单支：9.88×1.5＝14.82KN/m；3、计算结果（1）主梁弯矩：-64·m，比工况一小，采用双肢工45a＋上贴δ20下贴δ10钢板，计算应力为22.3MPa＜145MPa，满足规范要求；（2）挂篮行走时，底篮挂在后上横梁上，采用φ32精轧螺纹钢，拉力为40.6KN，计算的拉应力为50.5MPa，满足允许拉应力1000MPa；（3）轨道后锚力275KN，采用两支φ32精轧螺纹钢，计算拉应力为171MPa，满足允许拉应力1000MPa；（4）外滑梁拉杆采用φ32精轧螺纹钢，拉力为82KN，计算拉应力为102MPa，满足允许拉应力1000MPa；（5）其余杆件受力均比工况一小，不作验算。六、挂篮的倾覆验算1、挂篮浇注状态以最不利工况1作控制计算，此时前端承受混凝土荷载，前吊带竖向力合计为414KN，总倾覆力矩为:M倾＝414×4.826＝1998KN.m后端锚固，采用2×4根精轧螺纹钢，直径φ32，[σs]=1000MpaM抗倾＝8×3.14×0.016^2×1000000×3.25＝20890KN.m抗倾覆安全系数K=M抗倾/M倾=20