挂篮荷载计算

1、XXX2013年农桥改造工程项目XXX贝雷挂篮计算书 目 录第1章 设计计算说明11.1 设计依据11.2 工程概况11.3 挂篮设计21.3.1 主要技术参数21.3.2 挂篮构造21.3.3 挂篮计算设计荷载及组合31.3.4 内力符号规定4第2章 挂篮底篮及吊杆计算52.1 1#块段重量作用下底篮各项指标计算52.1.1 腹板下面加强纵梁的计算51.2 底板下普通纵梁的计算82.1.3 底篮后横梁受力验算102.1.4 挂篮前上横梁受力验算122.1.5 吊带 (或精轧螺纹钢) 计算16第3章 挂篮主桁计算173.1 荷载组合I(混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载)

2、173.1.1荷载计算173.1.2 荷载组合I作用下主桁计算173.2 荷载组合II(混凝土重量+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群和机具荷载)203.2.1 荷载计算203.3 荷载组合III(混凝土重量+超载+挂篮自重+人群和机具荷载)243.3.1 荷载计算243.4 荷载组合IV(挂篮自重+冲击荷载)243.4.1 荷载计算243.5悬臂端挠度计算25第4章 挂篮支点反力计算254.1.1 作用荷载254.2 混凝土作用下挂篮支点反力27第1章 设计计算说明1.1 设计依据、公路桥涵施工技术规范JTG/TF50-2011；、钢结构设计规范GB 50017-2003；、路桥施工计算手册；

3、、桥梁工程、结构力学、材料力学；、其他相关规范手册。1.2 工程概况XXXXXXXXX跨越XXX，主桥桥跨组成为35+55+35m的变截面单箱单室连续梁，采用垂直腹板。箱梁顶宽8m，底宽4.5m，翼缘板长1.75m，支点处梁高3.2m，跨中、桥台支点处梁高1.8m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。箱梁顶板厚28cm，底板厚度由梁端和跨中的28cm渐变至桥墩横隔板处的55cm；腹板厚度跨中为45cm，渐变至桥墩处为65cm，在端支点、中支点共设4道横隔梁，在中跨跨中设40cm横隔板。横桥向箱梁顶、底板均保持平行，桥面横坡由顶、底板斜置形成。主梁悬臂施工，悬臂浇筑单个梁段长3.03.5m，边跨支架现

4、浇段长6.5m，中、边跨合拢段长2m。箱梁0#块梁段长度为9m,挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为1#块，其重量为57.46t。根据施工现场实际情况及我公司现有设备,该桥箱梁悬臂浇注拟采用贝雷梁挂篮进行施工。XXX箱梁悬臂浇注段采用贝雷挂篮施工其各块段基本情况如下表1-1所示。表1-1 各梁段基本情况名称砼(m3)重量(吨)长度(m)高度(cm)底板厚(cm)腹板(cm)顶板(cm)1#块22.157.463.02.89250.670282#块20.753.823.02.63945.470283#块19.0149.433.02.41640.870284#块17.144.463.0222.436.860

5、285#块15.9241.393.0206.433.550286#块17.9346.623.5193.930.950287#块17.5345.583.5184.128.850288#块9.9525.8721802850281.3 挂篮设计1.3.1 主要技术参数、砼自重GC26kN/m3；、钢弹性模量Es2.1105MPa；、材料容许应力：容许材料应力提高系数：1.3。1.3.2 挂篮构造挂篮为贝雷梁挂篮，桁片由321军用贝雷片组成，每道桁片采用双排单层贝雷梁,梁长12m,前上横梁由2I56B工字钢组成，底篮前下横梁由240普通槽钢组成，底篮后下横梁由240普通槽钢组成，底篮腹板下加强纵梁为由

6、I25普通热轧工字钢组成，底篮底板纵梁为I25普通热轧工字钢，吊杆采用32精轧螺纹钢。主桁系统9.6t。行走系统2.1t，底篮8.2t，前提升系统5.7t，外模7.6t、底模2.4t、内模1t，张拉操作平台及端模1.5t。整个挂篮系统重36.6t，自重与载荷比为（以1#为例）0.66：1。挂篮示意图如下：1.3.3 挂篮计算设计荷载及组合、荷载系数考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数：1.05；浇筑混凝土时的动力系数：1.2；挂篮空载行走时的冲击系数1.3；浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：1.8；挂篮正常使用时采用的安全系数为1.2。、作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取1#块

7、计算。4#块段长度为3.0m，重量为57.46t；施工机具及人群荷载：2.5kPa；挂篮自重：38.1t；混凝土偏载：箱梁两侧腹板浇筑最大偏差取5m3混凝土，重量13t。、荷载组合荷载组合I：混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重人群和机具荷载；荷载组合II：混凝土重量+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合III：混凝土重量+超载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合IV：挂篮自重+冲击附加荷载；荷载组合I、II用于主桁承重系统强度和稳定性计算；荷载III用于刚度计算（稳定变形）计算；荷载组合IV用于挂篮系统行走计算。1.3.4 内力符号规定轴力：拉力为正，压力为负；应力：拉应

8、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 挂篮底篮及吊杆计算挂篮底篮计算荷载：箱梁荷载：取1#块计算，1#块梁段长度为3.0m，重量为57.46t，施工机具及人群荷载；2.5103KN/m2。2.1 1#块段重量作用下底篮各项指标计算1#块段长度为3.0 m，重量为57.46t，恒载分项系数K1=1.2；活载分项系数K2=1.4。各项参数情况如下表：项 目1#块（300cm）1模板单位荷载Kg/m22502纵梁单位荷载Kg/m42.033底板砼单位理论荷载Kg/m2(0.506+0.454)*2600/2=12484单侧腹板单位荷载Kg/m2(2.892+2.639)*2600

9、/2=7190.35（4*1.05+1）*恒载分项系数1.2Kg/m2(7190.3*1.05+250)*1.2=9359.86人群、机具荷载Kg/m22507腹板荷载取值QfKg/m2Qf=5+6*1.4=9359.8+250*1.4=9709.88底板荷载取值(顶板砼荷载通过内支架传递于底板)QdKg/m2Qd=(1248+0.28*2600)*1.2=2371.22.1.1 腹板下面加强纵梁的计算箱梁梁段两端高度分别为2.892m和2.639m，腹板宽度为0.65m,则腹板单位荷载q=97.1*.65=63.1KN/m：标题：腹板下纵梁内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1

10、杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 0. 105. 0. 0. 105. 52. 2 0. 105. 52. 0. -84. 84. 3 0. -84. 84. 0. -84. 0.-反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座 - - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 1 0. 105. 0. 105. 90. 0. 4 0. 84. 0. 84. 90. 0.-加强纵梁（箱梁腹板正下方）强度计算（采用25#b型工钢）：WX=423CM3 IX=5280CM4 ,其受力示意图如图示：跨中最大弯矩M=139.7KN.m=M/w

11、=/423=330.3mpa,330.3/140=2.4，则腹板下需两根I25工字钢，即：330.3Mpa420Mpa加强型纵梁（腹板正下方）刚度计算：纵梁为4.5米，外伸端0.5米，为张拉平台,取4米中间弯距最大处。F=5ql4/(384EJ) =10.1mml/400=11.3mm满足要求。1.2 底板下普通纵梁的计算 计算普通纵梁强度计算混凝土高度按腹板内边的底板厚度0.4540.506m，顶板厚度0.28，顶板砼荷载通过内支撑传递至底板模板，底板宽3.2m,则底板砼单位荷载：Qd=23.71KN/m2,底板有效宽度线荷载为：QD=75.9KN/m，受力情况如下图表：标题：底板下纵梁内力

12、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. 126. 0. 0. 126. 63. 2 0. 126. 63. 0. -101. 101. 3 0. -101. 101. 0. -101. 0.-反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座 - - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 1 0. 126. 0. 126. 90. 0. 4 0. 101. 0. 101. 90. 0.-M=167.99KN.m=M/w=/423=397.1mpa,397.1/140=2.84,即取：3根

13、25工字钢，底板宽度：3.2m,为方便布设,底板下可设5根纵梁,间距为0.8m。F=5ql4/(384EJ) =7.2mml/400=11.3mm满足要求。2.1.3 底篮后横梁受力验算1#块箱梁横断面计算如图2-3所示，图中尺寸以米计。模板、支架按2.5kN/m2计，人群及机具荷载按2.5kN/m2计，倾倒和振捣混凝土荷载均按2.0kN/m2计，1#块长度为3.0m，前、后横梁均采取40槽钢对口两边用1cm钢板焊接，但由于后横梁处荷载大于前横梁，则取后横梁验算，如满足要求，则前横梁也满足要求。则后横梁腹板(65cm)部位承载q=(97.1+2.5*1.2+2*1.4)*3/2=151.4KN

14、/m,底板(320cm)部位承载q=(23.7+2.5*1.2+2*1.4)*3/2=44.3KN/m,受力示意图如下:图2-3 底篮后横梁受力示意图标题：后横梁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. 0. 0. 0. 0. 0. 2 0. 55. 0. 0. 55. 16. 3 0. 55. 16. 0. -42. 21. 4 0. -42. 21. 0. -73. -19. 5 0. 39. -19. 0. -39. -19. 6 0. 73. -19. 0. 42. 21. 7 0. 42. 21. 0

15、. -55. 16. 8 0. -55. 16. 0. -55. 0. 9 0. 0. 0. 0. 0. 0.-反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座 - - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 2 0. 55. 0. 55. 90. 0. 5 0. 113. 0. 113. 90. 0. 6 0. 113. 0. 113. 90. 0. 9 0. 55. 0. 55. 90. 0.-(a) 底篮后横梁剪力图由上述计算结果可知，荷载作用下，后横梁最大弯矩为：M= 27.04kNm；最大剪力为Q=73.54kN；，四个吊杆反力为55.9kN、113.4kN

16、, 113.4kN 、55.9kN。底篮后横梁采用两片40槽钢对口焊接，其截面特性参数为：从而可以得到其应力为：=M/W=27040/1846=14.6Mpa=145Mpa(满足要求) =QS/It=73540*1422/(37200*12.5*10)=22.5Mpa=85Mpaf=5ql4/(384EJ)=5*151.4*16504/384*37200=0.2mm腹板位置跨中最大挠度为0.2mmL/400=650/400=1.6mm，满足变形要求由上述计算可知，底篮后横梁满足应力强度和变形要求。由于底篮前横梁计算过程与上述一致，前横梁与后横梁采取同样型钢一样组合，且其荷载小于后横梁，则前横梁

17、也应满足要求。2.1.4 挂篮前上横梁受力验算挂篮上横梁采用两片56工字钢焊接，中间穿精扎螺纹钢吊杆，图示1： 其各项参数如下：截面积：A=293cm2 WX=4893cm3 S=2894.4cm3 IX=cm4（应为1#块）其荷载为：1#块恒定荷载574.6KN 模板荷载为：2.5KN/m2 ，活动荷载为：2.5KN/m2前上横梁取恒定与活动总荷载的50%。根据前述下横梁的计算，箱梁腹板及底板对四根吊杆产生的反力分别为四个吊杆反力为55.9kN、113.4kN, 113.4kN 、55.9kN。吊杆同时对上横梁施加相同的集中力，同时每个集中力需加上底横梁重的1/4，即65.19*9*2*1.

18、2/4=352kg(3.5Kn),每侧翼缘通过两根吊杆对上根梁产生集中力为:(单根吊杆)(0.2+.45)/2*1.75*3*26+2.5*1.75*3)*1.2+4.5*1.75*3*1.4/2/2=25.6KN上横梁自重均布荷载为2.3*1.2=2.76KN/m前上横梁受力分析如下： 图1：弯距图图2：剪力图标题：前上横梁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. 0. 0. 0. -1. -0. 2 0. -27. -0. 0. -30. -39. 3 0. -56. -39. 0. -57. -51. 4

19、 0. -116. -51. 0. -117. -100. 5 0. 122. -100. 0. 119. 22. 6 0. 2. 22. 0. -2. 22. 7 0. -119. 22. 0. -122. -100. 8 0. 117. -100. 0. 116. -51. 9 0. 57. -51. 0. 56. -39. 10 0. 30. -39. 0. 27. -0. 11 0. 1. -0. 0. 0. 0.-反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座 - - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 5 0. 239. 0. 239. 90. 0.

20、 8 0. 239. 0. 239. 90. 0.-则：上横梁最大弯距为：M=100.96KNM ；最大剪力为：122.21KN=M/W=/4893=20.6Mpa=145Mpa(满足要求) =QS/It=*2894.4/(*12.5*10)=20.7Mpa=85Mpa则前上横梁满足荷载要求。2.1.5 吊带 (或精轧螺纹钢) 计算吊带所承受的最大支点反力为113.4+3.5=116.9kN，采用32精轧螺纹钢时，其应力为：=N/A=/803.8=145.4Mpa其安全储备为：K=785/145.4=5.4(精轧螺纹钢控制应力取785MPa)。由上述计算可知，底篮横梁的吊带安全储备均大于2，满

21、足要求。第3章 挂篮主桁计算3.1 荷载组合I(混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载)3.1.1荷载计算 混凝土重量+超载+动力附加荷载： G=57.46*1.05*1.2=72.4t由底篮计算知，后吊点承受混凝土荷载的50%，即G1=0.5*72.4=36.2t前吊点承受50%的混凝土荷载，即G2=0.5*72.4=36.2t 挂篮荷载：主桁荷载作用于挂篮前支点 主桁采用双排单层贝雷梁,梁长12m,主桁自重为0.2t/m前吊点承担底篮、侧模、内模1/2荷载：P2=(7.6+2.4+4.2+3.6)/21.2/2=5.34t前提升系统，端模、张拉操作平台作用在挂篮前支点：P

22、3=(5.7+0.5+1.0)/21.2=4.32t 前吊点承担人群和机具荷载的一半P4=(0.253.0*8)1.4/2=4.2t振捣混凝土荷载P5=0.23.081.4/2=3.4t单片主桁前吊点荷载 P=(G2+P2+P3+P4+P5)/2=(36.2+5.34+4.32+4.2+3.4)/2=26.73t3.1.2 荷载组合I作用下主桁计算 计算简图贝雷桁架简化后计算简图如图2-7所示。(a) 主桁计算简图(单位： m、KN)(b) 主桁弯矩图(c)主桁剪力图图2-7 贝雷主桁计算简图及受力图标题：贝雷主桁梁内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码

23、轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 0. 0. 0. 0. -8. -18. 2 0. -331. -18. 0. -337. -1089.45000 3 0. 276. -1089.45000 0. 268. -0. 4 0. 1. -0. 0. 0. 0.-反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座 - - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 2 0. -322. 0. 322. -90. 0. 3 0. 614. 0. 614. 90. 0.-双排单层桁架容许内力：弯矩M=1576.4KN.m,剪力Q=490.5KN由计算可知，贝雷主桁产生的最大

24、弯矩M=1089.45KN.mM=1576.4KN,符合要求最大剪力Q=337.45KNQ=490.5KN,符合要求。后锚及倾覆安全系数32精轧螺纹钢抗拉控制应力强度675Mpa,则张拉力为542.6KN。根据前述计算，后锚支点产生反力为-322.9KN，需通过后锚精轧螺纹钢控制。后锚安全系数取2，则所需的32精轧螺纹钢根数为：n=2R/542.6=1.2取n=4。3.2 荷载组合II(混凝土重量+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群和机具荷载)3.2.1 荷载计算 混凝土重量+超载G=57.46*1.05*1.2=72.4t由底篮计算知，后吊点承受混凝土荷载的50%，即G1=0.5*72.4=3

25、6.2t前吊点承受50%的混凝土荷载，即G2=0.5*72.4=36.2t混凝土偏载取值：箱梁两侧腹板浇筑最大偏差取5m3的混凝土，重量为13t。可知主桁一侧前吊点受力为G2+13/2=42.7,另一侧为G2-13/2=29.7t。 挂篮荷载：主桁荷载作用于挂篮前支点，每个主桁支点为主桁采用双排单层贝雷梁,梁长12m,主桁自重为0.2t/m前吊点承担底篮、侧模、内模1/2荷载：P2=(7.6+2.4+4.2+3.6)/21.2/2=5.34t前提升系统，端模、张拉操作平台作用在挂篮前支点：P3=(5.7+0.5+1.0)/21.2=4.32t 前吊点承担人群和机具荷载的一半P4=(0.253.

26、0*8)1.4/2=4.2t前吊点承担振捣混凝土荷载的一半P5=0.23.081.4/2=3.4t单片主桁前吊点荷载 由以上计算可知，两侧单个主桁的前吊点荷载分别为: P1=(G2+P2+P3+P4+P5)/2=(42.7+5.34+4.32+4.2+3.4)/2=29.98tP1=(G2+P2+P3+P4+P5)/2=(29.7+5.34+4.32+4.2+3.4)/2=21.38t主桁结构计算简图如图2-9所示，主桁轴力以及弯矩如图2-10所示。图2-9 主桁计算简图(a) 前吊点力大的一侧主桁弯矩图(单位：KN.m)(b)前吊点力大的一侧主桁剪力图图2-10 主桁内力图标题：偏载贝雷梁内

27、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. 0. 0. 0. -8. -18. 2 0. -372. -18. 0. -378. -1219.45000 3 0. 308. -1219.45000 0. 300. -0. 4 0. 1. -0. 0. 0. 0.-反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座 - - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 2 0. -363. 0. 363. -90. 0. 3 0. 687. 0. 687. 90. 0.-由上述计算结果可知，偏心荷载

28、作用一侧的主桁内力大于另一侧的主桁杆件内力，故采用偏心荷载一侧的杆件内力进行验算。双排单层桁架容许内力：弯矩M=1576.4KN.m,剪力Q=490.5KN由计算可知，贝雷主桁产生的最大弯矩M=1219.45KN.mM=1576.4KN,符合要求最大剪力Q=378.5KNQ=490.5KN,符合要求。后锚及倾覆安全系数32精轧螺纹钢抗拉控制应力强度675Mpa,则张拉力为542.6KN。根据前述计算，后锚支点产生反力为-363.5KN，需通过后锚精轧螺纹钢控制。后锚安全系数取2，则所需的32精轧螺纹钢根数为：n=2R/542.6=1.3取n=4。3.3 荷载组合III(混凝土重量+超载+挂篮自

29、重+人群和机具荷载)3.3.1 荷载计算 混凝土重量+超载G=57.46*1.05*1.2=72.4t由底篮计算知，后吊点承受混凝土荷载的50%，即G1=0.5*72.4=36.2t前吊点承受50%的混凝土荷载，即G2=0.5*72.4=36.2t 挂篮荷载：主桁荷载作用于挂篮前支点，每个主桁支点为主桁采用双排单层贝雷梁,梁长12m,主桁自重为0.2t/m前吊点承担底篮、侧模、内模1/2荷载：P2=(7.6+2.4+4.2+3.6)/21.2/2=5.34t前提升系统，端模、张拉操作平台作用在挂篮前支点：P3=(5.7+0.5+1.0)/21.2=4.32t 前吊点承担人群和机具荷载的一半P4

30、=(0.253.0*8)1.4/2=4.2t单片主桁前吊点荷载由以上计算可知，两个主桁的前吊点荷载均为:P=(36.2+5.34+4.32+4.2)/2=25.03t26.73t,故满足。3.4 荷载组合IV(挂篮自重+冲击荷载)3.4.1 荷载计算挂篮前移时，主桁靠反压轮扣在轨道上行走，挂篮的底篮加侧模的自重为5.34*2=10.68t，端模及张拉操作平台、前提升系统自重4.32t，则单个贝雷桁架梁的前支点的荷载为：P1=(10.68/2+4.32)/2=4.83t，考虑冲击荷载后，单个前吊点荷载为：T=4.831.3=6.3t。远小于超载+偏载的荷载，故满足。3.5悬臂端挠度计算由前述荷载计算可知，荷载组合II在悬臂梁端产生的集中力最大，P299.8KN,则根据路桥施工计算手册附录外伸臂梁挠度计算公式fc=Pa2l(1+a/l)/3EI=299.8*42*3.2*(1+4/3.2)/(3*2.1*105*.4)=10.94mm 为减少悬臂端挠度，在贝雷梁顶设斜向钢带。在贝雷梁中支点处增加竖向1.5m28#双拼工钢，从工钢顶端向两侧贝雷梁（距中支点3m）斜向设32精轧螺纹钢，精轧螺纹钢底端与贝雷梁锚固，顶端与工钢锚固，形成三角支撑，从而可有效减少贝雷梁悬臂端挠度。第4章 挂篮支点反力计算为计算箱梁的预拱度，须计算挂篮的前后支点