挂篮设计计算书.docx
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挂篮设计计算书.docx
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挂篮设计计算书
1、工程概况
雅泸高速公路C4合同段腊八斤特大桥主桥上部结构为分幅式105m+2×200m+105m预应力砼连续刚构桥,每幅箱梁采用单箱单室截面,为三向预应力混凝土结构。
每幅箱梁顶板宽度为12.1m,底板宽度为6.8m,两侧翼缘悬臂长2.65m。
梁高由根部12.75m按1.8次抛物线变化至3.868m。
箱梁顶板厚0.25m;箱梁底板0号块两隔板间厚1.5m,其余厚度由1.3m变化至0.35m;腹板厚度分1.2m、0.7m、0.6m、0.5m四个梯度变化。
主桥箱梁1~26号梁段均采用挂篮悬臂浇注。
先在主墩顶部搭设牛腿支架浇注13m长的0号块,然后在0号块顶面拼装挂篮进行悬臂段施工。
单幅一个主墩上采用一对挂篮对称浇注,单幅完成后再浇筑另一幅,全桥共需3对挂篮。
挂篮悬浇长度分2.9m、3.5m和4.45m三种规格,其最大悬浇重量分别为2233KN(1号块)、1850KN(11号块)和1627KN(19号块)。
本桥箱梁悬浇采用新设计的菱形桁架式挂篮施工,该类型的挂篮技术成熟,在多座大桥使用过,具有施工安全、操作方便、经济可行、适用范围较广的特点。
为了保证该挂篮在腊八斤大桥箱梁悬浇中安全、可靠、方便的投入使用,现根据本桥的实际情况,对挂篮全部进行了重新设计和验算。
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。
2、设计依据
本挂篮主要依据下列文件、标准及规范进行设计:
——四川省公路规划勘测设计研究院雅泸路C4合同段腊八斤特大桥设计图纸
——《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-89)
——《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
——《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
——《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205-2001)
——《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
3、挂篮的构造及特点
本挂篮高4m,前端悬臂长6m,后端锚固长5.5m,能适应大多数桥梁,如连续刚构桥、斜拉桥等悬臂浇注的需要。
它吸收了国内外各类挂篮结构的优点,挂篮的主要杆件、前支点、后锚点都采用销接,受力明确,不产生弯矩,安装、运输都十分方便。
3.1、承重桁架系统
为了使挂篮具有较好的通用性,适应不同的桥梁使用,本挂篮主要构件分为标准构件和非标准构件。
本挂篮主要的承重构件是由两片菱形桁架组成标准构件,每片桁架由五根受力杆件销结而成。
两片桁架之间间距为600cm,用前、后横梁连接,同时前、后横梁又作为吊杆的支点。
五根主要受力杆件均用14~20mm厚的16Mn钢板焊接组拼成250×250mm的闭合矩形截面,使其具有承载力强,抗扭性能好的特点。
专门设计了后锚点、前支点、上结点和前结点等四个主要结点,将五根杆件联为整体。
杆件与节点板的连接方式为销结,使杆件受力明确,安装、拆卸也非常方便。
前、后上横梁设计为非标准构件,每座桥在使用本挂篮时,需根据该桥箱梁截面的宽度重新设计。
本桥前、后上横梁采用16#和20#普通槽钢加工桁架片。
为保证前、后上横梁的稳定,在其上下弦杆的水平面上,设置上、下平联。
上、下平联由单根∠125×125×10的角钢构成,通过节点板与前、后上横梁焊接。
3.2、后锚系统
承重桁架片的锚固系统,在浇注砼时,用后锚杆穿过预留孔,上端与挂篮后锚点连接,下端与砼箱梁顶板连接。
后锚杆用材质为40CrNiMo的低合金钢锻件加工而成,直径为70mm和50mm。
3.3、底篮和吊带系统
在前、后底横梁上布设I36工字钢,作为浇注砼的底篮。
前、后底横梁采用钢板加工的矩型横梁,梁高50cm,采用12mm钢板,梁宽25cm,采用22mm钢板。
前、后底横梁上设置连接点,通过钢销与吊带连接。
后下横梁的锚固,是用吊带的下端与后下横梁销接,上端穿过主梁底板和顶板的混凝土预留孔,锚固于底板和顶板上。
前下横梁的锚固,是用吊带的下端与前下横梁销接,上端直接与挂篮的前上横梁连接。
采用液压千斤顶来调节前、后底横梁的高度,以实现准确的立模标高。
主吊带采用Q325钢板加工成标准节,然后用钢销连接到需要的长度,副吊带(内外滑梁)采用φ32精轧螺纹钢筋。
3.4、行走系统
轨道用钢板加工成工字形截面,挂篮行走时,在后锚点上,用特制小轮反挂于行走轨道的上翼缘板,用两台60t液压千斤顶驱动挂篮前移。
行走轨道的固定,是通过预留孔安装反压梁进行固定。
3.5、模板系统
模板系统由内、外模板、滑梁及模板固定装置组成,均采用大块钢模。
浇注砼时,模板由内外滑梁支撑,而内外滑梁的锚固,则通过吊带一端锚固于砼箱梁的顶板,一端锚固于挂篮前上横梁。
内外模板侧模间由对拉螺杆承受浇注砼时的侧向压力。
挂篮移动时,外模由外模滑梁支托,随同挂篮前移,内模及滑梁同时被拉出。
4、受力计算
4.1、设计荷载
本挂篮设计考虑如下荷载:
●砼荷载
●挂篮自重
挂篮自重=挂篮重+模板重=62.1+30=92.1t
●人群及施工荷载
按《公路桥涵设计通用规范》,取1.5Kn/m2。
●风荷载
按《公路桥涵设计通用规范》,计算纵桥向风力,用公式:
W=K1K2K3K4W0
进行计算。
4.2、计算工况
分别计算以下四个控制工况:
工况1:
1号块件(长2.9m)的浇注。
工况2:
11号块件(长3.5m)的浇注。
工况3:
18号块件(长4.45m)的浇注。
工况4:
挂篮行走。
4.3、结构计算
根据挂篮的设计图纸,建立空间模型,将各工况的荷数载加到挂篮的相应部位,用结构分析程序SAP2000进行电算。
4.3.1、浇注混凝土时的计算
箱梁腹板、底板等荷载相差很大,为了符合施工实际情况,分别算出各部位的荷载,准确地加载到相应位置。
挂篮、模板等其他荷载参照混凝土重量进行分配,加到挂篮相应部位进行计算。
一台挂篮自重约62.1t,模板重约30t,最大浇筑重量(1#块)为223.3t,其比值为:
n=92.1/223.3=0.41。
在挂篮主体结构重量系数n=0.41,加上人群和风荷载取系数0.19共0.6,以此分配其它荷载到相应部位:
底板:
314KN腹板:
787KN顶板:
122KN翼缘板:
118KN
各工况控制节段的混凝土荷载和计算总荷载如下表所示:
各控制节段重量表
节段号
节段长
(m)
底板
腹板
顶板
翼缘板
合计
体积m3
体积m3
体积m3
体积m3
体积m3
重量KN
重量KN
重量KN
重量KN
重量KN
加其它荷载
加其它荷载
加其它荷载
加其它荷载
加其它荷载
1#块件
2.9
20.12
50.47
7.82
7.55
85.96
523.12
1312.22
203.32
196.30
2234.96
836.99
2099.55
325.31
314.08
3575.94
11#块件
3.5
15.27
37.87
9.20
8.86
71.20
397.02
984.62
239.20
230.36
1851.20
711.02
1771.62
361.20
348.36
3192.20
19#块件
4.45
12.73
26.52
11.69
11.27
62.51
330.98
689.52
303.94
293.02
1625.26
644.98
1476.52
425.94
411.02
2958.46
各工况分别进行计算,然后对结果进行分析比较。
计算结果表明,浇注混凝土时以工况2和工况3受力最大,为控制阶段。
以下列出了工况3的计算图示和各工况的计算结果,从下列表格可以看出,计算全部通过。
挂篮模型图挂篮加载图
挂篮轴力图挂篮弯矩图
挂篮主要结构受力表
工况1(节段长2.9m):
杆件名称
轴力
(KN)
弯矩
(KN-cm)
应力
(KN/cm2)
许用应力
(KN/cm2)
备注
1#主杆
800.59
5.04
[20.0]
25×25矩形截面,Q325钢板,单根杆件。
2#主杆
-647.31
4.08
[20.0]
3#主杆
-665.43
4.19
[20.0]
4#主杆
-688.66
3.81
[20.0]
5#主杆
674.01
4.24
[20.0]
主杆销子
800.59
5.01
[12.5]
45#钢,剪力
吊带(短)
384.00
8.69
[20.0]
Q325钢板
吊带(长)
270.20
8.66
[20.0]
吊带销子
384.00
6.79
[12.5]
45#钢,剪力
吊带分配梁
-6170.00
3.35
[14.5]
I36b
前上横梁
-74.42
-2306.41
6.48
[14.5]
[20a
杆件名称
轴力(KN)
弯矩(KN-cm)
应力KN/cm2)
许用应力
(KN/cm2)
备注
前上横梁
-250.07
-169.30
6.48
[14.5]
2[16a
后上横梁
2.55
1787.45
5.02
[14.5]
2[20a
后上横梁
-12.43
124.19
0.86
[14.5]
2[16a
前下横梁
11734.96
4.14
[20.0]
Q325钢板,矩形截面
后下横梁
-20351.60
7.18
[20.0]
顶板滑梁
13451.06
7.22
[14.5]
2[40
翼缘板滑梁
6495.86
3.48
[14.5]
腹板底纵梁
12369.30
13.43
[14.5]
I36b
底板底纵梁
10651.50
11.56
[14.5]
后锚点反力
-470.88
6.00
[40.0]
后锚螺杆40CrniMo
箱内吊带反力
863.62
14.39
[20.0]
箱内吊带
前支点反力
902.51
工况2(节段长3.5m):
杆件名称
轴力
(KN)
弯矩
(KN-cm)
应力
(KN/cm2)
许用应力
(KN/cm2)
备注
1#主杆
862.75
5.43
[20.0]
25×25矩形截面,Q325钢板,单根杆件。
2#主杆
-697.59
4.39
[20.0]
3#主杆
-717.10
4.52
[20.0]
4#主杆
-742.15
4.10
[20.0]
5#主杆
726.44
4.58
[20.0]
主杆销子
862.75
5.50
[12.5]
45#钢,剪力
吊带(短)
293.31
6.64
[20.0]
Q325
钢板
吊带(长)
275.86
8.84
[20.0]
吊带销子
293.31
5.20
[12.5]
45#钢,剪切
吊带分配梁
6073.36
3.30
[14.5]
36b工字钢
前上横梁
64.56
-2090.30
5.87
[14.5]
2[20
杆件名称
轴力
(KN)
弯矩
(KN-cm)
应力
(KN/cm2)
许用应力
(KN/cm2)
备注
前上横梁
-266.71
133.84
6.69
[14.5]
2[16
后上横梁
2.70
247.21
0.74
[14.5]
2[20
后上横梁
-2.05
133.84
0.41
[14.5]
2[16
前下横梁
11994.50
4.23
[20.0]
Q325钢板,矩形截面
后下横梁
-16148.47
5.70
[20.0]
顶板滑梁
15857.02
8.51
[14.5]
2[40b
翼缘板滑梁
7646.87
4.10
[14.5]
腹板底纵梁
12116.32
13.16
[14.5]
I36b
底板底纵梁
10439.78
11.34
[14.5]
后锚点反力
-507.45
6.46
[40.0]
后锚螺杆40CrniMo
后内吊带反力
683.58
11.39
[20.0]
后内吊带
前支点反力
972.59
工况3(节段长4.45m):
杆件名称
轴力
(KN)
弯矩
(KN-cm)
应力
(KN/cm2)
许用应力
(KN/cm2)
备注
1#主杆
1016.53
6.40
[20.0]
25×25矩形截面,Q325钢板,单根杆件。
2#主杆
-821.94
5.18
[20.0]
3#主杆
-844.92
5.32
[20.0]
4#主杆
-874.44
4.83
[20.0]
5#主杆
855.91
5.39
[20.0]
主杆销子
1016.53
6.48
[12.5]
45#钢
吊带(短)
341.92
7.74
[20.0]
Q325钢板
吊带(长)
302.84
9.70
[20.0]
吊带销子
341.92
6.05
[12.5]
45#钢剪力
吊带分配梁
6300.79
3.42
[14.5]
I36b
前上横梁
108.22
-2451.29
8.76
[14.5]
2[20a
杆件名称
轴力
(KN)
弯矩
(KN-cm)
应力
(KN/cm2)
许用应力
(KN/cm2)
备注
前上横梁
-310.92
-171.79
7.88
[14.5]
2[16a
后上横梁
3.55
-48.42
0.20
[14.5]
2[20a
后上横梁
-15.75
157.65
1.09
[14.5]
2[16a
前下横梁
13624.00
4.81
[21.0]
Q325钢板,矩形截面
后下横梁
-12684.13
4.48
[21.0]
顶板滑梁
18663.15
10.01
[14.5]
2[40b
翼缘板滑梁
9005.59
4.83
[14.5]
2[40b
腹板纵梁
10633.23
11.55
[14.5]
I36
底板纵梁
9698.61
10.53
[14.5]
后锚点反力
-597.50
7.61
[40.0]
后锚螺杆40CrniMo
后内吊带反力
526.69
8.78
[20.0]
后内吊带
前支点反力
1145.95
挂篮主要结点挠度表(cm)
结点号
A
B
C
备注
工况1
1.01
1.53
1.29
A—前结点
B—下横梁中点
C—腹板吊带中点
工况2
1.09
1.62
1.38
工况3
1.28
1.88
1.61
注:
上表为弹性变形,施工时另外考虑非弹性变形
4.3.2、挂篮行走时的计算
挂篮行走时,在后锚点处用特制小轮反挂于行走轨道的上翼缘板,用千斤顶驱动前进。
挂篮的前下横梁仍由吊带支撑,后下横梁则由钢丝绳滑车组支撑。
滑车组固定端固定在后上横梁的端部。
因此,挂篮行走时的计算,仅需验算钢轨、特制小轮及拉杆、钢丝绳的强度即可。
计算荷载,取(挂篮自重+模板重)×1.2冲击系数
4.3.3、挂篮的倾覆验算
4.3.3.1、挂篮浇注状态
以工况3计算,此时前端承受混凝土荷载,前吊带竖向力合计为1241KN。
总倾覆力矩为:
M倾=1241×600=744600KN.cm
后端锚固,采用2×4根40CrNiMo锚杆,直径φ50,σs=650Mpa
M抗倾=8×12.56×65×550=3592160KN.cm
抗倾覆安全系数
K=M抗倾/M倾=3592160/744600=4.82
4.3.3.2、挂篮行走状态
以工况4计算,此时挂篮前端承受底篮重量,前吊带竖向力合计为540.5KN(按挂篮和模板总重的1/2计),
总倾覆力矩为:
M倾=540.5×600×1.2=389160KN.cm
行走小车极限承载力按4×600KN计:
M抗倾=4×600×550=1320000KN.cm
抗倾覆安全系数
K=M抗倾/M倾=1320000/389160=3.39
以上计算全部满足要求。
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