高速公路特大桥斜拉轻型挂篮方案研究Word文档格式.docx
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――培养结构设计人才;
――为以后结构设计提供经验。
杜家河特大桥总体布置图
一、斜拉挂篮概况
斜拉挂篮利用箱梁本身承载,将梁体作为挂篮结构的一部分,
斜拉挂篮分承重部分和挂篮移动两部分。
承重部分由斜拉带、底纵梁、底前后横梁组成,挂篮移动部分由上桁架、走行轨、吊带构成。
挂篮走行方式为"
抱"
式,由挂篮移动系统吊着底模、侧模移动。
底纵梁由12根[36b槽钢组成。
底前后横梁分别由2根[36b+2根[28b扣焊而成。
挂篮移动支架每根杆件由2根[14b组成,移动支架上后横梁由2根[14b组成,上前横梁由2根[32a组成,
斜拉带由=4根20*3cm钢带(穿透底板部分为4根Φ32精轧螺纹钢、中间加转换连接;
)
斜拉轻型挂篮一套重72T,菱形挂篮一套重96T,一套减轻24T。
二、设计需要考虑的因素
2、满足钢结构强度、变形要求;
3、具有可操作性,材料节省;
4、充分利用箱梁砼,使其作为吊篮系统一部分;
5、荷载考虑要偏大,构件设计尺寸要足够,从而确保整个吊
篮系统偏于安全;
6、翼板和侧模系统同菱形挂篮,由墩身模板(6m高)和新
加工2.35m高翼缘板模板组成。
三、设计基本数据
1、最重梁段及其基本参数
根据设计图纸提供的参数,最重梁段及其基本参数见下表。
最重梁段及其基本参数表
梁号
重量(T)
梁长度
(m)
高度(m)
腹板厚(cm)
体积
(m3)
底板厚
5#
178.5
4
6.84~7.333
60
68.7
0.733~0.772
10#
175.1
5
4.765~5.181
67.35
0.477~0.518
18#
126.6
3.2~3.224
60、40
48.7
0.322~0.32
10#梁段
5#梁段
2、规范规定
a)、设计原则
本吊篮设计按照“正常使用极限状态法”——即正常使用的某项规定限值,本设计取结构挠度δ=12mm为规定限值。
按正常使用极限状态只考虑荷载短期效应组合;
b)、钢材强度
A3钢:
取允许应力f=190N/mm2=190MPa
E=2.06*105mMPaP=7850kg/m3
精扎螺纹钢Ф32抗拉强度бb=1000MPa,
E=2.06E5MPa
伸长率δs≥7%
c)、结构变形的规定:
按“有重轨的工作平台架”,允许变形为L/600,由于为悬臂结构。
取2L/600=L/300L——悬臂长度;
d)、受弯构件的计算内容
①、强度M/r.W=M/1.05W≤fr——截面塑性发展系数=1.05
②、局部稳定——配置加劲肋解决;
③、整体稳定(不考虑);
e)、拉弯和压弯构件计算内容
①、强度:
-N/An±
M/Rw=-N/An±
M/1.05W≤f
②、稳定性:
N/ΦA+ΑβmxM/PW(1-0.8N/Nex)=N/ΦA+1.0M/1.05W(1-0.8N/Nex)
Nex——欧拉临界力
Nex=π2EA/λ2
四、结构材料
a)、A3工字钢、槽钢、扁钢;
b)、Ф32精扎螺纹钢
五、结构形式和基本尺寸
5#、10#、18#梁段均需进行结构力学检核,以确定最不利荷载对结构的影响。
不同梁段结构基本尺寸见下图。
5#梁段
10#梁段
18#梁段
六、结构荷载的确定
1、荷载及其组合(按规范要求)
序号
荷载
重量
(T)
分配系数
最终重量(T)
(1)
模板及其支架自重
20
1.2
24
(2)
砼自重
214.2
(3)
人员、材料、机具
2
1.4
2.8
(4)
振捣产生的荷载
1.68
(5)
其它荷载
3
1
(6)
砼的侧压力
(7)
倾倒砼产生的水平荷载
振捣荷载对水平模板:
2.0KN/m2
取:
0.6m*5m*2*2KN/m2=12KN12KN*1.4=16.8KN
2、规范要求:
计算强度
(1)+
(2)+(3)+(4)+(5)
=24+214.2+2.8+1.68+3=245.68T≈250T
验算刚度
(1)+
(2)+(5)
=24+214.2+3=241.2T≈242T
综上:
荷载取250T
3、吊篮结构两种受力情况
对于5#、10#、18#梁段,由于梁段长度不同,斜拉杆位于320cm处,故斜拉杆受力状况不同,应取最不利荷载位置。
见图。
显然,10#梁段对斜拉杆最不利,5#梁段对底纵梁受力最不利。
1)、5#梁段L=400cmq=250T/4m=62.5T/m
底纵梁:
12根36b槽钢
ΣW=12*702.9=8434.8cm3
ΣA=12*68.03=816.36cm2
斜拉带:
采用4根200×
30mm钢板和Φ32精轧螺纹钢
钢板ΣA=4*60=240cm2
Φ32精钢ΣA=4*8.04=32.12cm2 (L=200cm)
底纵梁σmax=109Mpa
斜拉带σmax=75Mpa
Φ32精钢σmax=562MPa
5#梁段支座反力REACTIONSOLUTIONSPERNODE
NODEFX FY
下10.75102E+06N 0.85714E+06N
上57-0.75102E+06 N 0.16429E+07N
挂篮最大变形DMX=9mm
2)、10#梁段L=500cmq=250T/5m=50T/m
底纵梁σmax=113Mpa
斜拉吊带σmax=102MPa
Φ32精钢σmax=759MPa
10#梁段支座反力REACTIONSOLUTIONSPERNODE
NODEFX FY
下10.14000E+07N 0.50000E+06 N
上57-0.14000E+07 N 0.20000E+07 N
挂篮最大变形DMX=20mm
变形稍大,可采取在施工10#梁段时,对吊带进行补强,以解决此问题。
七、锚点设计
经比较,10#梁段为上下支座反力控制值。
上锚点采用8根Ф60钢棒,下锚点采用2根Ф85钢棒
规范规定螺栓的承载能力设计值计算式:
抗拉:
Nbt=1/4pide2.fbt
抗剪:
Nbv=nv.1/4pid2.fbv
――de—螺栓的有效直径=60/85mm
――nv-受剪面数=8/2
fbt=170Mpa
fbv=130Mpa
A1=1/4pi.36=28.27cm2
A2=1/4pi.8.52=52.81cm2
1、上锚点 Nbt=1/4pide2.fbt=28.27×
170=48T
Nbv=nv.1/4pid2.fbv=28.27×
130=37T
Nt=200/8=25T
Nv=140/8=17.5T
根据规范有:
Nv Nt
( )2+()2
Nbv Nbt
17.525
=()2+()2
3748
=0.2237+0.2713
=0.704∠1
2、下锚点 Nbt=1/4pide2.fbt=52.81×
170=90T
Nbv=nv.1/4pid2.fbv=52.81×
130=69T
Nt=50/2=25T
Nv=140/2=70T
7025
6990
=1.029+0.0772
=1.052>
结果稍大,施工时可采取临时补强,在完成10#梁段后,结构完全可以满足需要。
综上,斜拉挂篮承重结构完全可以满足结构力学要求。
八、底模前后横梁设计
前后横梁均采用2×
(I36b+I28b)扣焊而成,
∑Ix=2*(12651.7+5118.4)=2×
17770.1=35540.2cm4
∑A=2*(68.09+45.62)=2×
113.71=227.42cm2
底横梁为不均匀受力,腹板部分受力大,底板部分受力小,经分割计算,横梁受力和力学模型见图。
横梁受力和力学模型图
横梁最大变形DMX=5mm
横梁最大应力σmax=130MPa
可以满足要求。
九、移篮支架设计
移篮支架采用三角形结构,结构构件均采用2×
14b槽钢扣焊。
其力学模型和基本结构见图。
∑A=4×
21.31=85.24cm2
结构最大变形DMX=19mm
结构构件最大应力σmax=66MPa
十、挂篮移动
吊篮分承重系统、走行系统,承重系统承受混凝土和模板及其它荷载,走行系统仅承受模板重量和翼缘板混凝土重量。
由于斜拉挂篮穿过底板和内模,故施工中,掌握施工秩序是关键。
其施工顺序为:
梁段预应力张拉完成――拆除侧模、内模、悬挂就位――松开底后锚、拆除底模、悬挂就位――锚固走行轨、松开移篮支架后锚――利用倒链拉动移篮支架前移就位――锚固移篮支架后锚――测量定位、锚固底模后锚――测量校模、侧模就位固定――钢筋绑扎、波纹管安装――内模滑移就位――安装斜拉吊带――安装端头板――检查――混凝土灌注――养护(3d)――预应力张拉、管道注浆――下一循环。
从上可以看出,斜拉吊带在内模就位后安装,否则将影响内模就位,施工是一定注意。
斜拉挂篮其余施工方法同菱形挂篮。
十一、斜拉挂篮设计施工要点
1、
上锚点
每个锚座和箱梁顶板
用4根Φ60锚杆联结,锚杆
承受斜拉吊带拉力和剪力,锚杆
和梁顶预留孔间采取特殊措施实现
密切,实现抗剪目的。
2、下锚点
每个锚座和箱梁底板
用一根Φ85锚杆联结,锚杆
承受底模拉力和因斜拉而产生的
剪力,锚杆和梁顶板留孔间采取
特殊措施实现密切,
以实现抗剪之目的。
3、斜拉吊带
斜拉吊带正面图斜拉吊带侧面图
由于斜拉吊带要穿过底板和实现底板标高调整,穿过底板部分用精轧螺纹钢,每个锚座用2根32精轧螺纹钢筋,利用预埋50pvc塑料管方便施工,在螺纹钢和钢板吊带之间设转换器,在转换器通过调整螺纹钢实现底模标高的调整。
4、移篮支架
移篮支架在挂篮前移时承受模板重量,挂篮就位灌注混凝土时承受侧模和翼缘板混凝土重量。
挂篮移动时,侧模外倾,斜靠在移篮支架前后横梁下垂的吊带上,底模悬挂在移篮支架前后横梁下垂吊带上。
挂篮移动时,支架前支点在走行轨上滑行,后锚点通过扣轮反扣走行轨前移,挂篮前移采用手动倒链。
移篮支架就位后锚于箱梁竖向预应力精轧螺纹钢上。
十二、结论
从检算结果看,斜拉挂篮结构变形、构件强度完成可以满足施工和规范要求。
因此认为,按照确定的材料所组成的斜拉挂篮系统是可行的,结构总体安全系数约为2。
实际安全系数要远大于此,因为主要荷载已考虑1.2系数、底模纵梁跨度实际比检算值小、吊篮结构自重不全部由吊篮系统承担。
总之,斜拉挂篮方案可行,同菱形吊篮比较,一套两只材料可节余约24T,在目前钢材价格较高的情况下,尤为值得考虑。
附图:
斜拉轻型挂篮设计图
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- 高速公路 大桥 轻型 挂篮 方案 研究