中胜特大桥70+125+70m连续梁挂篮计算书.docx
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中胜特大桥70+125+70m连续梁挂篮计算书
水电十四局南龙铁路
NLZQ-2标(70+125+70)m
连续梁菱形挂篮
计算书
2015年3月
第一章设计计算说明
1.1计算依据
1、《路桥施工计算手册》周水兴等编著
2、《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
3、《实用土木工程手册》(第三版)杨文渊编
4、《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)
5、《预应力混凝土用螺纹钢筋》(GB/T20065-2006)
6、《铁路预应力混凝土连续梁(刚构)悬臂浇筑施工技术指南》(TZ324-2010)
7、《材料力学》(上、下册)
8、《结构力学》(上、下册)
1.2工程概况
本工程为水电十四局南龙铁路二标中胜特大桥(70+125+70)m连续梁,采用菱形挂篮施工。
1.3挂篮设计
1.3.1主要技术参数
(1)砼自重Gc=26.5kN/m;
(2)钢弹性模量Es=2.06×105MPa;
(3)材料容许应力:
Q235钢[σ]=215N/mm2,
[σw]=181N/mm2,[τ]=106N/mm2.
Q345钢厚度或直径≤16mm,f=310N/mm2,fv=180N/mm2
厚度或直径>16~35mm,f=295N/mm2fV=215N/mm2
40Cr钢小于100mm,抗拉735MPa,屈服540MPa;
100mm~300mm,抗拉685MPa,屈服490MPa;
300mm~500mm,抗拉685MPa,屈服440MPa;
500mm~800mm,抗拉590MPa,屈服345MPa.
剪切力=安全系数*0.6*抗拉强度安全系数=1.3(一般)
2.5(特殊)
1.3.2挂篮构造
挂篮材料及具体结构形式见后附图纸。
1.3.3挂篮计算设计荷载及组合
(1)荷载系数依据交通部颁发的公路桥涵设计和施工规范,荷载系数取值如下:
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:
2;
挂篮正常使用时采用的安全系数为2。
(2)作用于挂篮主桁的荷载
①混凝土荷载:
取混凝土最终块计算;
②混凝土偏载:
箱梁两侧腹板浇筑最大偏差取10t;
③挂篮自重:
由midas系统根据定义截面自行取值;
④模板自重:
2.5kPa;
⑤施工机具及人群荷载:
2.5kPa;
⑥倾倒和振捣混凝土荷载:
4kPa;
⑦挂篮冲击荷载:
0.3x挂篮自重;
⑧风荷载:
1000Pa;
⑨护栏荷载:
按5t计算。
(3)荷载组合
荷载组合1:
①+③+④+⑤+⑥+⑨;荷载组合2:
②+③+④+⑤+⑥+⑨;荷载组合3:
①+③+④+⑧+⑨;
荷载组合4:
挂篮行走,③+④+⑦+⑧+⑨;荷载组合5:
①+③+④+⑤+⑨。
荷载组合1、2、3,4用于挂篮结构的强度和稳定性计算;荷载组合5用于挂篮刚度计算,荷载组合1,4用于系统抗倾覆计算。
所有荷载均按照线载荷施加。
1.3.4内力符号规定
轴力:
拉力为正,压力为负;
应力:
拉应力为正,压应力为负;
其它内力规定同结构力学的规定。
1.3.5载荷分配情况
(1)混凝土荷载分析按照模板纵梁的位置,将混凝土最重块划分成如图1-1。
翼缘板部分由1根导梁承担;腹板部分对应荷载由腹板下4根纵梁承担;底板其余部分由其下对应8根纵梁承担;顶板部分由2根导梁承担。
图1-1最重块截面划分
(2)混凝土偏载:
箱梁两侧腹板浇筑偏差重量10t计算,施加方法同混凝土自重部分,只是一侧加载总量减少10t。
(3)挂篮自重荷载分析:
挂篮自重部分按自重工况施加。
(4)模板自重:
按2.5kN/m2计算,计算时按梁宽及梁节长度计算,最后分块施加到对应纵梁及导梁上。
(5)施工机具及人员荷载
施工机具及人员按2.5kN/m2计算,计算时按梁宽及梁节长度计算,最后分块施加到对应纵梁及导梁上。
(6)倾倒和振捣混土产生的荷载:
4kPa,计算时按梁宽及梁节长度计算,最后分块施加到对应纵梁及导梁上。
(7)挂篮冲击荷载:
0.3倍挂篮自重按自重工况施加;
(8)风载:
1000Pa;
(9)护栏荷载:
按5t计算,化为线荷载分别施加于前后托梁。
第二章挂篮结构的强度计算
计算采用有限元软件MIDAS/civil进行计算,计算采用整体模型,主桁架各节点的连接释放销轴的自由度,计算模型如图2-1所示。
图2-1挂篮整体计算模型
2.1荷载组合1:
混凝土荷载+挂篮自重+模板自重+施工机具及人群荷载+倾倒和振捣混凝土荷载+护栏荷载
2.1.1荷载情况
该工况主要用来计算挂篮的主桁承重系统强度和稳定性。
此种荷载组合适用于挂篮混凝土浇筑要结束前的一种最不利荷载工况,此时所有混凝土浇筑完毕(考虑混凝土胀模的影响)q1=1.05×G混凝土,振动系统仍然在振捣,所以还要考虑挂篮施工的动力附加荷载,人员机具仍在施工,因而挂篮结构还要承受人员机具荷载。
图2-1-1荷载组合1计算模型
2.1.2结果分析
(1)底托系统最大应力为149MPa,如图2-1-2。
符合要求。
图2-1-2底托系统应力计算结果
………………………………………..
(2)导梁系统最大应力为124.6MPa;如图2-1-3。
符合要求。
图2-1-3导梁系统应力计算结果
(3)前横梁最大应力为99.8MPa,如图2-1-4。
符合要求。
图2-1-4前上横梁应力计算结果
(4)主桁架最大应力为106.5MPa,如图2-1-5。
符合要求。
图2-1-5主构架应力计算结果
(5)吊杆计
算
图2-1-6荷载组合1吊杆计算结果
由图2-1-6可知,吊杆最大应力为345MPa;因吊杆采用φ32精轧
螺纹钢(PSB830级),最大应力345MPa<830MPa,所以最小安全储备量为2.4,其它吊杆安全储备均大于2.4。
2.2荷载组合2:
混凝土偏载+挂篮自重+模板自重+施工机具及人群荷载+倾倒和振捣混凝土荷载+护栏荷载
2.2.1荷载情况
该荷载组合适用于挂篮混凝土浇筑过程中的一种最不利荷载工况,此时假定一侧混凝土浇筑完毕(考虑混凝土胀模的影响)q1=1.05
×G混凝土,另一侧尚未浇筑完,两侧相差混凝土总量约10t,人员机具仍在施工,因而挂篮结构还要承受人员机具荷载。
该荷
载组合与与载荷组合1相比较,只是一侧腹板处混凝土荷载总量减少10t,其余荷载相同。
图2-2荷载组合2计算模型
2.2.2结果分析
(1)底托系统最大应力出现在混凝土偏多腹板下底纵梁位置,最大应力为148.6MPa,如图2-2-1。
符合要求。
图2-2-1荷载组合2底托系统应力计算结果
(2)因导梁在荷载组合1与荷载组合2中受力形式及荷载值无发
生变化,所以在此不再另行计算。
(3)前横梁最大应力为93.7MPa,如图2-2-2。
符合要求。
图2-2-2荷载组合2前上横梁应力计算结果
(4)主桁架计算结果:
主桁架最大应力为108.1MPa,如图2-2-3。
符合要求
图2-2-3荷载组合2主构架应力计算结果
(5)吊杆计算结果如图2-2-4,吊杆应力最大值为354.4MPa,所
以最小安全储备量为2.34,其它吊杆安全储备均大于2.34。
图2-2-4荷载组合2吊杆应力计算结果
2.3荷载组合3:
混凝土荷载+挂篮自重+模板自重+风荷载+护栏荷载
2.3.1荷载情况
该荷载组合适用于挂篮混凝土浇筑完毕后出现大风情况,此时荷载包括混凝土自重(考虑混凝土胀模的影响)q1=1.05×G混凝土,挂篮自重及风荷载。
图2-3荷载组合3计算模型
2.3.2结果分析
该组合主要针对风载作用时对主桁架、横联桁架的影响。
(1)主桁架计算结果:
主桁架最大应力为96.3MPa,如图2-3-1。
符合要求。
图2-3-1组合2主构架应力计算结果
(2)横联桁架
该载荷组合下,由于风载的存在,最大应力为57.6MPa,如图2-3-2。
符合要求。
图2-3-2组合3横联桁架应力
2.4荷载组合4:
挂篮行走工况:
挂篮自重+模板自重+冲击荷载+风载+护栏荷载
挂篮行走工况:
挂篮前移动时,主桁靠反扣装置在轨道上行走;其它结构不变,底托横梁均由吊杆悬吊;外导梁仍有模板荷载作用。
2.4.1荷载情况
此载荷组合下风载作用于主构架处,在本模型中,将其视为线荷载,计算模型如图2-4-1。
图2-4-1荷载组合4计算模型
2.4.2结果分析
挂篮行走时,最大应力值为48.4MPa,如图2-4-2所示。
符合要求。
图2-4-2荷载组合4挂篮应力图
第三章挂篮结构的刚度计算
3.1荷载组合5:
混凝土荷载+挂篮自重+模板自重+施工机具及人群荷载+护栏荷载
该荷载组合主要用来计算挂篮系统的结构刚度。
3.1.1荷载情况
计算模型如图3-1-1。
图3-1-1荷载组合5计算模型
3.1.2结果分析
该荷载组合下,挂篮变形等值线图见图3-1-2。
由图可知,变形最大位置为底托系统底纵梁位置,最大值为30.1mm。
以下对各部分进行划分分析:
图3-1-2荷载组合5变形等值线图
(1)挂篮主桁架部分
主桁架部分最大变形位于前横梁支点处,最大竖向变形量为
14.1mm。
见图3-1-3。
图3-1-3挂篮主桁架变形等值线图
(2)前横梁
如图3-4所示,前横梁部分最大变形位于中部位置,值为22.1mm,相对变形值为△δ=22.1-14.1=8mm
挠跨比为η=8<L/400
图3-1-4挂篮前横梁变形等值线图
(3)导梁
如图3-1-5所示,导梁最大位移值为23.3mm。
图3-1-5导梁变形等值线图
(4)底托系统
如图3-1-6所示。
底托系统最大位移值为30.1mm。
图3-1-6底托系统变形等值线图
3.2刚度验算结论
挂篮在此该荷载组合条件下,计算挂篮系统整体和各部件的结构刚度,其变形最大值情况汇总为表3-2。
由表3-2可以看出,挂篮整体系统变形最大的位置为底托系统位置,值为30.1mm,而该值为主桁架、前横梁、吊杆及其底托前横梁各部分变形的累积。
注:
因吊杆为纯受拉杆件,在强度方面通过以上计算可知满足要求,在主构架及底托系统变形值均满足要求的情况下,吊杆变形值不再另做计算,以此得出的底托系统变形比值将更为保守。
结论:
通过对荷载组合5的计算分析,挂篮刚度满足使用要求。
第四章挂篮抗倾覆计算
挂篮抗倾覆计算包括两部分内容:
混凝土浇筑工况和挂篮移动工况两种。
4.1混凝土浇筑时的抗倾覆计算
(荷载组合1:
混凝土荷载+挂篮自重+模板自重+施工机具及人群荷载+倾倒和振捣混凝土荷载+护栏荷载)
在混凝土浇筑时,挂篮主桁架后端通过精轧螺纹钢锚固于已经浇筑好的混凝土梁体上,为保证施工安全,需要验算此种载荷组合下的挂篮后锚点的安全性。
荷载组合1时主构架后锚点最大反力为840.9KN,如图4-1-
图4-1-1主构架反力模型
由以上结果可知,荷载组合1时后锚点拉力最大值为840.9kN。
单侧后锚点采用直径32mm(PSB830)的精轧螺纹钢4根,则可提供锚固力为
N提供=4A[σ螺纹钢]=4×3.14×322/4×830×10-3=2669kN
其安全储备为:
K=2669/840.9=3.17
故:
满足安全要求。
4.2挂篮行走工况的抗倾覆计算
(荷载组合4:
挂篮行走工况:
挂篮自重+模板自重+冲击荷载+风载+护栏荷载)
荷载组合4时主构架后锚点最大反力为124.1KN,如图4-2-1。
图4-2-1主构架反力模型
由以上结果可知,荷载组合4时反扣装置拉力最大值为124.1kN。
反扣轮装置强度验算如下:
反扣装置由2个φ50mm的销轴与主构架连接,故单片主桁架反力按φ50mm的销轴受剪计算,材质为40Cr,销轴承受的最大剪力为:
N=2σA=2×570×1962.5=2237.3kN
其安全储备为:
K=2237.3/124.1=18,符合要求。
4.3结论
通过对荷载组合1、4的计算分析,挂篮抗倾覆满足相关规范要求。
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