白水河挂篮计算书.docx
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白水河挂篮计算书
包西铁路白水河大桥
菱形挂篮计算书
石家庄铁道学院
2009-1-20
第1章设计计算说明
1.1设计依据
①、白水河大桥施工图;
②、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000;
③、《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)
、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
、《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)
1.2工程概况
包西铁路通道白水河大桥为64+64m的两跨预应力砼连续刚构,桥面宽11.46m。
梁段按施工顺序共划分为16种31个梁段。
中墩桥墩上为0号块,梁段长为9m,1,2号梁段长3.0m,3,4号梁段长3.5m,5~13号梁段长4.0m,14号梁段为合拢段,长2.0m,15号梁段为边支点现浇段,长9.25m,采用挂篮施工时最重梁段为5号梁段,重172.0吨。
箱梁为三向预应力砼结构,采用单箱单室断面。
箱顶板宽度为11.46m,底板宽度为6.0m。
1.3挂篮设计
1.3.1主要技术参数
①、砼自重GC=26kN/m3;
②、钢弹性模量Es=2.06×105MPa;
③、材料容许应力:
1.3.2挂篮构造
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500cm,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Q345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。
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。
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。
图1-1正立面图
图1-2侧立面图
1.3.3挂篮计算设计荷载及组合
①、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:
2.0;
②、作用于挂篮主桁的荷载
箱梁荷载:
箱梁荷载有3种类型,5#块,梁段长度为4.0m,重量为172.0t;
对于不同的构件(如主桁架、前底横梁等),经过对比计算,找出最不利的箱梁荷载。
施工机具及人群荷载:
2.5kPa;
挂篮自重:
取90t;
③、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+挂篮自重+人群和机具荷载;
荷载组合III:
挂篮自重+冲击附加荷载;
荷载组合I用于主桁承重系统强度和稳定性计算;荷载II用于刚度计算(稳定变形)计算;荷载组合III用于挂篮系统行走计算。
第2章挂篮底模及吊杆计算
挂篮底模计算荷载:
箱梁荷载:
对5#梁段(172.0t,4.0m长)进行计算,
施工机具及人群荷载:
2.5kPa。
2.1底模系统计算
2.1.1底模系统组成
底模前、后横梁均为为钢箱梁496x230(250)x12x22,底模纵梁为工32a(加密纵梁间距为200mm,其它纵梁的间距为600mm)。
钢材均为Q235B。
2.1.2底模荷载
Ⅰ.箱梁自重
5#块段长度为4.0m,重量为172.0t。
1#块箱梁梁段高度为5.935-5.532m,腹板宽0.8m,底板厚0.5m,混凝土荷载为(q11,q12分别表示腹板区及底板区面荷载):
Ⅱ.人群及机具荷载为:
Ⅲ.倾倒和振捣混凝土产生的荷载;
2.1.3结构模型
底模系统采用有限元软件Midas进行计算,采用梁单元建立模型,建立包括底模纵梁,底模前横梁和底模后横梁,见图2-1所示,支座为前后吊点连接点。
图2-1底模系统模型
2.1.4计算结果
对5号梁段进行计算,计算结果如下所示。
1、应力
底模系统整体正应力见图2-2所示。
图2-2底模系统正应力图
底模系统整体剪应力见图2-3所示。
图2-4底模系统剪应力图
2、变形
底横梁变形见图2-5所示。
图2-5底模横梁变形图
竖向最大位移为0.5mm<[L/400]m.
底模纵梁变形见图2-6所示。
图2-6底模纵梁变形图
图2-7位移最大底模纵梁变形图
底模纵梁两端支承于底模横梁上,其两端也是有竖向位移的,把竖向位移最大的底模纵梁激活,并显示其上各点位移值,见图2-7所示。
竖向最大相对位移为f=11.5-(0.1+0.2)/2=11.4mm<[L/400]=11.8mm.
由上述计算可知,底模系统的结构强度刚度均满足规范要求。
第3章挂篮主桁计算
挂篮主桁架计算荷载:
箱梁荷载:
对5#梁段(172.0t,4.0m长)进行计算.
施工机具及人群荷载:
2.5kPa。
取其中一榀主桁架进行计算。
经过计算对比,荷载组合I是挂篮主桁架的最不利工况,计算如下:
3.1荷载计算
①混凝土重量+超载+动力附加荷载:
由底模计算知,前吊点承受混凝土荷载的53.2%,即
一榀挂篮主桁前吊点承担前部荷载的50%,即
②挂篮荷载:
一榀主桁架前吊点承担底模、内模1/4荷载,前(上、下)横梁的1/2荷载:
P2=(7.408+10.7+2.88)/4+(2.04+3.204)/2=7.87t
③前吊点承担梁顶人群和机具荷载的1/2和前部工作平台人群和机具荷载的全部
P3=(0.25×4.0×5.73)/2+1×0.25×5.3=4.19t
⑤单片主桁前吊点荷载
3.2主桁计算
1、计算模型
菱形形桁架简化后计算简图如图3-1所示。
图3-1主桁计算模型
2、计算结果
上部三根杆件正应力,见图3-2:
图3-2上部杆件应力
中竖杆和水平杆为轴心受压杆,稳定系数为0.891,则:
槽钢[40a加强翼缘后,截面特性改善如下:
面积提高:
21%
抵抗矩提高:
76%
变形图见图3-3所示。
图3-3菱形桁架变形图
竖向最大位移为16.1mm<[L/200]=30mm.
注:
最大竖向位移发生在主桁架的前吊点,为悬臂结构,悬臂结构的挠跨比值为[L/200].
由上述计算可知,主桁架系统的结构强度刚度满足要求。
②后锚及倾覆安全系数
挂篮主桁架后锚系统没有改变,而本桥挂篮所承受荷载比原挂篮承受荷载小,因此可以判定本桥挂篮的后锚及其抗倾覆性能均优于原挂篮。
由上述计算结果可知,主桁架结构构件设计是符合要求的。
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