新建铁路客运专线加劲钢桁安装施工方案工装检算书.docx
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新建铁路客运专线加劲钢桁安装施工方案工装检算书
目录
第一章工程概述1
1.1编制依据1
1.2工程概况1
1.3现场施工条件2
1.4方案概述2
1.5工程重点、难点5
第二章构件检算6
2.1轨道验算6
2.2翼板悬臂7
2.3调整支架7
2.3.1荷载分析7
2.3.2有限元参数7
2.3.3工况分析9
2.3.4位移验算10
2.3.5强度验算12
第三章结论14
第一章工程概述
1.1编制依据
1)大同至西安铁路晋陕黄河特大桥(2×108m)单T刚构加劲钢桁给合结构上部结构设计图
2)加劲钢桁杆件安装施工方案
3)《路桥施工计算手册》、《钢结构设计规范》、《结构力学》、《迈达斯6.71》。
1.2工程概况
单T刚构箱梁构造、钢桁布置及龙门吊轨道关系见下图所示。
钢桁安装三维图如下图所示。
钢桁杆件重量统计表见表1所示。
表1加劲钢桁杆件重量统计表
序
构件名称
杆件编号
数量
单重(t)
总重(t)
备注
1
腹杆
F1
120
3.77
452.4
2
腹杆
F2
120
3.99
478.8
3
腹杆
F3
120
2.75
990
4
上平联
PL-1
150
1.15
172.5
5
上平联
PL-2
120
3.1
372
6
上弦节点
A1(AA1)
30
7.41
222.3
8
上弦节点
A2(AA2)
30
5.74
172.2
10
上弦节点
A3(AA3)
30
5.74
172.2
13
上弦节点
AA4(AA4)
30
5.31
159.3
15
上弦节点
AA5(AA5)
30
4.15
124.5
16
上弦杆
PT-1
120
3.1
372
合计
4534.5
1.3现场施工条件
晋陕黄河特大桥位于洽川主河槽上,水深约5m,昼夜达温差15℃,空气对流大;10年至次年4月为风季,计算风速为4级。
晋陕黄河特大桥15联(2×108m)单T刚构同时展开,受多种因素影响,施工进度不一,合拢时间不一;导致钢桁杆件安装时间和工具不一,67#、71#墩安装在2012年9月进行,其它墩将在10月~12月相继展开施工;全桥合拢前安装工具采用15t龙门吊,合拢后则采用灵活大的25t汽车吊。
1.4方案概述
根据现场特点,钢桁杆件安装方案概要如下:
(1)利用脚手支架搭设龙门吊拼装支架,依托脚手脚依次拼装龙门吊支腿、横梁等。
龙门吊布置见图1.3.1,龙门吊安装支架见图1.3.2—3。
(2)采用83式临时军用支墩搭设腹杆支撑架,腹板吊装到位;腹杆调整支架见图1.3.4;
(3)上节点吊装就位,并初调就位;采用83式临时军用支墩搭设节点调整支撑架。
(4)平联安装与锁定。
(5)上弦中间节点焊接。
(6)线形调整与锁定,平联安装调整与焊接。
图1.3.1龙门吊布置图
图1.3.2龙门吊支架图
(一)
图1.3.4腹杆支撑架图
(一)
图1.3.3龙门吊支架图
(二)
图1.3.5腹杆支撑架图
(二)
1.5工程重点、难点
(1)桥位安装高度大,给现场施工带来极大的困难;
(2)钢桁梁跨度长,拼装杆件多,登高作业多,现场安装(吊装)持续时间长;
(3)安装所需要的支撑及吊装体系等辅助措施多,作好安全防护是干好本工程的关键所在;
(4)支撑及吊装体系设计考虑的因素多,设计的难度大
(5)安装精度控制要求高,不易控制
(6)高强度螺栓工作量大,质量要求高
(7)桥位风大,焊接质量要求高
(8)安装现场离生产基地远,准备时间长
图1.3.6腹杆支撑架图(三)
图1.3.7节点调整图
第二章构件检算
2.1轨道验算
从施工方案可知,钢轨采用化学螺栓与混凝土箱梁连接,间距2.1cm;化学螺栓间每天70cm采用钢板将轨底与梁面间的间隙塞密实。
由龙门吊构件参数可知,龙门支腿的两轮组间距为5m,同一轮组前后轮间距为1.8m;龙门吊自重25t,最大起重量15t。
最不利偏载吊载时,作于单轮上的集中力为:
P=(250+150)÷8=50(KN)
钢轨特性:
g=500N/m(含配件)
Wmin=251300mm3A=6580mm2
腹板厚d=15.5mm轨高h=152mm
钢轨支承点间最大弯矩:
Mmax=50÷2×0.35+0.500×0.72÷8=8.78(KN·m)
跨中应力:
σ=8.78×106÷251300=34.94(mpa)<[σ]=140mpa
符合规范
剪应力:
τ=(50÷2+0.50×0.35)÷(152×15.5)
=10.69(mpa)<[τ]=85mpa
符合规范
钢轨安全系数:
K=140÷34.94=4
2.2翼板悬臂
结合施工图中的节点预埋部分和预埋施工方案,节点预埋时将桥面2.6m范围内的横向钢筋切断,虽采取了加固措施,但仍然削弱了翼板的截面特性。
截面高:
h=726-200-76=450(mm)
吊运构件时龙门吊的一组行走装置力将作用于削弱后的翼板,为安全起见,取一组轮对的力进行验算,即集中力P=10t;作用于纵向70cm的翼板范围内,作用点距切断处L=996-600=396(mm)
削弱面的截面模量:
Wmin=
(mm)
有效抗剪截面积:
Amin=450×700=315000(mm2)
集中力弯矩:
M=10×104×396=39600000(N·mm)
C55混凝土拉应力:
σ=39600000÷23625000=1.68(mpa)<[σ]=5.5mpa符合规范
C55混凝土剪应力:
τ=100000÷315000=0.32(mpa)<[σ]=5.5mpa符合规范
2.3调整支架
2.3.1荷载分析
1)支架自重:
重力方向,系数为1
2)外部恒载:
30t,两边布置,向下
3)支架的载荷计算
静载计算工况:
工况:
支架自重+外部恒载
外部恒载:
外部活载:
风载:
2.3.2有限元参数
支架有限元分析模型主要采用梁单元,共有单元267个,节点112个,具休参数如下图2.2-1所示。
有限元模型如下图2.2-2所示:
图2.2-1参数设置
图2.2-2支架有限元模型
2.3.3工况分析
(1)计算工况
工况一:
调整上节点,单点作用15t。
工况二:
50年一遇风力荷载,作用于横桥向的各杆件。
依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)、《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)的相关条款和支架构造,为简化计算风荷载按按梁单元连续均布荷载计算:
q=1.86×1.5×1.3×0.115×0.4=0.17(KPa)
作用于支架杆件的连续荷载为:
q=0.17×2=0.34(KPa)取q=0.4KPa
工况三:
自重+调整力+风荷载
(2)受力简图
调整力作用图
风荷载作用图
2.3.4位移验算
工况一:
调整力作用下。
计算结果用等值分布云图如下所示,由图可得最大值:
2.19mm。
调整力作用下位移分布图
工况二:
风荷载作用下。
计算结果用等值分布云图如下所示,由图可得最大值:
0.63mm。
风荷载作用下位移分布图
工况三:
自重+调整力+风荷载作用下。
计算结果用等值分布云图如下所示,由图可得最大值:
2.34mm。
最不利工况作用下位移分布图
2.3.5强度验算
工况一:
调整力作用下。
计算结果如下所示:
最大应力:
σ=51mpa
调整力作用下应力分布
工况二:
风荷载作用下。
计算结果如下所示:
最大应力:
σ=7.1mpa
风荷载作用下应力分布图
工况三:
自重+调整力+风荷载三种荷载作用下。
计算结果如下所示:
最大应力:
σ=54.1mpa
最不利工况作用下应力分布图
2.3.6刚度、强度与稳定性
根据以上计算工况,支架的最大应力及刚度情况列于表2-1:
表2-1支架有限元计算结果(单位:
Mpa/mm)
工况
最大应力(MPa)/位移
计算值(mm)
许用值
刚度
静力工况
最大下挠1.069mm
4.12mm
强度
静力工况
最大应力26.33Mpa(组合值)
175.37MPa
(1)刚度计算
按照《起重机设计规范GB3811-2008》,该支架静挠度许用值:
[fy]=
=3088/750=4.12mm>1.069mm
则支架最大挠度为1.069mm,未超过结构许用挠度,结构静刚度满足要求。
(2)强度计算讨论
金属结构材料均采用Q235钢,其屈服极限为σs=235MPa,则结构强度许用应力为:
[σ]=
=
=175.37MPa>26.33MPa
支架最大应力为26.33Mpa,未超过许用应力,结构强度满足使用要求。
(3)稳定性计算
双向压弯构件的整体弯曲屈曲稳定性计算按以下公式进行:
当
和
均小于0.1时:
(1)
当
和
均大于0.1时,
(2)
式中,N—作用在杆件上的轴向力,单位为牛顿;
φ—轴心受压稳定系数;
A—结构构件毛截面面积
、
—构件截面都强轴或对弱轴的弯矩。
、
—构件截面都强轴或对弱轴的抗弯模量
—许用应力
、
—构件对X轴或对Y轴的名义欧拉临界力,
,
E—钢材的弹性模量
、
—构件对强轴或对弱轴的计算长细比
由计算可得,组合应力最大值为:
故稳定性满足要求。
第三章结论
通过对龙门吊、削弱翼板、调整支撑架等钢桁安装工装的力学性能验算,各构件力学指标均符合施工规范要求,能满足施工规范需要。
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