挂蓝构件受力计算书.docx
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挂蓝构件受力计算书
重庆·云阳长江公路大桥
桁式挂篮计算书
一、工程概况
重庆云阳长江公路大桥主桥长637.0米,桥跨组合为132.0+318.0+187.0米。
主桥结构型式为高、低塔、双索面、密索、对称扇形布置、预应力钢筋砼双纵肋主梁、塔梁分离的支撑体系斜拉桥。
主梁为预应力砼双纵肋,肋高230㎝,肋腹宽为160㎝,肋底宽260㎝,顶板厚25㎝,翼缘板宽120㎝,桥面全宽20.5m。
主梁标准块件每节段长6.0m,节段内设一道25㎝厚的横隔板,S段0号块长为8.0m。
二、设计依据
1、《重庆云阳长江公路大桥·两阶段施工图设计文件》
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)
4、《钢结构-原理与设计》(清华版)
5、《路桥施工计算手册》(人交版)
6、《结构力学》、《材料力学》(高教版)
三、主要技术参数
1.挂蓝设计荷载:
3000kN(不含挂蓝自重);
2.挂蓝自重1166kN。
其中主桁架353kN,底篮378kN,模板与支架335kN,人员机具100kN;
3.标准悬浇梁段:
长6.0m,宽20.5m,高2.3m,砼方量88.94
,重2313kN;
4.挂蓝利用系数λ=0.51,满足设计规范要求。
5、挂蓝主桁前端臂长7.0m,后端臂长6.0m,主桁高度5.0m,两主桁片间宽度15.3m。
6、在最大受力作用下,主桁前端最大挠度19.0mm
7、本挂篮行走方式为千斤顶或导链牵引。
四、材料主要参数
1、弹性模量:
16Mn、A3型钢:
E=2.10
105Mpa。
2、弯曲正应力:
A3型钢[б]=145Mpa,16Mn钢[б]=210Mpa。
3、轴向应力:
A3型钢[б]=140Mpa,16Mn钢[б]=200Mpa。
4、允许剪应力:
A3型钢[τ]=85Mpa,16Mn钢[τ]=120Mpa。
五、材料截面特性计算
表1挂篮杆件截面特性
类别
杆件编号
材料组成
截面面积(㎝2)
主
桁
杆
件
GJ1
2[36a+2×□280×20
233.78
GJ2
2[36a+2×□280×20
+2×□340×10
301.78
GJ3
2[36a+2×□280×20
+2×□340×10
301.78
GJ4
2[36a+2×□280×20
+2×□340×10
301.78
GJ5
2[36a+2×□280×20
+2×□340×10
301.78
GJ6
2[14a
37.02
前
上
横
梁
杆
件
QGJ1
2[18a
51.38
QGJ2
2[18a
51.38
QGJ3
2[18a+2×□130×10
77.38
QGJ4
2[18a
51.38
QGJ5
2[18a+2×□130×10
77.38
QGJ6
2[14a
37.02
QGJ7
2[14a
37.02
前
上
横
梁
杆
件
QGJ8
2[14a
37.02
QGJ9
2[18a+2×□130×10
77.38
QGJ10
2[18a+2×□130×10
77.38
QGJ11
2[18a+2×□130×10
77.38
QGJ12
2[14a
37.02
QGJ13
2[18a+2×□130×10
77.38
后
横
梁
杆
件
HGJ1
2[14a
37.02
HGJ2
2[14a
37.02
HGJ3
[14a
18.51
HGJ4
[14a
18.51
HGJ5
[14a
18.51
注:
1)本挂篮杆件连接多采用销接,所有杆件均视为桁架单元,只需计算截面面积;
2)挂篮前、后下横梁均采用2I45a,为连续杆件,其截面积A=204×10-4㎡,刚度I=6.448×10-4m4;
3)吊杆采用45号圆钢,截面规格为Φ=50mm,Φ=80mm。
六、标准段荷载计算
图1(单位:
cm)
把砼的一半重量作用在前横梁上,1、2、3各部分线荷载计算如下:
g11=ρghL/2=26.0
×0.3m×3.0m=23.4kN/m;
g12=ρghL/2=26.0
×2.3m×3.0m=179.4kN/m;
g13=ρghL/2=26.0
×0.25m×3.0m=19.5kN/m;
七、挂篮空载荷载
1、主梁腹腔线荷载g03计算:
a、腹腔模板:
21×6×80.0=10080kg;
b、横隔板模板:
2×15×2.2×80.0=5280kg;
c、腹腔支架:
横撑:
3×14×6.0=252m
立柱:
14×6×2.3=193.2m
纵梁:
13×3×6.0=234m
合计:
①+②+③=679.2m×3.84=2608.1kg
d、腹腔分配梁[10:
8×10×13.0=1040kg
e、前端支架:
3.84×(20.5×2×3+2.0×23×2+1.3×23×3)=1170kg
f、横隔板底模:
78.5×13.1×0.25×0.01=257kg
共计:
205KN
g、纵、横梁自重:
(8.5×13×52.7+7×13×11.25)/2×13.0=2.63kN/m
g03=205/12.9×2+2.63=10.5kN/m
2、主梁梁肋线荷载g02计算:
a、梁肋底模板:
2.6×6×0.01×78.5=1224.6kg;
b、纵、横梁自重:
4×8.7×106+8.7×52.7+13×2.6×11.25=4527.5kg;
g02=(1224.6+4527.5)/2.6×2=11.1kN/m
3、主梁翼缘板线荷载g01计算:
a、翼缘板模板:
3700kg;
b、翼缘板支架:
①横撑:
2×8×1.0=16.0m
②立柱:
16×2.0=32.0m
③纵撑:
4×7.0=28.0m
合计:
①+②+③=76.0m×3.84=292.0kg
c、纵、横梁自重:
(2×8.7×52.7+7×2.2×11.25)=1090kg
g01=(292.0+1090+3700)/1.2×2=21.2kN/m
八、挂篮设计控制计算假设
1、所用材料必须符合虎克定律;
2、吊带只承受拉力,不承受弯矩;
3、混凝土重量由纵梁均匀承受,再通过重量传到底篮前、后横梁上;
4、前横梁系统是由主桁前横梁、底篮前横梁通过钢棒连成整体,支点作用在主桁前端。
5、后横梁系统是由主桁后横梁、底篮后横梁通过钢棒连成整体和挂腿共同组成,在浇注混凝土时,支点分别为主桁片立柱,主梁顶后锚固点及挂腿支点。
在挂篮前移时,支点作用在主桁片立柱,挂腿支点。
九、在g0+g1状态下运行SAP2000程序,计算主桁构件
(一)主桁杆件内力分析
1、主桁杆件模型建立:
采用SAP2000空间分析程序,将挂篮主桁杆件简化为空间桁架单元,计算模型如下:
图2
表2挂篮主桁杆件承受荷载
类别
杆件编号
受力大小(kN)
主
桁
杆
件
GJ1
-1083.47
GJ2
1421.88
GJ3
-1286.73
GJ4
-1183.87
GJ5
1306.73
GJ6
-8.19
主桁
结点
R1
-884.22
R2
1778.98
备注:
本计算书中“+”表示拉力,“-”表示压力,以下类同。
2、主桁前上横梁杆件受力:
图3
表3挂篮前上横梁杆件承受荷载
类别
杆件编号
受力大小(kN)
主
桁
前
上
横
梁
杆
件
QGJ1
-166.99
QGJ2
235.88
QGJ3
-385.64
QGJ4
-169.60
QGJ5
340.56
QGJ6
-100.54
QGJ7
-2.45
QGJ8
-100.54
QGJ9
-328.00
QGJ10
354.93
QGJ11
356.32
QGJ12
196.16
QGJ13
-358.40
吊杆
杆件1
163.94
杆件2
361.81
杆件3
190.52
3、主桁后上横梁杆件受力:
图4
表4挂篮后上横梁杆件承受荷载
类别
杆件编号
受力大小(kN)
主桁
后上横梁
杆件
HJ1
0.15
HJ2
29.62
HJ3
22.62
HJ4
-15.84
HJ5
4.21
HJ6
-17.69
HJ7
-32.62
(二)主桁杆件变形分析
1、主桁前上横梁
图5
表5挂篮前上横梁杆件变形
结点编号
变形大小(mm)
结点编号
变形大小(mm)
1
-10.8
2
-11.2
3
-15.4
4
-19.0
5
-11.6
6
-15.4
7
-18.5
备注:
本计算书中“-”表示向下变形,“+”表示向上变形,以下类同
2、主桁后上横梁
图6
表6挂篮后上横梁杆件变形
结点编号
变形大小(mm)
结点编号
变形大小(mm)
1
0
2
-1.7
3
-2.3
4
-1.1
5
-2.1
3、主桁架
图7
表7挂篮主桁杆件变形
结点编号
变形大小(mm)
结点编号
变形大小(mm)
1
-1.1
2
-11.6
3
-11.2
4、垂吊系统变形
根据《材料力学》(Ⅰ)拉、压杆变形计算公式△L=PL/EA知:
杆件编号
承受力(kN)
杆件长度(m)
E*A取值(kN)
△L(㎜)
1
172.46
7.50
4.12×106
0.31
2
351.90
7.50
10.56×106
0.25
3
190.46
7.50
4.12×106
0.35
5、前下横梁变形
根据《材料力学》(Ⅰ)主梁的挠度计算公式,计算主梁梁肋处的最大位移量:
δ=δM1+δM2+δq=5×q×L4/(384*E*I)-M1L2/(16*EI)-M2L2/(16*EI)
=5×171×24/(384×EI)-M1L2/(16×EI)-M2L2/(16×EI)
=(5×171×24/24-58×22-76×22)/(16×EI)
=1.5×10-3㎜
6、纵梁变形(I56a)
δ=δq=5×q×L4/(384*E*I)
=5×49.6×74/(384×EI)
=5×49.6×74/(384×EI)
=1.13㎜
7、纵梁变形(I32a)
δ=δq=5×q×L4/(384*E*I)
=5×7.53×74/(384×EI)
=5×49.6×74/(384×EI)
=1.01㎜
十、在g0+g1状态下运行SAP2000程序,计算底篮
图8(单位:
mm)
表8挂篮吊杆件承受荷载
结点编号
吊点受力(kN)
结点编号
吊点受力(kN)
1
172.46
2
351.90
3
190.46
十一、构件应力验算
1、主桁各杆件应力验算:
结构构件的强度按《公路桥涵设计规范》(JTJ041-2000)强度计算公式表1.2.15验算,以最不利受力杆件GJ3为例:
σ=N/A=1286.73kN/(233.78×10-4m2)=55.1Mpa<[σ]=140Mpa
轴心应力满足规范要求
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