大桥连续梁挂篮和块托架边跨支架计算书secret.docx

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大桥连续梁挂篮和块托架边跨支架计算书secret

XX特大桥（40+64+40）m连续梁挂篮模板

和0#块托架、边跨支架计算书

1、工程概况

新建XX至XX铁路客运专线XX标段XX特大桥100#-103#连续梁线路里程为：

DK23++，跨越XX，采用挂篮悬臂施工。

（40+64+40）m连续梁设计采用《无砟轨道预应力混凝土连续梁（双线）》通桥（2008）2368A-Ⅲ：

梁体全长145.5m，梁体为单箱单室、变高度、变截面结构；箱梁顶宽12m、底宽6.7m，中支点处梁高6.05m，跨中10m直线段及边跨13.75m直线段梁高为3.05m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.75m。

根据设计图规定：

1施工挂篮、机具、人群等各种施工荷载的总重量不得超过700KN。

2各中墩采取临时锚固措施，临时锚固措施应能承受中支点处最大不平衡弯矩25404KN·m及相应竖向支反力24137KN。

③悬臂施工时，理论上宜完全对称浇筑，如混凝土泵送有困难而难以实现时，应控制两端混凝土灌筑不平衡重量不超过20吨。

④铺设无砟轨道时梁体的实测线形与设计线形的偏差：

上拱不大于10mm，下挠不大于20mm。

⑤竖向预应力筋采用Φ25mm高强精轧螺纹钢筋，型号为PSB785，其抗拉极限强度为785MPa，锚下张拉控制应力为700MPa。

竖向预应力筋沿梁体纵向基本按间距500mm设置。

锚具体系采用JLM-25型锚具，预留管道内径为φ35mm。

⑥在结构两侧腹板上设置直径为100mm的通风孔，通风孔距悬臂板根部距离为300mm，间距2m左右。

⑦无砟轨道箱梁桥面采用三列分区排水方式，两线承轨台间的梁体中间设泄水管，间距约8m。

2、编制依据

⑴新建XX至XX客运专线铁路XX特大桥：

宁杭客专施图（桥）-03

⑵无砟轨道预应力混凝土连续梁（双线）通桥（2008）2368A-Ⅲ

⑶《客运专线桥涵工程施工技术指南》TZ213-2005

⑷《客运专线桥涵工程施工质量验收暂行标准》铁建设[2005]160号

⑸《铁路工程施工安全技术规程》、2-2003；

⑹《建筑施工计算手册》中国建筑工业出版社江正荣2006年4月

⑺好易懂结构分析器和结构力学求解器软件分析、计算结果

⑻宁杭铁路客运专线施工图记设计交底等设计文件

⑼现场施工技术调查和我单位现有施工技术水平和资源

3、挂篮设计计算荷载

（40+64+40）m连续箱梁悬浇设：

0#块+中跨15节段+边跨2×9节段，节段布置如下图示。

图1（40+64+40）m连续箱梁悬浇节段布置示意图

（40+64+40）m连续箱梁悬浇节段长度、体积、重量如下表。

表1（40+64+40）m连续箱梁节段长度、体积、重量表

跨别

节段名称

节段长度（cm）

节段体积（m3）

节段重量（t）

备注

边跨

9

775

边跨现浇段

8

200

边跨合拢段

7

400

边跨

悬浇节段

6

425

5

425

4

425

3

350

2

325

1

300

0#块

0

900

墩顶现浇段

（半）中跨

1’

300

中跨

悬浇节段

2’

325

3’

350

4’

425

5’

425

6’

425

7’

400

8’/2

100

边跨合拢段

箱梁的结构参数：

箱梁的节段长度为～4.25m，箱梁底板宽6.7m，顶板宽12.0m，

梁段高变化范围为～3.05m，箱梁为单箱单室。

最大梁段自重：

1438KN

挂篮及模板自重：

550KN

施工人群及机具：

20KN

施工振动荷载：

20KN

风荷载：

10KN

P=1438+550+20+20+10=2038KN×安全系数=3057KN

挂篮计算总荷载取：

P=3057KN

设计变形：

fmax=L/400

3、三角挂篮结构组成

挂篮由主构架、行走及锚固装置、底模架、外侧模板、内侧模板、前吊装置、后吊装置、前上横梁等组成。

图2挂篮模板侧面图

图3挂篮模板正面图

表2三角挂篮构配件表

4、挂篮结构检算

悬臂浇注节段模板设计以0#块中心断面（全联最大单箱单室截面处）作为计算截面，箱室中心高6.05m，顶板厚0.4m，底板厚0.8m，腹板宽度0.8m。

如图3所示。

⑴侧（内）模受力检算

①计算荷载

新浇混凝土对模板最大侧压力计算

Pmax=γcH

（1）

Pmax=γct0β1β2V1/2

（2）

采用内部振捣器振捣时，新浇注的混凝土作用于模板的最大的侧压力，可按上述二式计算，并取二式中的较小值。

γ—混凝土的容重，取kN/m3

t0—混凝土初凝时间，取10小时；

β1—外加剂影响系数；

β2—坍落度影响系数；

V—混凝土浇筑速度，取2.8m/h（每小时浇筑1.5米）。

Pmax=××10×××2=135KPa

Pmax=×=160KPa

新浇混凝土对模板的侧压力F1=135KN/m2

倾倒混凝土时因冲击产生的荷载F2=6KN/m2

混凝土振捣对侧模产生的水平压力F3=m2

混凝土浇注对模板总侧压力为：

F=F1+F2+F3=135+6+=KN/m2

②面板计算

挂篮侧模板面板设计为厚度δ=6mm钢板，水平肋间距为0.3m，竖肋间距为

0.4m，面板按双向板四边固定设计计算：

图4面板计算示意图

挠度=表中系数×qL4/K

弯距=表中系数×qL2

式中L取Lx和Ly中之较小者。

K=Eh3/12（1-μ）=×108×12=

E----弹性模量；钢材E=×105MPa；

h----板厚；

μ----泊松比，钢材μ=；

ω、ωmax----分别为板中心点的挠度和最大挠度；

Mx----为平行于Lx方向板中心点的弯距；

My----为平行于Ly方向板中心点的弯距；

M0x----固定边中点沿Lx方向的弯距；

M0y----固定边中点沿Ly方向的弯距；

弯距----使板的受荷面受压者为正；

挠度----变位方向与荷载方向相同者为正。

附表：

Lx/Ly

ω

Mx

My

M0x

M0y

Lx/Ly=300/400=

Mx=×qL2=×××=·m

My=×qL2=×××=·m

M0x=×qL2=×××=·m

M0y=×qL2=-0.×××=·m

W=bh2/6=×6=×10-6m3

σmax=M0x/W=×10-6）=154167KN/m2=MPa

σmax=＜[σ]=215MPa满足要求！

ω=K=×××=0.09mm

挠度f=＜[f]=1／400=满足要求！

③水平肋计算

计算参数：

侧模水平肋、竖肋均采用[10槽钢。

水平肋间距为400mm，竖肋间距为300mm。

[10槽钢：

Ix=198cm4，Wx=39.7cm3，A=12.7cm2，单位重量10kg/m，型钢

[σ]=170MPa，E=×105MPa，[f]=1／400。

挂篮侧模水平肋受力检算按均布荷载q=m，简支梁式计算。

图7侧模水平肋受力模型

弯矩M=qL2/8=×8=·m

σmax=M/Wx=×10-6）=73652KN/m2=

σmax=＜[σ]=170MPa通过！

ω=5qL4/384EI=5××384×108×198×10-6）

==0.0012mm

挠度f=＜[f]=1／500=0.8mm通过！

④竖肋计算

挂篮侧模竖肋受力检算按均布荷载q=m，简支梁式计算。

图8侧模竖肋受力模型

弯矩M=qL2/8=×8=·m

σmax=M/Wx=×10-6）=73652KN/m2=

σmax=＜[σ]=170MPa通过！

ω=5qL4/384EI=5××384×108×198×10-6）

==0.0004mm

挠度f=0.0004mm＜[f]=1／500=0.6mm通过！

⑤侧模固定桁架检算

图8侧模固定桁架示意图

侧模固定桁架靠侧模采用双[14b槽钢制作，其余由[10槽钢制作，固定桁架内弦杆和水平加固横杆受力面在同一平面内，侧模固定桁架按照每0.5m设置一道，水平加固横杆间距1.605m。

[10槽钢：

Ix=198cm4，Wx=39.7cm3，A=12.7cm2，单位重量10kg/m，型钢[σ]=170MPa，E=×105MPa，[f]=1／400。

侧模固定桁架承受荷载按混凝土最大侧压力换算，即q=×=m，桁架受力计算图示9所示：

图9侧模桁架计算图示

计算结果分析：

计算结果分析：

应力最大出现在单元8上，最大应力为101MPa＜[σ]=170MPa，通过！

最大变形出现在节点10上，最大变形为f=1.01mm＜[f]=1500/400=3.75mm，通过。

⑥拉杆计算

腹板拉杆采用φ32mm精轧螺纹钢筋，栏杆布置间距按×1.5m布置，并采用双螺帽拧紧。

模板承受侧压力为m2，单根拉杆承受的荷载为：

P=××

=＜[P]=785×××=,拉杆承载力满足要求。

⑵主桁计算

根据节段最大重量和其他附加荷载，挂篮计算总荷载取：

P=3057KN，前、后下横梁共同分担梁体重量，后下横梁通过精轧螺纹锚在已浇筑成形砼梁体中，承受一半的砼梁体重量；前下横梁承受另一半的砼梁体重量，通过精轧螺纹吊杆传递给三角桁架，共两付三角桁架,每付三角桁架的前挂点受力为：

F=P÷2÷2=3057÷2÷2=

该处连续梁挂篮主桁架采用2根[40b槽钢对拼构成，其中分为主梁、前斜拉梁、后斜拉梁和立柱组成，受力模型如图10所示：

单片[40b槽钢：

Ix=18640cm4，Wx=932cm3，A=83cm2，单位重量65.2kg/m，型钢[σ]=170MPa，E=×105MPa，[f]=1／400。

图10主桁架受力计算模型

根据计算结果分析,最大应力为105MPa，小于允许应力170MPa，满足要求。

最大变形在3号点，1.4cm，满足挂篮设计挠度要求。

⑶底模板计算

①底板面板

箱身底模受力检算时，梁重按大截面不变高、不变截面检算（偏安全），如下图示。

图11底模板计算箱梁截面计算图示

悬浇段侧模、内模、端模板及支架总重量按55t考虑。

施工和机具荷载按m2考虑，振捣混凝土荷载按3KN/m2考虑。

梁重F=×=201t。

则底模板承受的荷载Q=（50+201）×10÷（×）+5+3=KN/m2

底模板计算跨度取l=0.3m，取1.0m计算，即计算荷载：

q=×1=m

钢板弹性模量E=×105MPa，强度[σ]=170Mpa，截面积：

A=bh=1×=0.006m2，截面惯性矩：

I=bh3/12=1×12=×10-8m4，截面抵抗矩：

W=bh2/6=1×6=6×10-6m3

查《建筑施工计算手册》，按照三等跨连续梁模型计算：

M==××=m

σ=M/W=6×10-6=143MPa＜[σ]=170MPa，强度满足要求。

截面挠度按下式计算：

ω=5ql4/384EI=5××384××108××10-8）=0.27mm

＜300/400=0.75mm，挠度满足要求

底模板背肋同侧模板，承受荷载小于侧模板，计算亦通过！

③底纵梁计算

底纵梁采用I36b工字钢，单根底纵梁长度6.2m，底纵梁跨度5.7m，承受底板传递的均布荷载。

计算梁高取（+）/2=5.4m，单侧腹板处4根承受上部传递的荷载。

单根底纵梁计算荷载取：

q=（梁高）×（混凝土容重）×（腹板跨度）×（1#段长度）×（安全系数）÷4（腹板处底纵梁根数）÷（底纵梁跨度）=m

I36b工字钢：

Ix=16530cm4，Wx=919cm3，A=83.5cm2，单位重量65.6kg/m，型钢[σ]=170MPa，E=×105MPa，[f]=1／400。

底纵梁受力模型如图12所示：

图12底纵梁受力计算模型

利用好易懂软件计算结果：

计算结果分析：

单元2和单元3最大应力为80MPa，小于型钢许应应力170MPa，底纵梁强度满足要求。

最大变形出现在节点3上，为f=7.2mm＜[f]=l/400=5700/400=14.25mm，挠度满则要求。

⑷桁架连接销计算

三角桁架连接销采用40Cr调质φ80mm连接销，40Cr#屈服点强度：

[σs]

=785MPa；允许剪应力：

[τ]=280Mpa

最大轴力：

P=1750kN（含倍安全系数）取自三角架最大轴力，

剪切力：

Q=P÷2=1750÷2=875kN

连接销截面（A）：

A≥Q/[τ]=875×103/280×106=×10-3m2

连接销直径（D）：

D2×π/4≥A

D≥（A×4/π）1/2≥（×10-3×4/π）1/2=63.1mm

选取φ80mm（40Cr调质）连接销，满足要求。

⑸后锚扁担梁

后锚扁担梁采用][28b槽钢组成，长度2.18m，精轧螺纹钢锚固点间距为1.5m，单片主桁架后锚固由2个后锚扁担梁承担受力。

挂篮荷载为：

P=3057KN，单个后锚扁担梁承受荷载F=P÷2÷4=3057÷2÷4=382KN，单个[28b槽钢受力为382÷2=191KN，均布荷载为p=191÷=KN/m.

[28b槽钢：

Ix=5130cm4，Wx=366cm3，A=45.6cm2，单位重量36.8kg/m，型钢[σ]=170MPa，E=×105MPa，[f]=1／400。

计算模型按照简支梁设置：

M=ql2/8=×8=其截面强度按下式计算：

σmax=M/W=366=<[σ]=170Mpa；

截面挠度按下式计算：

ω=5ql4/384EI=5××384××108×5130×10-8）=1.6mm

＜1500/400=3.75mm，挠度满足要求

⑹前上横梁计算

前上横梁由双根12m长的[40b槽钢组成，承担5个底板前吊带传递的集中荷载，按较大受力分析，每个吊带传递的力P=3057KN÷2÷5=，前上横梁受力计算模型如图13所示：

图13前上横梁受力计算模型

利用好易懂机构计算软件，计算结果如下：

计算结果分析：

最大弯矩出现在2、3单元上，最大应力为38100KPa=＜[σ]=170MPa，前上横梁强度满足要求。

最大变形出现在3节点上，最大变形为3.3mm＜[f]=6220/400=15.55mm，挠度满足要求。

⑺前、后下横梁计算

前、后下横梁由双根12m长的[40b槽钢组成，承担腹板和底板处底纵梁传递的集中荷载，腹板计算高度取5.4m，腹板宽度0.8m，底板厚度0.75m，顶板厚度0.4m，底板宽度6.7m，按最大受力进行分析，即腹板底板下每个底纵梁承担的荷载F1和底板下底纵梁承担的荷载F2分别为：

F1=×××3×÷4÷2=,

F2=+××××3×÷4÷2=,

前下横梁和后下横梁受力计算模型相同，如图14所示：

根据结构力学求解器计算结果：

弯矩图15：

最大弯矩为M=，最大应力为σ=M/W=（2×932×10-6）=×104KN=＜[σ]=170MPa,强度满足要求。

变形图16：

最大变形出现在单元2和单元5上，最大位移f=0.00015m=0.15mm＜[f]=1750/400=4.4mm,挠度满足要求。

⑻下挂梁吊耳销计算

下挂梁吊耳销采用40Cr调质φ49mm连接销，如右图17，40Cr#屈服点强度：

[σs]=785MPa；允许剪应力：

[τ]=280Mpa

挂篮最大承受的荷载为P=3057KN，单个吊耳最大受力为P1=3057KN÷5÷2=，剪切力Q1=P1÷2=÷2=

连接销截面（A）：

A≥Q/[τ]=×103/280×106=×10-3m2

连接销直径（D）：

D2×π/4≥A

D≥（A×4/π）1/2≥（×10-3×4/π）1/2=26.4mm

选取φ49mm（40Cr调质）连接销，满足要求。

⑼吊杆计算

挂篮吊杆设计为φ32mm的精轧螺纹钢筋，前吊杆长度按照8.5m考虑，强度为PSB785MPa。

单根精轧螺纹钢的抗拉力为[F]=785××（÷2）2×103=631KN。

前吊杆为5根，每根承受的荷载为F1=3057KN÷2÷5=＜[F]=631KN。

前吊杆抗拉强度满足要求。

吊杆理论伸长值Δl=（P×L）/（E×A）=（×）/（×108××）=15.4mm

后锚扁担梁利用φ32mm的精轧螺纹钢筋锚固，单根精轧螺纹钢承受的荷载为：

F1=3057KN÷2÷8=＜[F]=631KN。

后锚扁担梁锚固满足要求。

吊杆理论伸长值Δl=（P×L）/（E×A）=（×）/（×108××）=4.3mm

⑽挂篮抗倾覆性计算

挂篮在施工完2#节段后向前行走施工3#、4#节段，在行进至施工节段位置时，挂篮的倾覆弯矩最大。

挂篮空载行进时对挂篮产生倾覆的力有：

下悬系统自重，外内模自重。

下悬系统重量约为，模板重量=，各种平台、吊杆重量=，总计重量P=38t=380KN,每付三角架受力为：

Pq=190KN。

图18挂篮倾覆受力图示

由图18弯矩平衡关系得:

Pm×=Pq×，Pm=255KN

抗倾覆系数取:

则挂篮空载行走时后压锚Pm>2×255KN=510KN

实际空载行走时每根行走梁（L=3.0m）设3个压锚点，每个压锚点为梁体竖向张拉筋一根（φ25预应力螺纹筋）,每根φ25预应力螺纹筋设计拉力为380KN,3个压锚点抗拉力Pm=3×380=1140KN>510KN，满足要求。

50#块托架计算

0#块托架立柱采用φ529mm螺旋钢管，立柱横桥向间距3.0m，顺桥向间距2.0m，立柱横向分配采用双工字钢40a，上部安装单层单排不加强型321贝雷片，贝雷片跨度3.0m，间距1.0m.贝雷片上部铺设工字钢18，腹板位置间距为0.3m，底板和翼板位置为0.6m

图190#块托架平面布置图

图200#块托架立面布置图

0#块最大混凝土高度:

腹板高6.05m，底板厚0.8m，顶板厚0.4m,翼板厚0.5m

混凝土高处：

F1=×26＝m2；（腹板）

混凝土高处：

F2=×26＝m2；（底板）

混凝土高处：

F3=×26＝m2；（翼板）

查询《路桥施工计算手册》，施工荷载：

F4=m，混凝土振捣时产生的荷载：

F5=m，模板自重荷载：

F6=m。

⑴I18工字钢计算

由于腹板和底板处I18工字钢承受力最大，所以直接验算该处I18工字钢受力。

腹板处按照间距布置，底板和翼板处间距。

I18工字钢上部视为密集结构布置，承担上部混凝土传来的均布荷载，按五等跨连续梁建立模型，计算跨度取l=1.0m，如下图所示：

I18工字钢力学性能：

截面惯矩：

[I0]=1660cm4，截面积：

[A]=，截面矩：

[W]=185mm3，回转半径：

i＝，单位重量:

m。

计算荷载q=（F1×+F4+F5+F6）×=（×+++）×=KN/m

通过好易懂结构分析软件，计算结果如下：

计算结果分析：

ⅰ变形：

以跨中节点6最大变形为准，mm＜1000/400=。

挠度满足规范要求。

ⅱ强度：

最大弯矩出现在2#和9#单元，最大弯矩值为：

，

σ=M/W=36800KPa=<[σ]=140Mpa，腹板强度满足规范要求。

⑵贝雷片计算

贝雷片承担上部I18工字钢传来的荷载，腹板处按照集中力计算，计算跨度l=，按三等跨连续梁建立模型，如下图所示：

321型贝雷片力学性能：

截面惯矩：

[I0]=，截面矩：

[W]=，允许弯矩：

[M]=，允许应力：

[σ]=210MPa，允许剪力：

[Q]=245KN，弹性模量：

E=×105MPa，允许挠度：

f=L/700。

计算荷载F=q×1=×1=

通过好易懂结构分析软件，计算结果如下：

计算结果分析：

ⅰ变形：

贝雷片最大变形为：

mm＜3000/700=。

挠度满足规范要求。

ⅱ强度：

最大弯矩出现在2#和3#单元，最大弯矩值为：

191＜[M]=，弯矩满足要求。

最大弯矩出现在2#和3#单元，最大应力值为：

＜[σ]=210MPa，强度满足要求。

⑶I40a工字钢计算

工字钢I40a力学性能:

截面惯矩：

[I0]=21720mm4，截面积：

[A]=，截面抵抗矩：

[W]=1090mm3，回转半径：

i＝，单位重量:

m

以跨中集中荷载计算，验算2I40a工字钢强度、刚度。

如0#块托架设计图

所示。

三片贝雷片均作用于2I40a工字钢上，其中两侧分别支撑于节点上，中间贝雷片支撑于中跨处。

计算模型视1/2个0#块重量作用于贝雷片：

F=（÷2）÷3÷2×10=

M=1/4×F×L=××2=KN·m

σ=M/W=÷1090×10-6÷2=＜[σ]=140MPa，强度满足要求。

f=Fl3/48EI=（×8）÷（48××108×21720×10-8）=1.3mm＜[f]=L/400=2000/400=5mm，挠度满足要求。

⑷φ529螺旋钢管计算

φ529螺旋钢管力学性能：

截面惯矩：

[I0]=44439mm4，截面积：

[A]=，截面抵抗矩：

[W]=3360mm3，回转半径：

i＝，单位重量:

m

根据0#块托架设计方案，视作1/2个0#块重量作用于4个φ529螺旋钢管上，螺旋钢管长度l=11m（取最大高度）

单个钢管支撑反力：

R=÷2）÷4×10×=

单根钢管最大承载力[N]计算：

钢管回转半径：

i＝

计算长细比λ＝L/i＝11×1000/＝

查表知轴心受压构件稳定系数ψ=，

钢材轴向允许应力[σ]=140MPa

单根钢管立柱的稳定承载力值：

[N]=ψ·A·σ=××10-4×140×103=1499KN

单个钢管支撑反力：

R=＜[N]=1499KN

单根φ529螺旋钢管承载力满足设计要求。

6临时支墩计算

在悬臂施工过程中，存在不平衡荷载。

为了抵抗施工过程中的平衡荷载，需要增加临时锚固措施。

本方案采用在墩顶预埋HRB335φ32的螺纹钢筋措施。

计算如下：

图21临时锚固立面布置图

图22垫块钢筋布置图

图22临时支墩计算示意图

R1、R2临时支座反力；G7为7#块自重，G71为挂篮重；G72为不平衡重。

G7=×26=，G71=550KN，G72=80KN

G=G7+G71+G72=，a=1.6m，b7=29m

6#、6'#块悬浇结束。

则最大不平衡情况下为7'#块后于7#块悬浇，采用平衡力矩法计算得：

R1=（G0/2+G1+G2+...+G6）+（G7+G71+G72）b7/a

R2=（G7+G71+G72）（b7-a）/2a=+550+80）（/=14544KN

现场选用HRB335φ32的螺纹带肋钢筋，钢筋抗拉强度为：

310N/mm2

则需HRB335φ32固结钢筋（A=：

n=14544/×10-4×310000）=59根

取抗倾覆安全系数K=，则需φ32固结钢筋N=×59=89根，实际取90根，单个