小箱梁安装过程桥台运梁车及架桥机安全验算docx.docx

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箱梁安装过程桥台及架桥机安全验算

一、桥台抗倾覆稳定性验算

根据《公路桥涵设计通用规范》：

主动土压力：

E1BH2

2

2

-

）

u

cos（

sin（

）

sin（

）

cos2

cos（

）[1

]

cos（

）

cos（

）

式中：

E——主动土压力标准值（kN）；

——土的重度（kN/m3）；

B——桥台的计算宽度（m）；

H——计算土层高度（m）；

——填土表面与水平面的夹角；

——桥台台背与竖直面的夹角；

——台背与填土间的摩擦角，取

=

/2。

根据资料：

35

，

/2

17.5，

0

，tan

=1.38/3.4，故

=22.12°，则：

2

35

22.12

）

（

u

cos

0.799

sin（35

17.5

）

sin35

cos222.12

cos（22.12

17.5

）[1

]

cos（22.12

17.5

）

cos22.12

所以：

E=1

2218

4.42×0.799=3062.79（kN）

2

E的着力点自计算土层底面算起为：

H

4.4

（m）

C

1.467

3

3

水平向分力：

EHEcos（）3062.79cos（17.522.12）2359.24（kN）

离基础底面的距离：

CH=1.467（m）

对基底形心轴的力矩：

MH=EHCH=2359.24×1.467=3461.005（kN2m）

竖直向分力：

EVEsin（）3062.79sin（17.522.12）1953.12（kN）

作用点离基础形心轴的距离：

CV=2.6-0.48-tg（22.12）1.4671.52（m）

对基底形心轴的力矩：

MVEVCV1953.121.522968.74（kN2m）

（2）、桥上无荷载，台后有车辆荷载（考虑箱梁和运梁车自重以及运梁车冲击荷载）

箱梁和运梁车自重

运梁车冲击荷载

台后布载图

汽车荷载的冲击力为汽车荷载乘以冲击系数，安全起见冲击

系数μ取0.15进行计算。

运梁车冲击力为：

E冲＝（（78+11.5）310）/230.15＝67.125（kN）

对桥台基础形成的力矩为：

E冲＝67.12535.45＝365.83（KN.m）

根据《公路桥涵设计通用规范》，破坏棱体长度l0由前墙后缘算

起：

l0＝H（tan

cot）

cot

tan

（cot

tan）（tan

tan

）

其中

35，

/2

17.5，

22.12，

74.62

cot

tan

（cot

tan

）（tan

tan）

0.4

l0

=4.4（tan22.12

0.4）=3.548（m）

此时支反力为0kN，土压力车辆荷载等代均布土层厚度为：

h

G

2（780

115）1.274（m）

Bl0

22

3.54818

土压力为：

E

1

1

4.4

（4.4

21.274）

220.799*1.15=4836.426（kN）

H（H2h）B

18

2

2

H

H

3h

4.4

4.4

3

1.274

（m）

C

H

2h

3

4.4

2

1.736

3

1.274

其水平分力：

EH=Ecos（+）=4836.426×cos（17.522.12）=3725.45（kN）

离基础底面的距离：

CH=1.736（m）

对基底形心轴的力矩：

MH=EHCH=3725.45×1.736=6467.38（kN2m）

竖直分力：

EV=Esin（）=4836.426×sin（17.5+22.12）=3084.15（kN2m）

作用点离基础形心轴的距离：

CV=2.6-0.48-tg（22.12）1.7361.41（m）

对基底形心轴的力矩：

MV=EVCV=3084.15×1.41=4348.65（kN2m）

（3）、抗倾覆稳定性验算

验算基底抗倾覆稳定性，旨在保证桥梁墩台不致向一侧倾倒。

倾

覆稳定性通常用抗倾覆稳定性系数k0表示：

k0

s

e0

式中：

s——在截面重心至合力作用点的延长线上，自载面重心至验算倾覆轴的距离；

e0——所有外力的合力在验算截面的作用点对基础形心轴

的偏心距。

竖直方向合力为：

P=3084.15（kN）

各种荷载对基础底面的弯矩为：

M=4348.656467.38365.832484.56（kN2m）

偏心距计算：

Pe

H

h

i

M

2484.56

∑i

i∑i

∑

0.806

（m）

e0

∑i

∑

3084.15

P

P

抗倾覆系数：

s

2.6

3.23[k0

]1.3

k0

0.806

e0

故基础抗倾覆系数满足规范要求。

二、运梁车运梁安全性计算

当第一跨架梁完成后,进行第二跨架梁时,运梁车通过第一跨已

架好的梁板把箱梁运输至架桥机下喂梁。

运输过程中跑梁位置参照以

下示意图：

箱梁重78t

炮车自重11.5t

2.05m铺设钢板

0.711m

箱梁重78t箱梁重78t第一跨已架设箱当梁

临时支座

0.29m0.5m

盖梁

运梁时运梁车各轴荷载分布为：

炮车采用三轴运梁炮车，自重11.5t

则前轴分布荷载为：

P＝（箱梁自重/4+炮车自重/4）＝78/4+11.5/4=22.375t

后轴分布荷载为：

P＝（箱梁自重/6+炮车自重/6）＝78/6+11.5/6=14.917t

已架梁板抗倾覆验算：

M倾=（箱梁自重/2+炮车自重/2）30.29

=（390+57.5）30.29=129.77KN.m

M抗=78030.25=195KN.m

抗倾覆系数：

k=M抗/M倾=1.5>1.3，故运梁炮车在已架设好的两块

箱梁中间运行是安全的，不会引起箱梁倾覆。

三、架桥机安全性计算

由于架桥机工作状态时，存在二种危险截面的情况：

Ⅰ种为移跨时存在的危险截面；Ⅱ种为运梁、喂梁、落梁时存在危险截面，故此须分别对其进行验算和受力分析。

㈠、主体结构验算参数取值。

①、主梁、桁架及桥面系均部荷载：

q=1.29t/m（包括枕木及轨

道）

②、横梁纵移平车：

1.6t／台

③、天车：

4.5t／台

④、验算载荷（25m小箱梁）：

80t

⑤、起重安全系数：

1.05

运行冲击系数：

1.15

结构抗倾覆稳定安全系数：

≥1.3

⑥、基本假定

主梁现场拼装时重心最大偏差：

c=0.1m

架桥机纵向移动时吊装梁钢丝绳倾角：

β=±2o

㈡、总体布置说明

架桥机主要由导梁、天车横梁、横梁支腿、天车、前部平车总成、

中部平车总成、尾部平车总成等组成，导梁采用固定桁架式，动力部分全部采用电动操作。

①、导梁中心距：

4.9m

②、导梁全长：

54m

③、架桥机导梁断面：

1.7m31.3m

④、架桥机导梁底部由前部平车总成、中部平车总成、尾部平车总成组成。

⑤、吊装系统由２套天车横梁总成和４台横梁纵移平车组成。

⑥、吊装系统采用：

２台天车

㈢、结构验算

⑴、施工工况分析：

工况一：

架桥机完成拼装或一孔Ｔ梁吊装后，前移至前支点位置时，悬臂最长，此时架桥机处于最不利受力情况，需验算的主要内容：

①、抗倾覆稳定性验算；

②、支撑反力的验算；

③、主桁内力验算；

④、悬臂挠度验算；

工况二：

架桥机吊装时，前部天车位于跨中时的验算，验算内容

为：

①、跨中挠度验算；

②、支点反力的验算；

③、天车横梁验算；

④、主桁内力验算；

工况三:

架桥机吊梁就位时，当前天车运行至前部平车总成0.5m

处时，前部横梁受力为最大。

A支点为处于零空状态。

验算内容：

①、前部横梁强度及稳定性验算

⑵、基本验算：

工况一：

架桥机拼装完或装完一跨箱梁后，前移至悬臂最大时为

最不利状态，验算内容：

a、抗倾覆稳定性的验算；

b、悬臂时刚度的验算；

c、支点反力的验算；

d、主桁内力的计算；

施工中的荷载情况：

a、主桁梁重：

q1=12.9KN/m

b、１套天车横梁总成（包括横梁、天车、横梁纵移平车等）自

重

p3=11t

c、前部平车总成自重

p2=3.5t

d、尾部平车总成自重（含尾部连接架）

p4=3t

施工验算：

Ａ、抗倾覆稳定性的验算（见计算模式图）

架桥机纵向稳定性最不利情况出现在架桥机悬臂前行阶段，该工

况下架桥机的支柱已经翻起，1号天车及2号天车退至架桥机尾部作

为配重。

p3p3p2

q1

RA

R

B

A支点反力

B支点反力

C支点

4.5m

21.5m

28m

54m

取B点为研究对象，去掉支座A，以支反力RA代替（由力矩平衡方

程）

注：

配重天车位于Ａ点横梁之上

①、验算A支点反力

22

p2328m+RA321.5m+q13L1/2=q13L2/2+2p3321.5m

（其中L1=28m,L2=26m）

RA=142.02KNRB=839.58KN

RA远大于零，故是安全的。

②、验算架桥机纵向抗倾覆安全系数（此时视支点A无支点反力，故

应考虑尾部平车总成自重p4）

2

M倾=1/23q1328+p2328=5154.8KN.M

2

M抗=1/23q1326+2p3321.5+p4321.5=9735.2KN.M

架桥机纵向抗倾覆安全系数

n=M抗/M倾=9735.2/5154.8=1.89>1.3

故满足规范要求。

Ｂ、支点反力的计算：

当架桥机导梁最前端冲跨到下一片盖梁时，悬臂最长，中支点受

力最大，这里按连续梁计算各支点反力，具体结果如下：

RA=142.02KN，

RB=839.58KN

Ｃ、主桁内力验算

a、主桁弯矩验算

中支点处断面所受弯矩最大：

Ｍ中=7499.18KN.m

允许弯曲M允许=4809.432=9618.8KN.m>Ｍ中=7499.18KN.m

即主桁抗弯强度满足施工要求。

b、桁架抗剪验算：

桁架所受剪力为Q=994.45KN/2=497.225KN

施工要求。

Ｄ、悬臂端挠度的验算：

a、弹性挠度计算：

前部平车总成产生挠度：

33392

f1=p2328/（3EI）=35KN328m/（33210310N/m3

4-8

1732303.2m310）=0.07m

主桁自重（含钢枕、钢轨）产生挠度：

4

4

4

9

2

f2=q1328/（8EI）=12.9KN/m

328m/（832103

10N/m3

4-8

1732303.2m310）=0.272m

所以弹性挠度f弹=f1+f2=0.07+0.272=0.279m=27.9cm

b、非弹性挠度计算：

f非=Σδ+Σ3003SINNO=2311+0.3+0.6+0.9+1.2+1.5+1.8+

2.1+2.4+2.7+3+3.3=41.8cm

即悬臂挠度：

f=f非+f弹=27.9+41.8=69.7cm

悬臂端翘起高度取0.8米为一合理值，能够满足架桥机的前移就

位。

Ｅ、鼻梁的强度验算：

可能导致鼻梁破坏的工作状态有二种：

a、鼻梁悬臂且架桥机继续前移状态

此状态时，鼻梁与主桁接头处为最不利截面，此处弯矩WA为鼻梁

自重及前移牵引力（牵引力取为3.5t）所产生弯矩之和。

WA=15.753348.975+35328=6476.4KN.mW<9618.8KN.m（允许弯

矩）

工况二：

架桥机吊装梁段前移，前天车至跨中时为又一不利状态，验

算内容：

ａ、天车横梁受力验算

ｂ、支点反力验算

ｃ、主桁内力验算

ｄ、跨中挠度的验算

施工中的荷载情况：

ａ、主桁梁重：

ｑ1=12.9KN/m

ｂ、１套天车横梁总成（包括横梁、天车、横梁纵移平车等）自

重

Ｐ3=11t（天车自重Ｐ5=4.5t）

ｃ、箱梁重：

P4=80t（偏于安全考虑，箱梁取80t进行计算）

施工中荷载组合分析

此工况中风荷载对结构本身作用不大，所以这里不考虑风荷载的

影响。

施工验算：

A、天车横梁受力验算

当荷载作用于横梁跨中时，弯矩最大

荷载：

Ｐ=P4/2+P5=100/4+4.5/2=44.5t

横梁及轨道自重：

ｑ=0.184t/m，则横梁最大弯矩

Ｍ横梁=Pmax/232.45-q34.9

2

）/23

/8=（44.5+0.184*4.9

2

2.45-0.18434.9/8=550.6KN.m

横梁其组合截面抗弯模量（Ｂ=3.2，H=4，b=2.96，h=3.6）

33

Ｗ=（BH-bh）/6H=2.8，则横梁最大截成应力

δ=196.6Mpa<235Mpa

故横梁满足施工要求。

B、支点反力的计算

当前天车运行到架桥机导梁前端跨中时，中支点弯矩最大，这里

按连续梁计算各支点反力，具体结果如下：

ＲA=62.5t

ＲB=78.8t

ＲC=41.6t

C、主桁内力验算

ａ、主桁弯矩验算

当前天车运行至跨中处断面所受弯矩最大

2

M中=41.6310314-12.9314/2=4559.8KN.m<4809.432，小于在

工况一中主桁承受弯矩。

即主桁抗弯强度满足施工要求。

b、跨中挠度的验算

此工况中跨中挠度最大，作用力为天车吊梁时产生的集中荷载与

主梁自重，以及鼻梁产生的弯矩。

P=40+11=51t，q=1.29t/m。

M鼻梁=57.75KN.m

所以跨中挠度：

34

f=51031000328/48EI+12.93100035328/384EI-

3

57.7531000328/4EI

=0.54cm

即跨中挠度未超过规范允许值，满足要求。

工况三:

架桥机吊梁就位时的验算，验算内容：

前部横梁强度及稳定性验

算，当前天车运行至前部平车总成0.5m处时，前部横梁受力为最大。

A支点为处于零空状态。

p3p3p2

q1

RA

RB

25m小箱梁

A支点反力

B支点反力

C支点

4.5m

21.5m

28m

54m

由于此时支座Ａ支点处于零空状态，Ｂ前端又多一个支座Ｃ，根

据平横条件求支反力RC，RB。

取支座Ｃ点为研究对象，由力矩平衡：

2

33（21.5+28）+1.29354/2+（80+1132）325/2=RB328

RB+RC=1.29354+（80+1132）+3+3.5

求得:

RC=60.149t，RB=118.011t

M中点=RC310314-（40+11）310312.5-12.93142/2

=781.66KN.m

由于主桁允许弯矩为[M]=9618.8KN.m，从而

M中点<[M]，故横梁满足要求。

求前段跨中点Ｅ点挠度：

34

fE=（RC3X/6-q3X/24-C3X）/（EI）

（其中X=14m，q=12.9KN/m，Rc=601.49KN，E=2103

9

2

10N/m，

-8

2

I=1732303.2310

m，C=11879KN.m2）

fE=0.024m

校正前部横梁：

RC=60.149t，横梁自重0.164t/m,则横梁最大弯

矩为：

2

M横梁=P30.7+0.16436.3/8=42.92t.m（横梁支腿斜撑能承受一部分

力）。

横梁其组合截面抗弯模量（B=4，H=4，b=3.8，h=3.7）

33

W=BH-bh/6H=2.64，则横梁最大截面应力

δ=162.6Mpa<235Mpa

所以前部横梁能满足施工要求。

通过以上各方面的计算，此架桥机在任何工作状态下都能安全的

进行使用。