湖北挂篮计算书DOC.docx
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湖北挂篮计算书DOC
天门市交通工程公司
皂毛公路竟陵至岳口段大桥
(K26+223)连续梁施工
菱形挂篮设计计算书
编制人:
徐传勇
审核人:
林 坚
株洲华星建造有限公司
2013年10月
目录
1.工程概况4
2.控制节段选择4
3.检算依据4
4.计算方法5
5.挂篮主要尺寸拟定5
6.底模计算5
6.1计算断面5
6.2底模构成5
6.3计算模型:
6
6.4腹板下的底模纵梁计算6
6.4.1荷载计算6
6.4.2受力模型7
6.4.3计算模型:
(tm)7
6.4.4竖向变形图:
(m)7
6.4.5应力图:
(t/m²)7
6.4.6支点反力图:
(t)8
6.5底板下的底模纵梁计算8
6.5.1荷载计算8
6.5.2受力模型9
6.5.3计算模型:
(tm)9
6.5.4竖向变形图:
(m)9
6.5.5应力图:
(t/m²)10
6.5.6支点反力图:
(t)10
7.底模后横梁计算11
7.1底模后横梁悬吊组成11
7.2底模后横梁浇筑工况计算12
7.2.1模型简图:
(tm)12
7.2.2支点反力:
(t)12
7.2.3竖向变形图:
(m)13
7.2.4应力图:
(t/m²)13
7.3底模后横梁走行工况计算14
7.3.1模型简图:
(t-m)14
7.3.2支点反力:
(t)14
7.3.3竖向变形图:
(m)15
7.3.4应力图:
(t/m²)15
8.底模前横梁计算15
8.1底模前横梁悬吊组成15
8.2模型简图:
(tm)错误!
未定义书签。
8.3支点反力:
(t)错误!
未定义书签。
8.4竖向变形图:
(m)错误!
未定义书签。
8.5应力图:
(t/m²)错误!
未定义书签。
9.后悬吊计算16
9.1吊带受力及构成16
9.2吊带平均应力16
10.前吊带计算19
11.侧模计算17
11.1侧模构成17
11.2工况分析17
11.3浇注混凝土梁工况计算18
11.3.1外滑梁荷载图示18
11.3.2模型简图:
(tm)18
11.3.3吊点力:
(t)18
11.3.4竖向变形:
(m)19
11.3.5应力图:
(t/m²)19
11.4走行到位工况计算19
11.4.1外滑梁荷载图示19
11.4.2模型简图:
(tm)20
11.4.3吊点力:
(t)20
11.4.4竖向变形:
(m)21
11.4.5应力图:
(t/m²)21
12.内模计算21
13.前上横梁计算23
13.1前上横梁荷载分析23
13.2模型简图:
(tm)24
13.3支点反力:
(t)24
13.4竖向位移:
(m)25
13.5应力图:
(t/m²)25
14.主构架计算25
14.1结构组成26
14.2荷载及工况分析26
14.3结构受力检算26
14.3.1模型简图:
(tm)26
14.3.2支点反力:
(t)27
14.3.3竖向位移:
(m)27
14.3.4杆件轴力:
(t)28
14.3.5杆件应力:
(t/m²)28
15.锚固计算33
16.抗倾覆计算。
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34
1.工程概况
该工程位于湖北省的重要南北向干线公路,直接沟通天门、仙桃两市,是单箱单室、变截面桥体结构,箱梁顶宽为12.24m,底宽不变化值。
梁高从4.0m变化到2.0m,腹板变化是从70cm变化到50cm。
该连续梁通过挂篮悬灌施工,0#段长度为10.0m,设计悬灌长度为3.0m、3.5m。
1#节段开始为3m长,混凝土方量参照箱梁构造设计图纸。
2.控制节段选择
鉴于挂篮的悬灌节段分为2种,分别从3.0m到3.5m,按0.5m长度逐个变化,节段长度不一样以及节段的重量不一样,那么挂篮施工总荷载对挂篮主构架及前后悬吊的受力效果就不一样,先根据集中挂篮的长度及其在单个节段长度内的最大混凝土施工方量对挂篮的受力进行概算。
3.检算依据
1.《省道皂毛公路天门市竟陵至岳口段改建工程设计图》;
2.《钢结构设计规范》;
3.《公路桥涵施工规范》;
4.其他相关设计资料。
4.计算方法
本设计计算采用容许应力法,荷载的计算只是计算实际发生的荷载,而不再增加荷载系数。
Q235B钢材的组合容许应力为145MPa进行控制。
我公司采用MIDAS软件对挂篮进行建模分析。
混凝土容重根据采用2.65t/m3,灌注混凝土时考虑混凝土梁重的1.2倍作为超灌荷载及施工荷载。
5.挂篮主要尺寸拟定
根据梁段的施工节段长度,以及0#段的长度10.0m,拟定出挂篮的主要结构尺寸,主构架的前端长度是5.0m,后端中心长度是4.5m,底模前后横梁纵向中心水平距离是5.0m。
至于底模的宽度、吊带及吊杆的位置情况,根据梁段横向尺寸及预应力设置情况来确定。
6.底模计算
6.1计算断面
1#节段的断面图如下:
6.2底模构成
底模分为底模纵梁、底模板、底模前横梁、底模后横梁等四个部分。
如下图所示:
6.3计算模型:
底模纵梁可以按照简支梁进行简化;底模前后横梁则可以简化为连续梁,其支座可以假定为悬吊点的位置;对于底模板采用木模板或者钢模板即可。
6.4腹板下的底模纵梁计算
6.4.1荷载计算
经分析,1#段截面腹板下底模纵梁受力最大,底模纵梁按照简支梁进行计算的跨度为5.0m,计算荷载长度是3m。
底模边纵梁采用的是H350*175*7*11H型钢梁,而中纵梁则采用的是H350*175*7*11H型钢梁。
根据混凝土箱梁腹板厚度,腹板下按照3根H350*175*7*11板拼梁型钢作为边纵梁承受腹板荷载,那么单根H型钢承受的混凝土箱梁腹板均布荷载是:
3m×2.8m2×2.65×1.2/(3m×3根)=2.97t/m……荷载长度是3m
6.4.2受力模型
根据挂篮底模的设计图可以看出,底模纵梁在后端的荷载起始点是距后端支点0.5m,荷载长度是3m,计算跨度是5.0m。
6.4.3计算模型:
(tm)
6.4.4竖向变形图:
(m)
最大竖向挠度是7mm 6.4.5应力图: (t/m²) 最大应力95.5Mpa<[σ]=145MPa(可以通过) 6.4.6支点反力图: (t) 从此图可以看出,底模后横梁承受底模纵梁的单个支点力是5.3t,底模前横梁承受的底模纵梁的单个支点力是3.6t。 用此计算结果进行底模前、后横梁的计算。 6.5底板下的底模纵梁计算 6.5.1荷载计算 混凝土箱梁底板混凝土断面面积是3.4m2,用7根H350*175*7*11H型钢承受,那么每根工字钢承受的混凝土均布荷载是: 3m×3.4m2×2.65×1.2/(3m×7根)=1.54t/m……荷载长度是3m 6.5.2受力模型 根据挂篮底模的设计图可以看出,底模纵梁在后端的荷载起始点是距后端支点0.5m,荷载长度是3m,计算跨度是5.0m。 6.5.3计算模型: (tm) 6.5.4竖向变形图: (m) 最大竖向挠度是4mm 6.5.5应力图: (t/m²) 最大应力49.54Mpa<[σ]=145MPa(可以通过) 6.5.6支点反力图: (t) 可以看出,作用于后下横梁及前下横梁的作用力分别为2.8t/1.8t。 用此计算结果进行底模前、后横梁的计算。 7.底模后横梁计算 7.1底模后横梁悬吊组成 底模后横梁是二根HN400*200*8*13热轧H型钢组焊而成,共8个吊点,其中两个边吊点是走行时用,承受底模纵梁传递的集中荷载及自身的均布荷载。 均布荷载大小是0.1t/m,集中荷载大小分别是5.3t和2.8t。 底模后横梁承受荷载工况分为浇筑混凝土工况和挂篮走行工况。 浇筑混凝土时底模后横梁有4个悬吊点,承受底模自重和混凝土荷载;而挂篮走行工况时底模后横梁只有两个悬吊点,通过精轧螺纹钢悬吊在侧模纵梁上面,其承受的荷载则是底模自重。 在挂篮走行工况时,由于挂篮底模自重是6t,那么底模后横梁承受3t,共13根底纵梁,每根纵梁支点反力按0.39t计算。 7.2底模后横梁浇筑工况计算 7.2.1模型简图: (tm) 图中未示均布荷载0.1t/m。 7.2.2支点反力: (t) 可以看出后悬吊的8个吊带的受力大小,分别是0.3t、1.8t、7.3t、1.1t、1.1t、7.3t、1.8t、0.3t. 7.2.3竖向变形图: (m) 可以看出,底模后横梁的竖向变形最大是向下0.1mm。 7.2.4应力图: (t/m²) 最大应力10.23MPa<[σ]=145MPa,满足要求。 7.3底模后横梁走行工况计算 7.3.1模型简图: (t-m) 图中未示均布荷载0.1t/m。 7.3.2支点反力: (t) 可以看出: 挂篮走行时,底模悬吊在翅膀上的荷载是1.2t(不含底梁自身重量)。 7.3.3竖向变形图: (m) 可以看出,底模后横梁的竖向变形最大是向下10mm。 7.3.4应力图: (t/m²) 最大应力48.1MPa<[σ]=145MPa,满足要求。 8.底模前横梁计算 8.1底模前横梁悬吊组成 底模前横梁是二根HN400*200*8*13热轧H型钢组焊而成,8个吊点,承受底模纵梁传递的集中荷载3.6t和1.8t荷载,及自身的均布荷载0.1t/m。 同样底模自重分配到给每个纵梁支点处的集中荷载大小是0.39t。 经分析,前下横梁荷载分布小于后下横梁荷载分布,且用材相同、悬吊位置一致,故此位置不再做详细计算,且按后下横梁荷载取值进行后续计算验算。 9.吊带计算 9.1后吊带受力及构成 根据以上受力分析,后吊带的最大受力是7.3t,采用φ32精轧螺纹钢为吊带。 吊带设计图如下: 9.2螺杆承受力 3.14*16*16*830MPA=66.7吨>7.3吨(安全系数大于2) 可以通过。 10.侧模计算 10.1侧模构成 侧模主要有侧模板和侧模吊梁组成,另外还有一些吊杆、吊轮等附属设备。 10.2工况分析 从侧模总图可以看出,侧模外滑梁分别悬吊在前上横梁和已浇注混凝土梁顶板上,浇注混凝土工况时,侧模外滑梁的前后吊点距离是5.0m,当侧模走行到位时,侧模外滑梁前后吊点的距离是8.0m。 浇注混凝土工况时,侧模外滑梁既要承受侧模板的重量,也要承受其上面混凝土箱梁的顶板重量。 走行到位时,侧模外滑梁承受侧模板的重量及机械、护栏等荷载。 从设计图上可以得出,侧模板通过侧模桁架传递给侧模外滑梁的集中荷载为4个1.25t(模板自重+机械、护栏等),根据经验乘以1.2的此荷载系数,那么每个侧模桁架对侧模外滑梁的集中荷载是1.5t。 另外混凝土荷载共计有4×2.62t(1.1m²×3.0m×2.65×1.2/4),总计是4×3.87t。 11.3浇注混凝土梁工况计算 11.3.1吊梁荷载图示 侧模吊梁在浇注混凝土时,前后吊点距离是5.0m。 侧模吊梁是由两组2根36b槽钢组焊而成。 11.3.2模型简图: (tm) 11.3.3吊点力: (t) 后吊点是4.6t,前吊点是4.1t,该荷载用于前上横梁的计算。 11.3.4竖向变形: (m) 最大竖向变形是3mm。 11.3.5应力图: (t/m²) 最大应力52.6MPa<145MPa,可以通过。 11.4走行到位工况计算 11.4.1吊梁荷载图示 侧模外滑梁在走行到位且模板也拖至前端时,前后吊点距离是8.0m。 11.4.2模型简图: (tm) 11.4.3吊点力: (t) 后吊点是0.8t,前吊点是2.5t。 11.4.4竖向变形: (m) 最大竖向变形是2mm<10000/400=25mm,满足要求。 11.4.5应力图: (t/m²) 最大应力24.45MPa,小于145MPa,可以通过。 经分析,在浇筑工况下,侧模吊梁的前吊点的受力最大为4.1t,参与前上横梁计算。 12.内模计算 内模内滑梁采用双槽钢[32b,受力的跨度和模型与外滑梁完全一致,内模板通过内模桁架传递给内滑梁的集中荷载为5个0.6t(模板自重+机械、护栏等),根据经验乘以1.2的此荷载系数,那么每个内模桁架对内滑梁的集中荷载是0.72t。 另外混凝土荷载共计有5×0.95t(顶板1.0m²×3m×2.65×1.2/2/5=0.95),总计是5×1.67t。 12.1内滑梁浇注混凝土梁工况计算 12.1.1吊梁荷载图示 内滑梁在浇注混凝土时,前后吊点距离是5.0m。 内滑梁是由2根32b槽钢组焊而成。 11.3.2模型简图: (tm) 11.3.3吊点力: (t) 后吊点是2.2t,前吊点是2.8t,该荷载用于前上横梁的计算。 11.3.4竖向变形: (m) 受力区域最大竖向变形是2mm。 11.3.5应力图: (t/m²) 最大应力34.8MPa<150MPa,可以通过。 13.前上横梁计算 13.1前上横梁荷载分析 要检算前上横梁,首先必须明确前上横梁上的受力: 除了底模前吊带以外,另外就是侧模和内模的吊杆作用,根据侧模和内模的计算结果。 前上横梁采用二根HN400*200*8*13热轧H型钢组成,重量大约是2.1t,另外考虑到一部分千斤顶等施工荷载,乘以1.2的荷载系数后得2.52t,前上横梁长度是16m,那么其均布荷载按0.16t/m计算。 13.2模型简图: (tm) 13.3支点反力: (t) 支点反力是分别为17.9t。 13.4竖向位移: (m) 中部最大竖向位移是2mm。 13.5应力图: (t/m²) 边界点处最大应力是26.59MPaMPa<145MPa,故此满足要求。 14.主构架计算 主构架是挂篮的主要受力构件,处于挂篮结构的核心位置,因此主构架的可靠性直接决定挂篮施工的可靠性,这就要求主构架具有足够的强度、刚度和稳定性。 14.1结构组成 挂篮主构架为菱形结构,各杆件之间是钢销连接。 14.2荷载及工况分析 主构架结构截面为□300*280(共4榀)自重是12t,那么每个主构架承受的自重是3t,该自重荷载不计入每根杆件自身内力的计算,只是计入主构架的整体计算,且只是作用于前支点上。 前上横梁计算结果中最大支反力是17.9t。 14.3结构受力检算 14.3.1模型简图: (tm) 14.3.2支点反力: (t) 前支点反力是38.8t,后锚点需要锚固力17.9t。 14.3.3竖向位移: (m) 前点竖向位移为4mm,不超过规范容许值(20mm),可以使用。 14.3.4杆件轴力: (t) 杆件轴力用于设计各杆件之间的连接计算。 Max=35.2t。 14.3.5杆件应力: (t/m²) 从应力图中可以看出,应力均小于145MPa,均能通过。 15.1后锚点砼强度计算 设主桁架后锚为2道,总受载荷为P为35.8T,则有: 后锚由4根Φ32精轧螺纹钢锚固,通过预埋作用与翼板下混凝土上,每根精轧螺纹钢与混凝土连接位置加设δ20×200×200垫板;考虑受力不均,偏于安全计算,取不均匀分配系数1.5,则有单根精轧螺纹钢最大受力值为: (35.8/4)=8.95KN 则通过垫板作用与混凝土的均布载荷为(梁体为C50混凝土): Q=P/A=8950/(200*200-3.14*50*50) =0.278<2.64 查混凝土施工规范: 表6.1混凝土强度标准值 (N/mm2) 强度 种类 混 凝 土 强 度 等 级 C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80 fck 10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2 ftk 1.27 1.54 1.78 2.01 2.20 2.39 2.51 2.64 2.74 2.85 2.93 2.99 3.05 3.11 可以得出后锚点预埋处混凝土强度满足设计要求。 15.2φ32精轧螺纹钢强度计算 材质为PSB830的φ32精轧螺纹钢能承受力为: 830MPa*3.14*16*16=66.7t的拉力,大于8.95t的最大后锚力安全系数大于2.0,故满足要求。 15.2后锚梁强度计算 设主桁架后锚为2道][25b组焊而成,总受载荷为P为35.8t,则有每道后锚梁荷载: 35.8/2/2=8.95t 受力分析结果: 位移2mm,应力为93.56MPa 结论: 满足使用要求。 16.1抗倾覆计算 轨道锚固用φ32精轧螺纹钢锚固与梁体翼板及顶板上,按@1.2米间距布置,后反扣位置距立柱中心为4.5米,前吊点距立柱中心为5.0米。 行走过程中,后反扣只承载底梁及模板自身重量及其他荷载,约30t, 4.5x=5.0*30 X=33.3t 轨道锚固两点间受力为33.3吨,经计算每根PSB830φ32精轧螺纹钢66.7吨,故完全能满足要求。 16.1轨道行走受力分析 能满足要求。 17.1节点钢销计算 连接各杆件的销轴大小按φ76mm考虑,材料为40Cr调质。 销轴受力均为双剪,即两块节点板夹持一根杆件。 因此从主构架的计算结果可以得知,受力最大的杆件是35.2t,40Cr材质其抗剪强度能达到280MPa。 因此φ76mm的销轴能够承受的剪力是: Q=3.14×(38mm)2×280MPa=126.9t>35.2t,满足要求。 18各杆件参数值 序号 名称 应力值Max(MPa) 变形量Max(mm) 备注 1 腹板下底纵梁 95.5 7 2 底板下底纵梁 49.54 4 3 后下横梁浇筑工况 10.23 0.1 4 后下横梁行走工况 48.1 10 5 前下横梁 10.23 0.1 6 外滑梁浇筑工况 52.6 3 7 外滑梁行走工况 24.45 2 8 内滑梁浇筑工况 34.8 2 9 前上横梁 26.59 2 10 主桁架 35.26 4 11 后锚杆件 93.56 2 12 最大位移(序号): 1+5+9+10+11=7mm+0.1mm+2mm+4mm+2mm=15.1mm
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