挂篮设计计算.docx
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挂篮设计计算.docx
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挂篮设计计算
目录
1设计依据1
2工程概况1
2.1项目概况1
2.2梁段尺寸参数2
3基本设计参数2
4挂篮结构选型3
5箱梁挂篮悬浇设计荷载及组合4
5.1荷载计算4
5.2荷载组合4
6箱梁挂篮设计计算5
6.11#块箱梁重量分配5
6.2腹板下纵梁的计算6
6.3底板下纵梁的计算7
7箱梁挂篮底篮后横梁设计计算8
7.1挂篮后横梁荷载8
7.2底篮后横梁计算(工况一:
浇筑工况)9
7.3底篮后横梁计算(工况二:
行走工况)10
8箱梁挂篮前底横梁设计计算11
9箱梁挂篮前顶横梁设计计算11
9.1挂篮前顶横梁荷载11
9.2挂篮前顶横梁计算12
10挂篮主桁验算13
11挂篮吊杆验算15
12挂篮后锚验算15
挂篮设计计算说明
1设计依据
1、《席子河大桥施工图设计》
2、《公路桥涵施工技术规范》
3、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
4、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
5、《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/TD60-01-2004)
6、《路桥施工计算手册》
7、其他有关规范手册
2工程概况
2.1项目概况
席子河大桥主桥孔跨布置为70+115+63m,采用变截面预应力混凝土连续刚构箱梁,无引桥。
箱梁根部梁高7.1m,跨中梁高2.7m,顶板厚28cm,底板厚从跨中至根部由23cm变化为80cm,腹板从跨中至根部分三段采用45cm、60cm、70cm三种厚度,箱梁高度和底板厚度按二次抛物线变化。
箱梁顶板横向宽12m,箱梁底宽6.5m,翼缘悬臂长2.75m.箱梁0#阶段长13m(包括墩两侧各外伸2m),每个悬浇“T”纵向对称划分为13个节段,梁段数及梁段长从根部至跨中分别为4*3.5m、9*4m,节段悬浇总长50m。
边、中跨合拢段长度均为2m,边跨现浇段长4m。
2.2梁段尺寸参数
墩顶箱梁采用支架法浇筑,总长度为13m,具备挂篮拼装起始长度。
梁段具体尺寸参数见下表所示:
悬浇段最大受力在①号段,长3.5m,砼60.2m3。
3基本设计参数
(1)钢筋混凝土自重:
G砼=27.3kN/m3;弹性模量:
E钢=2.1×105MPa;
(2)材料应力:
根据《路桥计算手册》,材料的设计值为:
整体和局部计算按照容许应力取值。
精轧螺纹钢采用PSB930型;根据相关规范参数如下:
(3)挂篮系统设计计算采用计算机电算和手算相结合的方式,电算程序采用Madiscivil2006专业结构设计软件。
计算中考虑到各种系数如下:
考虑箱梁混凝土浇筑时膨胀等的超载系数:
1.05;
浇筑混凝土时的动力系数:
1.2;
挂篮空载行走时冲击系数:
1.3;
浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数:
2.0。
(4)挂篮悬臂浇筑施工期间以及挂篮行走其间均在正常工作风速下施工,正常工作风速的确定根据当地情况以及其他设计资料确定。
(5)施工期间,在浇注箱梁混凝土前,注意天气情况预报,应避开在超出设计条件的气象情况下进行施工。
4挂篮结构选型
席子河大桥箱梁悬浇挂篮采用菱形挂篮形式,挂篮由主桁、底篮、悬吊系统、后锚及行走系统、模板系统等部分组成。
挂篮构造图
1、主桁:
主桁为菱形桁片,由立柱、轨道横梁、斜拉带组成,每个挂篮有二片菱形形组合梁,两片组合梁支架由桁架连接形成整体。
2、底篮:
底篮由前横梁、后横梁、纵梁等组成。
3、悬吊系统:
悬吊系统包括上前横梁、内、外模板滑梁和吊杆,上前横梁为型钢结构,通过吊杆及铰座与底栏连接。
内、外模板滑梁也为型钢结构,通过吊杆与上前横梁及已浇筑混凝土箱梁连接。
4、锚固系统:
挂篮后锚由锚固梁、锚杆组成,上端通过锚固梁锚于主梁尾部,下端通过精轧螺纹钢筋和连接器锚于箱梁上。
初步拟定单片挂篮主桁的后锚共设4根Φ32精轧螺纹钢,一套挂篮后锚总共需要8根Φ32精轧螺纹钢锚固。
5、行走系统:
整个桁架结构支承在由型钢加工而成的前、后支腿上。
每组主梁的支腿下设一套行走系统,行走系统主要包括:
行走轨道、行走反压小车、行走滑船等。
6、模板系统:
模板采用吊挂式,由内、外模板组成。
内模:
由加工的大块钢板模与桁架组成。
顶板由钢模、槽钢和木条、木楔形成桁架,内顶模板通过钩头螺栓连接成整体;侧板也由大块钢模组拼,槽钢加劲,内侧模与顶模之间采用螺栓连接。
外模:
由型钢和大块平面钢模板组成桁架式模板,翼缘悬臂模板和腹板焊接为一体,并采用斜撑加强。
5箱梁挂篮悬浇设计荷载及组合
5.1荷载计算
(1)箱梁恒载
详见2.2节。
(2)挂篮系统自重
包括模板系统,挂篮重量约63t。
(3)人员、施工机具设备及材料堆载等施工荷载
每平方米按2.5kN设计。
5.2荷载组合
根据箱梁截面的变化特征和块段长度的划分情况,使用①#块段对底蓝和内外滑梁进行计算。
根据计算结果对底篮后横梁、底篮前横梁、上前横梁、主桁系统以及挂篮总体变形等进行计算。
挂篮设计荷载包括:
箱梁恒载、超载、挂篮自重、施工荷载。
荷载组合如下:
荷载组合Ⅰ:
混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群、机具荷载等;
荷载组合Ⅱ:
混凝土重量+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群、机具荷载等;
荷载组合Ⅲ:
混凝土荷载+超载+挂篮自重+人群和机具荷载;
荷载组合Ⅰ、Ⅱ用于主桁承重系统强度和稳定性计算;荷载组合Ⅲ用于刚度计算;
6箱梁挂篮设计计算
6.11#块箱梁重量分配
钢筋混凝土按27.3kN/m3计,箱梁混凝土浇筑时膨胀等的超载系数取1.05,浇筑混凝土时的动力系数取1.2。
按照中间截面计算:
箱梁内模和外侧模拟采用吊挂形式,因此底篮只承担底模荷载。
底模重:
底模采用大块钢模,模板荷载约为1.2kN/m2。
施工人员和施工材料、机具行走或堆放荷载取2.5kN/m2。
6.2腹板下纵梁的计算
腹板底均设置3道纵梁,每道纵梁受荷载为:
箱梁自重按均布荷载加载;底板模板荷载按均布荷载加载。
人群、机具等荷载按均布荷载加载。
根据每根荷载,建立模型:
箱梁自重:
q1=0.7*6.56*27.3*1.05*1.2/3=52.7kN/m;
底板模板荷载:
q2=1.2×0.7/3=0.28kN/m。
人群、机具等荷载:
q3=2.5×0.7/3=0.58kN/m,按均布荷载加载。
Q=q1+q2+q3=53.6kN/m,
1#块腹板下纵梁变形图
1#块腹板下纵梁弯矩图
底篮腹板下纵梁为I36a
变形:
f=4.8mm<[f]=L/400=5100/400=12.75mm,满足要求。
最大弯矩M=114.4KN▪m
σ=M/W=114400/878×10-6=130.3Mpa<[σ]=175Mpa
6.3底板下纵梁的计算
箱梁底板下设置8道底蓝纵梁。
边箱底板下底蓝纵梁承载如下:
箱梁自重:
q1=(0.74+0.28)*5.1*27.3*1.05*1.2/8=22.4kN/m;
底板模板荷载:
q2=1.2×5.1/8=0.8kN/m。
人群、机具等荷载:
q3=2.5×5.1/8=1.6kN/m,按均布荷载加载。
Q=q1+q2+q3=24.8kN/m
1#块底板下纵梁变形图
1#块底板下纵梁弯矩图
底篮底板下纵梁为I36a
变形:
f=2.2mm<[f]=L/400=5100/400=12.75mm,满足要求。
最大弯矩M=52.9KN▪m
σ=M/W=52900/878×10-6=60.3Mpa<[σ]=175Mpa
7箱梁挂篮底篮后横梁设计计算
7.1挂篮后横梁荷载
后横梁的计算分为两个工况:
⑴工程一:
箱梁混凝土浇筑节段,后横梁锚固在已经浇筑的混凝土上。
根据第6节中挂篮下纵梁的计算结果进行后横梁的计算。
⑵工况二:
箱梁浇筑完毕,松掉后横梁和箱梁的锚固,进行挂篮的行走时。
此时后横梁被外滑梁下侧的精轧螺纹钢锚固。
后横梁受到底蓝纵梁、模板及其他如安全构造的荷载。
①人员、施工机具设备及材料堆载等施工荷载,每平方米按2.5kN设计。
底部模板长度为4.5m,按照一半压载在后横梁上计算,q1=2.5×4.5/2=5.625kN/m;
②底模重:
底模采用大块钢模,模板荷载约为1.2kN/m2。
底部模板长度为4m,按照一半压载在后横梁上计算,q2=1.2×4.5/2=2.7kN/m;
③底蓝纵梁6m,在内侧共14根,共重60×6×14=5040kg;按照一半压载后横梁上,且均匀布置,荷载为q3=50.4/2/10=2.5kN/m;
④后横梁两根吊杆间均布荷载为q=q1+q2+q3=10.8kN/m;
7.2底篮后横梁计算(工况一:
浇筑工况)
箱梁腹板下每道纵梁传递荷载为:
P=53.6*3.5/2=90.67kN,按集中荷载加载;
箱梁底板下每道纵梁传递荷载为:
P=24.8*3.5/2=42.17kN,按集中荷载加载;
底篮后横梁变形图
底篮后横梁弯矩图
后横梁采用双根I40a,实际挠度和弯矩图中以1根I40a受力分析。
所以:
后横梁的最大变形为:
f=1.1mm/2<[f]=L/400=1550/400=4mm,满足要求;
最大弯矩M=70.8KN▪m
σ=M/W=70800/2*1086×10-6=32.6Mpa<[σ]=175Mpa
7.3底篮后横梁计算(工况二:
行走工况)
后横梁长10m,最外两根吊杆间长为7.1m,均布荷载为10.8kN/m;
吊杆外侧考虑工作平台等自重,均布荷载为6kN/m
变形图
底篮后横梁纵梁弯矩图
后横梁采用双根I40a,实际挠度和弯矩图中以1根I40a受力分析。
所以:
挠度f=7.3mm/2>[f]=L/400=7100/400=18mm,满足要求;
最大弯矩M=61.7KN▪m
σ=M/W=61700/2*1086×10-6=28.4Mpa<[σ]=175Mpa
8箱梁挂篮前底横梁设计计算
前横梁采用双根I40a,受力计算同后横梁。
9箱梁挂篮前顶横梁设计计算
9.1挂篮前顶横梁荷载
上前横梁荷载主要有挂篮前底横梁传递的荷载、箱梁顶板及内模荷载、箱梁翼缘板及外侧模(包括翼缘板模板)荷载、人群机具等荷载。
(1)前顶底横梁间的吊杆拉力
据第8节中挂篮前底横梁的计算结果,前底横梁的支点力为吊杆所受到的拉力,即前顶横梁受到的拉力。
反力分布如下图,大小相同,方向相反。
(2)内外模滑梁与前顶横梁间的吊杆拉力
①箱梁顶板及内模荷载:
箱梁顶板及内模荷载由上前横梁和0#块箱梁混凝土通过内滑梁共同承担,前后分别采用两根吊杆承载,单根内滑梁承受的荷载为:
箱梁混凝土自重:
q1=2.1×27.3×1.05×1.2/2=36.1kN/m;
内模板荷载:
q2=1.2×5.1/2=3.1kN/m,按均布荷载加载。
人群、机具等荷载:
q3=2.5×5.1/2=6.4kN/m,按均布荷载加载。
前吊点分配的作用力(36.1×3.5+3.1×4.5+6.4×4.5)×0.5=84.5kN
②翼缘板及外侧模板荷载计算
箱梁翼缘板及外侧模(包括翼缘板模板)荷载由上前横梁和1#块箱梁混凝土通过外滑梁共同承担,单侧前后分别采用两根吊杆承载,单根外滑梁承受的荷载为:
箱梁混凝土自重:
q1=1.24×27.3×1.05×1.2=42.7kN/m;
外侧模(包括翼缘板模板)荷载:
q2=3kN/m,按均布荷载加载,人群、机具等荷载:
q3=4.5kN/m,按均布荷载加载。
作用于前横梁吊杆上的力为:
(42.7×3.5+7.5×4.5)×0.5=91.6kN
9.2挂篮前顶横梁计算
根据9-1节中的荷载,进行建模计算:
底篮前顶横梁变形图
底篮前顶横梁弯矩图
后横梁采用双根I45a,实际挠度和弯矩图中以1根I45a受力分析。
所以:
挠度f=11mm/2>[f]=L/400=6000/400=15mm,满足要求;
最大弯矩M=416KN▪m
σ=M/W=416000/2*1433×10-6=145Mpa<[σ]=175Mpa
10挂篮主桁验算
前上横梁受力图
主桁架反力图
主桁架弯矩图
主桁架采用双根[32a抱焊
最大弯矩M=58.7KN▪m
σ=M/W=58700/2*469×10-6=62.6Mpa<[σ]=175Mpa
抗倾覆验算:
倾覆弯矩M=631.1*5.1=3218.6KN▪m
单侧后锚点采用4根Φ32精轧螺纹钢[F]=630kN抗倾覆弯矩
M1=630*4*4.9=12348KN▪m
安全系数K=M1/M=3.8>2
11挂篮吊杆验算
吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢。
A=804.2mm2,最大拉力258.7KN,σ=N/A=322MPa<f/2=392.5MPa,故吊杆满足规范2倍安全系数的要求。
12挂篮后锚验算
单侧后锚点采用4根Φ32精轧螺纹钢,支点反力:
R锚固=-635.4kN,负号表示反力方向向下。
后锚固安全系数取2,Φ32精轧螺纹钢的抗拉荷载约为[F]=630kN,则:
4[F]=2520kN>2R锚固=1306kN,满足要求。
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