挂篮计算书0719.docx
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挂篮计算书0719
目录
第1部分设计计算说明1
1.1设计依据1
1.2工程概况1
1.3挂篮设计1
1.3.1主要技术参数1
1.3.2挂篮构造2
1.3.3挂篮计算设计荷载及组合2
1.3.4挂篮主要构件重量2
1.3.4梁段截面分区3
第2部分底模结构计算4
2.1面板计算4
2.1.1计算简图4
2.1.2面板截面参数4
2.1.3面板的最大应力及最大变形5
2.2竖肋[8计算5
2.2.1构造5
2.2.2竖肋[8的验算:
5
2.3底模纵梁强度检算7
2.3.1构造7
2.3.2强度分析7
2.3.3刚度分析8
第3部分侧模结构计算9
3.1侧模构造9
3.2荷载9
3.3侧模面板强度验算10
3.4侧模横向小肋[6.3计算10
3.4.1结构特点10
3.4.2载荷分析11
3.4.3强度验算12
3.4.4挠度验算12
第4部分挂篮各横梁结构分析13
4.1前下横梁结构分析13
4.2后下横梁结构分析16
4.3前上横梁结构分析19
4.4外模滑梁结构分析22
4.5内模滑梁结构分析25
4.6内模支架结构分析28
第5部分主桁架结构分析29
5.1构造29
5.2载荷分析29
5.3建模30
5.4分析,结果提取31
第6部分混凝土强度,挂篮抗倾翻,钢吊带及主桁连接销检算34
6.1主桁后锚点混凝土强度计算34
6.2挂篮浇注时后锚抗倾覆计算36
6.3挂篮行走时轨道的抗倾覆计算37
6.4挂篮行走时小车的抗倾覆计算38
6.5计算前上横梁吊带伸长量38
6.6主桁连接销计算39
附件A前下横梁结构分析命令流40
附件B后下横梁结构分析命令流42
附件C前上横梁结构分析命令流44
附件D外模滑梁结构分析命令流46
附件E内模滑梁结构分析命令流48
附件F主梁结构分析命令流50
第1部分设计计算说明
1.1设计依据
①、向莆铁路大桥施工图设计;
②、《铁路桥涵施工规范》TB10203-2002;
③、《钢结构设计规范》GB50017-2003
1.2工程概况
本桥为向莆铁路FJ-3A标连续梁,桥上部结构为(40+64+40)m为连续箱梁主桥连续刚构箱梁单幅桥面顶宽12.2m,底宽5.74m,采用单箱单室截面,斜腹板,悬臂长度为3至3.5m,梁高按二次抛物线变化,其中端部和跨中梁高为1.7m,中间支点梁高为3.1m。
全联施加纵向、竖向预应力,中横梁施加横向预应力。
0#块长度8m。
箱梁0#块,1#块在托架上施工,梁段总长14m,边、中合拢段长度为2m;挂篮悬臂浇注箱梁1#~2#块段长3m,3#~8#块段长3.5m,最重块段为1#,3#块,其重量为120t。
该桥箱梁悬臂浇注拟采用菱形挂篮进行施工。
1.3挂篮设计
1.3.1主要技术参数
①、砼自重GC=25kN/m3;
②、钢弹性模量Es=2.1×105MPa;
③、材料容许应力:
容许材料应力提高系数:
1.3。
1.3.2挂篮构造
挂篮为菱形挂篮,菱形主桁片由2[32b普通热轧槽钢组成的箱形截面杆件构成,前横梁由2I40a普通热轧工字钢组成,底篮前、后横梁由2[40b普通热轧槽钢组成,底篮纵梁为I28b普通热轧工字钢,吊杆采用Q345材料钢吊带。
1.3.3挂篮计算设计荷载及组合
(1)悬臂浇筑砼结构最大重量1300KN
(2)人群及机具荷载取2.5KPa。
(3)超载系数取k1=1.2;
(4)新浇砼动力系数取k2=1.4;
(5)挂篮行走时的冲击系数取k3=1.1;
(6)抗倾覆稳定系数2.0;
1.3.4挂篮主要构件重量
(1)主桁重:
F1`=5262×2=10524(kg);
(2)底模重:
F2`=12303/2=6152(kg);
(3)前下横梁:
F3`=1773(kg)
(4)后下横梁:
F4`=1535(kg)
(5)外侧模重:
F5`=16798/2=8399(kg)
(6)内模重:
F6`=4000(kg)
(7)前上横梁:
F7`=2151(kg)
(8)外模滑梁:
F8`=1100×2=2200(kg)
1.3.4梁段截面分区
充分考虑挂篮的安全性,根据半桥结构立面图分析,以2#块混凝土砼截面为参考截面得出混凝土混合截面,并以此为研究对象,以3米为浇注计算长度。
为便于计算,将梁段截面分为如下几个区(见图1.1)
图1.1梁段截面分区示意图
从上图可以分别计算以上几区的近似载荷:
1区载荷:
m1=1.135×3×2.5=8.512(t);
2区载荷:
m2=3.82×3×2.5=28.65(t);
3区载荷:
m3=2.24×3×2.5=16.8(t);
4区载荷:
m4=2.87×3×2.5=21.525(t);
一节混凝土全重:
m5=2*m1+2*m2+m3+m4=112.65(t);
下部模板重量:
m6=F2`+F3`+F4`+F5`+F6`+F8`=24.059(t);
作业人员及施工载荷:
取4(t)
在设计计算时按与混凝土方量成正比折算在混凝土重量中,则每平方混凝土的计算量=(24.059+4)/112.65=0.245。
则偏于安全考虑取施工荷载系数K1=1+0.245=1.245≈1.25
第2部分底模结构计算
2.1面板计算
2.1.1计算简图
由混凝土梁段分区可知,2#梁段下部混凝土对底模面板的压力最大,其值为:
Fm4=rcH=24×4.5=113.28KN/m2
取单格面板300mm×500mm作为计算单元,则单位宽板承受的荷载为:
q=113.28×0.3=33.98KN/m
偏于安全考虑,不考虑横向肋板对面板的加强作用,将面板受力状况简化为以竖肋[8为支点的简支梁。
其简化受力分析示意图见图2.1。
图2.1面板简化受力分析示意图
2.1.2面板截面参数
1>,面板的截面抗弯系数为:
W=b*h2/6=0.5*0.006*0.006/6=3(cm3)
2>,面板的截面抗弯惯性矩为:
Ix=b*h3/12=0.5*0.006*0.006*0.006/12=0.9(cm4)
2.1.3面板的最大应力及最大变形
1>,面板所以受的最大弯矩值为:
Mmax=qL2/8=33.98*0.3*0.3/8=382.3(N·m)
面板所受最大弯曲应力为:
σmax=Mmax/W=382.3/3=127.4(MPa)<[σ]=145(MPa)
∴δ6面板强度满足要求
2>,面板在该载荷下所产生的最大变形量为:
Ymax=5*q*L4/(384E*I)
=5*33980*0.34/(384*207*109*0.9*10-8)
=0.0019(m) ∴δ6面板刚度满足要求 2.2竖肋[8计算 2.2.1构造 背肋与面板等共同承受外力,背肋的材料规格为槽钢[8,查型钢特性表,得截面面积A=10.248cm²,IX=101cm4。 2.2.2竖肋[8的验算: 图2.2面板与肋组合截面 1.>由图2.2有,面板与背肋组成的组合截面的(见图2.2)形心为 ∑△A1y1=0.6×30×0.3+10.248×(8+0.6) =93.533mm3 A=0.6×30+10.248=28.248 y1=93.533/28.248=3.3cm y2=8.6-3.3=5.3cm 组合截面形心I=(30×0.6³/12)+30×0.6×(3.3-0.3)²+ 101+10.248×(5.3-4)² =280.86cm4 2.>强度验算: W上=I/y1=280.86/3.3=85.11cm3 W下=I/y2=280.86/5.3=52.99cm3 根据连续梁在均布荷载作用下的简图可以计算出各控制面上弯矩而求得Mmax,查得Mmax发生在支座B处,可得: 肋[8及面板的线载荷为: q=113.28×0.3=33.974KN/m=339.74N/cm Mmax=-0.125qL² =-0.125×339.74×(32)² =-43486.72N·cm σmax=Mmax/W下=43486.72/52.99 =820.66N/cm²=8.2MPa<145MPa 可由此得,面板强度满足要求。 3.>挠度验算: ωmax=5×qL4/384EI =5×339.74×504 384×2.06×107×280.86 =0.047cm<[ω]=L/500=1500/500=3mm 可由此得,面板刚度满足要求。 2.3底模纵梁强度检算 2.3.1构造 底板纵梁选用I28b工字钢,其截面特性为: Wx=7.26×105mm3Ix=11.62×107mm4 以2#块混凝土底模班、纵梁为研究对象,有效作用范围最大为0.3m,底板纵梁载荷状况见表2.1,底板纵梁荷载见图2.3: 表2.1底板纵梁荷载分析表 工况: 1#块浇筑 1 底板砼压力(混凝土腹板下部) KN/m2 113.28 2 底板砼设计载荷(0.3米作用范围) KN/m 113.28*0.3=33.98 3 施工荷载 KN/m 2.5*0.3=0.75 4 底模自重 KN/m 1.2*0.3=0.36 5 纵梁自重 KN/m 0.48 6 荷载取值(纵梁间距0.5m) KN/m 33.98*1.2+0.75*1.4+0.36+0.48=42.67 图2.3底模纵梁受力分析示意图 2.3.2强度分析 由上图载荷可知: RA=q*c*b/L=42.67*3000*2000/(5400*1000) =47.41KN RB=q*c*a/L=42.67*3000*3400/(5400*1000) =80.6KN M=q*c*a*(d+c*b/2L)/L =42.67*3000*2000(500+3000*3400/2*5400)/5400 =68480KN·mm=6.848×107N·m 底板纵梁所受最大弯曲应力为: σ=Mmax/Wx=6.848×107/5.34×105 =128.23MPa<145MPa 2.3.3刚度分析 当X=d+c*b/L=1611mm时(X为梁截面距支点A的距离),梁挠度最大为: =42670*3*3.4{[4*5.4-(4*3.42+32)/5.4]*1.611-4*1.6113/5.4 +(1.611-0.5)4/(3*3.4)}/(24*2.07*1011*7.48*10-5) =0.011797m (砼外露结构要求挠度不得超过跨度的1/400;不外露结构要求挠度不得超过跨度的1/250,底板按照外露结构计算。 ) 综合上述计算所得结果可知,底板纵梁强度及刚度均满足要求。 第3部分侧模结构计算 3.1侧模构造 挂篮侧模面板为δ6钢板,横向小肋为[6.3,间隔300mm布置,竖向大肋背肋为][12组焊接而成的桁架,间隔1000mm布置一处。 3.2荷载 1>,混凝土浇筑时侧压力的标准值: 由式Fc=0.22rctoβ1β2ν½ 取rc=25KN/m³ to=6(h) β1=1.2 β2=1 ν=4m/h(浇筑速度) 有: Fc=0.22×25×6×1.2×1×2=79.2KN/㎡ 由式Fc=rcH=24×4.5=113.28KN/㎡ 按规范取: Fc=79.2KN/㎡ 2>,倾倒混凝土时产生的水平荷载标准值取2KN/㎡。 根据《铁路桥涵施工规范》TB10203-2002的有关规定,各类荷载相应的分项系数和调整系数,取值如下: 恒载分项系数取: 1.2 活载分项系数取: 1.4 折减调整系数取: 0.85 3>,则混凝土浇筑的侧压力设计值为: 79.2×1.2×0.85=80.78KN/㎡ 4>,倾倒混凝土时产生的水平荷载设计值为: 2×1.4×0.85=2.38KN/㎡ 5>,总荷载设计值为: F0=80.78+2.38 =83.16(KN/㎡) 3.3侧模面板强度验算 由于侧模面板与底模为同种材料,侧模[6.3小肋与底模[8小肋间隔均为300mm布置,所以单独以面板为研究对象进行分析,底模面板要较侧模面板受力要大,为此侧模面板显然无须单独进行强度核算,其强度及刚度均满足要求。 3.4侧模横向小肋[6.3计算 3.4.1结构特点 [6.3的截面面积A=8.451cm2 截面抗弯惯性矩Ix=50.8cm4 截面抗击弯系数W=16.1cm3 面板与背肋组成的组合截面(见图3.1) 图3.1侧模肋及面板结构示意图 组合截面形心计算: ∑△A1y1=0.6*30*0.3+8.451*(6.3+0.6) =76.112cm3 A=0.6*30+8.451=26.451 y1=76.112/26.451=2.877cm y2=6.9-2.877=4.023cm 组合截面形心I=(30*0.6³/12)+30*0.6*(2.88-0.3)²+ 50.8+8.451*(4.023-3.15)² =177.51cm4 3.4.2载荷分析 [6.3与面板组合梁受力分析可以看作为以相邻两竖向桁架为支点的简支梁,其简化载荷分析示意图见图3.2 图3.2侧模肋及面板简化分析示意图 3.4.3强度验算: W上=I/y1=177.51/2.877=85.1161.7cm3 W下=I/y2=177.51/4.023=44.12cm3 根据连续梁在均布荷载作用下的简图可以计算出各控制面上弯矩而求得Mmax,查得Mmax发生在支座B处,可得肋[6.3及面板的线载荷为: q=83.16*0.3 =24.95KN/m=249.5N/cm Mmax=-0.125qL² =-0.125*249.5*(100)² =-311875N·cm σmax=Mmax/W下 =311875/44.12 =7068.79N/cm² =70.68MPa<145MPa 可由此得,组合肋强度满足要求。 3.4.4挠度验算 ωmax=5*qL4/384EI =5*249.5*1004/(384*2.06*107*177.51) =0.089cm<[ω]=L/500=1500/500=3mm 可由此得,组合肋刚度满足要求。 第4部分挂篮各横梁结构分析 4.1前下横梁结构分析 前下横梁由2根[40b组成,承担底板、肋板及部分翼板的荷载。 从机械设计手册可查出 A=83.068*2=166.14cm2,I=18600*2=37200cm4。 根据施工图及挂篮前底梁吊点分布的位置可简化为以下的受力模式(图4.1): 图4.1前下横梁简化结构分析示意图 由挂篮结构示意图及挂篮主要结构重量,可得出以下数据: q1=(k1*m2*/2)/L1=(1.25*334.25/2)/1=208.9KN/m q2=(k1*m4/2)/L2=(1.25*251.3/2)/3.2=49.08KN/m 前下横梁支反力 F1=q1*0.56*0.28/1.4=23.397KN F2=q2*1.6+q1*0.44+q1*0.56*1.12/1.4=264.04KN 经过软件分析(前下横梁结构分析程序见附录A),前下横梁的变形图见图4.2,应力图见图4.3,弯矩图见图4.4,剪力图见图4.5。 图4.2前下横梁变形图 由上图可以看出,前下横梁最大变形量为0.69mm 图4.3前下横梁顶面应力图 由上图可以看出,前下横梁顶面最大应力为38.2MPa<145MPa 图4.4前下横梁弯矩图 由上图可以看出,前下横梁所受最大弯矩为70999N·m,弯曲应力为: 70999/0.001864=38.1MPa<145MPa(由于轴力为0,梁结构上下对称, 最大应力=顶面应力=顶面应力=弯曲应力) 图4.5前下横梁剪力图 由上图可以看出,前下横梁最大剪力为170448N,最大剪应力为: 170448/0.016614=10.26MPa<85MPa(beam3梁无等效应力输出项) 综合上述分析结果,前下横梁最大变形量为0.69mm,最大应力为38.2MPa,最大剪应力为10.26MPa,前下横梁设计符合要求。 4.2后下横梁结构分析 后下横梁由2根[40b工字钢组成,承担底板、肋板及部分翼板的荷载。 。 根据施工图及挂篮后底梁吊点分布的位置可简化为以下的受力模式(图4.6): 图4.6后下横梁简化结构分析示意图 后下横梁支反力: F1=(q1*1*1.1+q2*0.6*0.3)/2.44=97.79KN F2=q2*1+(q1*1+q2*0.6-f1)=189.64KN 经过软件分析(后下横梁结构分析程序见附录B),后下横梁的变形图见图4.7,应力图见图4.8,弯矩图见图4.9,剪力图见图4.10。 图4.7后下横梁变形图 由上图可以看出,后下横梁最大变形量为0.475mm 图4.8后下横梁顶面应力图 由上图可以看出,后下横梁顶面最大应力为53.1MPa<145MPa 图4.9后下横梁弯矩图 由上图可以看出,前下横梁所受最大弯矩为98673N·m,弯曲应力为: 98673/0.001864=52.936MPa<145MPa(由于轴力为0,梁结构上下对称,最大应力=顶面应力=顶面应力=弯曲应力) 图4.10后下横梁剪力图 由分析结果可以看出,后下横梁最大剪力为180996,最大剪应力为: 180996/0.016614=10.89MPa<85MPa 综合上述分析结果,后下横梁设计符合要求。 4.3前上横梁结构分析 前上横梁由2根I40b工字钢组成,从机械设计手册可查出: A=94.1*2=188.2cm2I=22800*2=45600cm4。 根据施工图及挂篮前上横梁吊点分布的位置可简化为以下的受力模式(图4.11): 图4.11前上横梁简化结构分析示意图 由前下横梁中分析可知: f1=23.397KNf2=264.04KN 侧模及内模手拉葫芦吊点力的大小分别为 f3=(k1*m1+F5`+F8`)/2=(1.25*85.13+83.99/2+22.0/2)/2=79.70KN f4=(k1*m3+F6`)/2/2=(1.25*215.25+40)/4=77.27KN 可得主桁架前支点受力大小 F=2(f1+f2+f3+f4)/2 =(23.397+264.4+79.7+77.27) =444.77KN 经过软件分析(前上横梁结构分析程序见附录C),前上横梁的变形图见图4.12,应力图见图4.13,弯矩图见图4.14,剪力图见图4.15。 图4.12前上横梁变形图 由上图可以看出,前上横梁最大变形量为13.3mm 图4.13前上横梁顶面应力图 由上图可以看出,前上横梁顶面最大应力为135MPa<145MPa 图4.14前上横梁弯矩图 由上图可以看出,前上横梁所受最大弯矩为78789N·m,弯曲应力为: 78789/0.00228=34.557MPa<145MPa(由于轴力为0,梁结构上下对称,最大应力=顶面应力=顶面应力=弯曲应力) 图4.15前上横梁剪力图 由上图可以看出,前上横梁最大剪力为341310,最大剪应力为: 341310/0.01882=18.14MPa<85MPa 综合上述分析结果,前上横梁设计符合要求。 4.4外模滑梁结构分析 浇注混凝土时,外模滑梁受力为1#区域混凝土重量加外模重量;根据前面分析,1#区域混凝土重m1=85.13KN,模板产重为42KN,则外模滑梁受总力F=85.13×1.1+42=136KN。 作用力通过外模桁架,分4个点作用在滑梁上,4个集中力大小都为F;外模滑梁由两根[32b槽钢组焊而成。 (图4.16) 图4.16外模滑梁简化分析示意图 所以F=136÷4=34KN 支反力F支=4F÷2=2F=68KN 采用通用有限元分析软件ANSYS10.0对外模滑梁进行结构分析。 杆件简化为双[32b截面,简支结构,左节点施加X,Y位移约束,右节点施加y向约束。 参数为A=54.913*2=109.826cm2,izz=8140*2=16280cm4,W=509*2=1018cm3, h=32cm,shearz=0.3 材料参数为Q235b材质,抗拉强度为145MPa,抗弯强度为140MPa抗剪强度为85MPa。 模型单元选用beam3梁单元,为可承受拉、压、弯作用的单轴单元。 详细的外模滑梁结构分析程序命令流见附件D。 经过软件分析,外模滑横梁的变形图见图4.17,应力图见图4.18,弯矩图见图4.19,剪力图见图4.20。 图4.17外模滑横梁变形图 由上图可以看出,外模滑梁最大变形量为11.479mm 图4.18外模滑横梁应力图 由上图可以看出,外模滑梁顶面所受最大应力为123MPa<145MPa 图4.19外模滑横梁弯矩图 由上图可以看出,外模滑梁所受最大弯矩为125336N·m,弯曲应力为: 125336/0.001018=123.12MPa<145MPa(由于轴力为0,梁结构上下对称,梁最大应力=梁顶面应力=梁底面应力=梁弯曲应力) 图4.20外模滑横梁剪力图 由上图可以看出,外模滑梁所受最大剪力为71091,最大剪应力为: 71091/0.0109826=6.47306MPa<85MPa 综合上述分析结果,外模滑梁设计符合要求。 4.5内模滑梁结构分析 浇注混凝土时,内模滑梁受力为3#区域混凝土重量加内模重量;根据前面分析,3#区域混凝土重168KN,内模重42KN,则内模滑梁受力F=168×1.1+42=227KN。 作用力通过内模骨架,分5个点作用在滑梁上,5个集中力大小都为F;内模滑梁由两根[32b槽钢组焊而成,共有两根。 (图4.17) 图4.21内模滑梁简化分析示意图 所以F=227÷5÷2=22.7KN 支反力F支=5F÷2=2F=45.4KN 采用通用有限元分析软件ANSYS10.0对内模滑梁进行结构分析。 杆件简化为双[32b截面,简支结构,左节点施加X,Y位移约束,右节点施加y向约束。 参数为A=49.902*2=99.804cm2,izz=6500*2=13000cm4,W=509*2=1018cm3, h=32cm,
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