凤窝特大桥菱形挂篮设计方案.docx
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凤窝特大桥菱形挂篮设计方案
目录
1、工程概况1
2、设计依据1
3、设计荷载1
4、挂篮主要结构1
4.1、承重系统1
4.2、提升锚固系统1
4.3、走行系统1
4.4、模板系统2
5、挂篮制造与验收技术规定2
5.1、总则2
5.2、钢结构制造的准备工作2
5.3、材料2
5.4、制造3
6、检算5
6.1、主要参数5
6.2、挂篮构造5
6.3、挂篮设计荷载5
6.4、挂篮抗倾覆验算6
6.5、挂蓝主桁架应力验算7
6.6、桁架变形验算8
6.7、横梁验算9
6.8、吊杆受力计算10
6.9、底模受力计算10
凤窝特大桥连续梁(40+65+65+40)挂篮设计说明
1、工程概况
本挂篮是为福州绕城公路凤窝特大桥主桥连续梁(40+65+65+40)而设计,挂篮形式为菱式。
挂篮走行为整体移动,一次性到位。
主吊带、滑梁吊带为16Mn钢板制作、底主锚为丝杠外,其余悬吊锚固杆均为φ25mm精轧螺纹钢。
为节省成本及操作轻便,挂篮设计自重为54吨,为轻型组合式挂篮。
为提高桥梁悬灌质量,挂篮组合位移控制在20mm以内。
2、设计依据
1)悬灌几何特征:
主要参照《福州绕城公路凤窝特大桥主桥连续梁施工图》。
2)施工荷载:
采用凤窝特大桥1#段节段荷载。
3)设计规范:
①《公路桥涵设计和施工规范》
②《钢结构设计规范》
③《机械设计手册》
3、挂篮设计参数
最大悬灌重量:
132.71吨(1#段)
最大节段长度:
3.5米(6#--8#段)
最大节段高度:
4米(0#段)
4、设计荷载
根据施工图设计要求,最重梁段采用的挂篮承载力为133t,空挂篮控制重量54t(包括模板)。
设计考虑冲击系数1.1,施工机具及人群荷载1.5KN/m2。
5、设计原则
1.安全可靠,施工方便,确保施工质量。
2.尽量考虑到通用性,以备不同桥梁的再使用。
6、挂篮主要结构
本挂篮主要由主桁架承重系统、提升锚固系统、底篮系统、走行系统和模板系统组成。
1)主桁系
主桁系位于桥面竖向预应力筋位置(L=4900mm),中间不需要变跨。
主桁系是挂蓝主要受力构件,在悬灌施工中主要承受底模系传来的竖向拉力。
主桁系由五根杆件铰接构成,外型呈菱形。
各杆由型钢和板焊成,2*[28a槽钢及10mm厚缀板,各杆件通过销子铰接在各节点块上。
三片主桁通过前横梁和主桁横联构成整体。
主桁片通过活动滑座座在滑轨上,后端通过反扣装置扣在滑轨后端,灌注时用竖向预应力筋和锚梁把下平杆后结点锚固在桥面上以平衡前部底模的竖向拉力。
2)底模系
底模系位于悬灌箱梁底部,是挂篮主要受力构件,承受箱梁悬灌施工荷载。
底模系由前后托梁及各纵梁、工作梁及上模板组成,与砼接触处辅制上模板。
上模板为8mm面板。
底模系前吊带悬挂在前横梁上,后托梁由四个底锚锚固在已成梁段上。
后托梁两端由两根吊杆悬挂在已成梁段翼板上,另有两根边吊杆吊在主桁后吊平杆上,承吊底模以便走行。
3)外模系
外模系主要承受腹板砼产生的侧压力及翼板砼荷载。
外侧模为一整体。
外模系主要靠滑梁承吊。
侧模开有对拉筋孔以联接侧模和内模,可抵抗腹板砼的侧压力又保证侧模与已成梁段的很好密合。
侧模为桁架式以提高刚度。
内模系主要承受顶板砼荷载,每室通过二根内滑梁悬吊在前横梁和已成梁段上。
每室内模分两块,可随腹板厚度变化进行调节。
4)前吊系
前吊系为16Mn钢制板带,承受底模前部拉力。
吊带分单吊带和双吊带,用销子联接。
上部承吊在前横梁上,下部铰接在前托梁上,随梁高变化用千斤顶提升底模变换孔距以调整底模高度。
高距调整主要靠吊带上的销孔,微调可用千斤顶调节。
5)底锚系
底锚系位于底模后托梁和已成梁段底板上,主要承受底模系后部拉力。
底锚杆通过预留孔把后托梁锚固在已成梁段上。
6)走行系
走行系桥面部分主要由滑轨、活动滑座、反扣装置、后吊平杆和千斤顶顶座构成。
走行时活动滑座坐在滑轨上,后部由反扣轮挂在滑轨上,整体形成稳定。
在滑轨上固定液压顶顶座,通过液压顶顶推活动滑座使整个挂篮顺滑轨前行。
走行系桥面以下部分为六根滑梁和滑梁吊架。
滑梁吊架悬挂在已成梁段和滑梁上。
挂篮走行时内模、外模、底模和主桁同步前行,滑梁通过滑梁吊架向前滑动。
7)施工平台
施工平台分前施工平台、底施工平台和侧模工作平台。
前施工平台主要方便施工人员涨拉、调整底模高度用。
底施工平台主要用于底锚的拆装及箱梁底面的砼表面处理。
侧工作平台主要用于处理侧面砼和滑梁吊轮的拆卸。
本挂篮只设计底工作台,底模侧工作台、底模前工作台和主桁上工作台可现场采用螺纹钢或其它型钢件临时焊接。
5、挂篮制造与验收技术规定
5.1、总则
5.1.1钢结构的制造、安装和验收所使用的计量器具,必须由二级以上的计量机构检验合格后方可使用。
5.1.2钢结构制造和验收除应符合本规定外,尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。
5.2、钢结构制造的准备工作
5.2.1编制钢结构制作工艺的技术文件
5.2.1.1、绘制施工详图
5.2.1.2、制定焊接工艺及焊接质量管理细则
包括焊接方法的确定;焊接材料的选用;根据不同焊接接头特点确定坡口型式、角度等参数;确定焊接工艺参数及焊接顺序;防止和减少焊接变形的措施。
5.2.2工艺装备设计
5.3、材料
5.3.1、钢材
5.3.1.1、Q235钢应符合GB7OO中B级的规定,Q345钢应符合GB1591中B级的规定。
5.3.1.2、钢材表面锈蚀等级不超过GB8923的A、B级;当表面有锈蚀、麻点划痕等缺陷时,其深度不得大于钢材负偏差的1/2。
5.3.1.3、质量证明书上的炉号、批号应与实物相符。
5.3.2焊接材料
5.3.2.1、焊条、焊丝、焊剂应符合现行国家标准的规定,并有出厂质量证明书。
使用前制造单位对焊接材料进行抽样复验,合格后方可使用。
5.3.2.2、采用的焊接材料应与结构钢材的性能相匹配,在保证焊接接头强度和韧性的前提下,尽量采用低组配,手工焊应采用低氢型焊条。
5.3.2.3、焊接材料应通过焊接工艺评定试验选用,并经业主认可。
5.3.2.4、二氧化碳保护气体的纯度不低于99.5%,含水量小于0.005%。
5.3.3、高强度螺栓(大六角扭剪型)
高强度螺栓应符合现行国家标准(GB1228~1231,GB3632~3633)的规定。
5.4、制造
5.4.1、切割
主体结构的板材应采用精密(数控,自动,半自动)切割,构件外露边,应对焰切起始侧倒角,倒角半径为0.5~2.0mm。
切割面硬度不超过HV350;切割面表面粗糙度25~50。
5.4.2、零件矫正
零件矫正宜采用冷矫,零件矫正允许偏差按TB10212-98表4.3.3要求。
5.4.3、零件加工
箱型梁零件加工尺寸允许偏差按TB10212-98表4.4.4-2要求。
5.4.4、制孔
5.4.4.1、螺栓孔直径允许偏差为0~+0.52mm,不圆度允许偏差1mm,螺栓孔中心线倾斜度不大于板厚的2%,且单层板不大于1.5mm,多层板迭合不大于2mm。
5.4.4.2、同一组钻孔内相邻两孔间的孔距偏差为±0.7mm,任意两孔的孔距偏差为±1.0mm。
5.4.5、组装
5.4.5.1、依据图纸、工艺和质量标准,并结合构件特点提出相应的组装措施;
5.4.5.2、应考虑焊接的可能性,确定一次或多次组装,凡需进行多次组装时,应对前一次的焊接变形进行修整,合格后再进行下一次组装。
5.4.5.3、应考虑焊接收缩余量或采取预防变形措施;
5.4.5.4、凡隐蔽部位组装后,应经质量检验员确认合格,才能进行焊接或外部再组装。
5.4.5.5、钣的接料必须在杆件组装前完成,其拼接料长度不宜于小1000mm,宽度不得小于200mm,接料中心线距钉孔中心组不宜少于150mm。
5.4.5.6、工字梁及箱形梁的组装允许偏差:
L1-L2≤3.0mm(对角线差)
旁弯f≤5.0mm
5.4.5.7、加劲肋间距允许偏差1.0mm。
5.4.6、焊接
5.4.6.1、焊工应经考试并取得合格证后,方可从事本结构焊接。
5.4.6.2、焊接工作宜在车间内进行,环境湿度应小于80%,焊接环境湿度不应低于5℃,主要杆件应在组装后24小时内焊接。
5.4.6.3、定位焊应在焊道内,长度为50~100mm,焊脚尺寸不得大于设计焊脚的1/2,定位焊不得有裂纹、夹碴等缺陷。
5.4.6.4、埋弧自动焊缝必须在距设计焊缝端部80mm以外的引钣上起、熄弧。
5.4.6.5、返修焊缝应按原焊缝质量检验,同一部位的返修焊不宜超过两次。
5.4.7、焊接检验
5.4.7.1、结构应在焊接完成24小时后进行焊缝外观及内部质量检验,无损探伤应在外观探伤合格后进行。
5.4.7.2、本结构主要承载焊缝按I级,次要焊缝按II级,构造焊缝按III级,探伤方式以超声波为主。
按GB11345执行。
I级探伤100%检验等级B
II级探伤20%检验等级B
III级外观检查
5.4.7.3、焊接接头力学性能试验应以拉伸和冷弯为主,焊接试钣试件数量应符合下列规定:
拉伸2件;侧弯2件;冲击(焊缝、热影响区)各3件。
5.4.8、试装
结构完成加工后,应在厂内按设计要求进行试拼装。
5.4.8.1、试装时,钉孔内冲钉数不得少于孔数的10%,拼装螺栓不少于20%。
5.4.8.2、试装的主要尺寸应满足
梁高偏差:
±2mm;平联对角线差:
3mm;
梁全长:
±8mm;支点高低差(挂勾处):
3mm;
主梁中心距:
±3mm;旁弯:
±5mm
5.4.9、预处理涂装及摩擦面处理
(1)钢结构表面预处理按国标GB8923执行,采用喷砂除锈等级为Sa2(1/2)。
(2)涂装采用环氧富锌涂料(H06-4),涂层厚80μm。
(3)高强度螺栓连接处的摩擦面处理与涂装相同。
5.5.10、高强度螺栓的预紧力控制及施拧工艺应严格按照相关标准执行。
6、检算
6.1、主要参数
6.1.1、砼自重GC=26kN/m3;
6.1.2、钢弹性模量Es=2.1×105MPa;
6.1.3、材料容许应力:
容许材料应力提高系数:
1.3。
6.2、挂篮构造
挂篮为菱形挂篮,菱形桁片由2[28b普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成,前横梁由2I45b普通热轧工字钢组成,底篮前横梁由2I45b普通热轧工字钢组成,底篮后横梁由2I40b普通热轧工字钢+桁架片组成,底篮底板下加强纵梁为[32b普通热轧槽钢,吊带由16Mn钢板(□140x20xL)制成,箱梁内吊杆采用直径为32的精扎螺纹钢。
6.3、挂篮设计荷载
6.3.1、荷载系数
考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数:
1.05;
浇筑混凝土时的动力系数:
1.2;
挂篮空载行走时的冲击系数1.3;
浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数:
2.0;
挂篮正常使用时采用的安全系数为2.0。
6.3.2、作用于挂篮主桁的荷载
箱梁荷载:
箱梁荷载取1#块计算。
1#块段长度为3.5m,重量为133T;
施工机具及人群荷载:
2.5kMPa;
挂篮自重(实际):
54t;
6.3.2、荷载计算
6.3.2.1、混凝土重量+超载+动力附加荷载:
G=133×1.05×1.2/3=55.86t
6.3.2.2、挂篮荷载:
主桁荷载作用于挂篮前支点
P1=3.5×1.2=4.2t
前吊点承担底篮、横梁、内外滑梁、内外模1/3荷载:
P2=(11.5+4.1+6.28+9.7)×1.2/3=12.632t
6.3.2.3、前吊点承担人群和机具荷载的一半
P3=(0.25×3.5×12.7)×1.2/3=4.445t
6.3.2.4、倾倒和振捣混凝土荷载的一半
P4=0.
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