HYJQJ500T架桥机改型后架梁安全计算报告.docx
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HYJQJ500T架桥机改型后架梁安全计算报告
HYJQJ500T架桥机架梁安全评估报告
四川华园金属建设工程有限公司
二〇一五年十一月
目录
1.计算依据1
2.架桥机的基本构造1
3.运梁机构荷载分布2
4.30m箱梁受力计算(存梁阶段)3
5.30m箱梁受力计算(架梁阶段)6
6.30m箱梁受力总结9
7.反力计算9
7.1.架桥机主要结构组成9
7.2.架桥机架梁流程9
7.3.架桥机支点与梁体支座受力计算11
(1)架桥机支点反力以及梁体支座反力计算模型11
(2)支座5反力计算12
(3)支座4,支座3反力计算13
(4)支座2反力计算13
(5)架桥机支点2,支点3反力计算14
(6)架桥机支点1反力计算15
(7)反力汇总16
(8)局部承压强度计算16
8.局部承压强度总结17
1.计算依据
(1)HYJQJ500T型架桥机设计图
(2)成都地铁4号线二期工程施工图设计洞口~二期设计终点高架区间第三册上部结构工程(预制简支箱梁)
(3)成都地铁4号线二期工程施工图设计洞口~二期设计终点高架区间第四册附属结构
(4)《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)
(5)《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3-2005)
(6)《铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》(TB10002.4-2005)
2.架桥机的基本构造
改进后的HYJQJ500T型架桥机由主梁,悬挂总成,驱动桥总成,制动桥总成,转向机构,液压系统,电气控制系统等核心部分组成。
走行悬挂分为三组,后端10个悬挂为一组,前端两侧各6个悬挂为一组,形成三点平衡。
架桥机采用八字转向的回转模式,直行行走方式。
架桥机空载时总重为175ton,所驮30mPC箱梁的重量为416ton,累计总重591ton。
架桥机额定运载质量为500ton,驮送30mPC箱梁有较大的安全富裕。
驮梁时架桥机支点间距为29.0m。
梁的前、后重量分别通过主梁,悬挂总成,液压系统等分配到前、后轮组,轮胎受力再传递到前方已经架设完成的30mPC箱梁上。
行走时箱梁上由轮胎着力,架桥机采用了36个真空胎和8个实心胎,共计44个轮胎,轮胎型号为23.5/R25。
每一个轴上4只轮胎,共计11轴。
前端5轴,后端6轴。
轮胎的间距为(2.5+2.5+2.5+2.5)m+6.5m+(2.5+2.5+2.5+2.5+2.5)m。
如图2.1,图2.2所示。
图2.1HYJQJ500T型架桥机架设30mPC箱梁时驮梁行走状态(立面)
图2.2HYJQJ500T型架桥机驮梁时机构的横向布置
3.运梁机构荷载分布
运梁机构的轮胎间距为(2.5+2.5+2.5+2.5)m+6.5m+(2.5+2.5+2.5+
2.5+2.5)m。
架桥机空载时总重为175ton,所驮30mPC箱梁的重量为416ton,累计总重591ton。
按轴重均匀承受荷载计算,有:
(1)空载时换算而成的轴重为:
(2)驮梁后换算而成的轴重为:
行走运输机构分别按机构荷载,恒载+机构荷载作用考虑。
行走运输机构共计175t,梁重416t,计11轴,不计冲击。
空载时荷载分布如图3.1所示。
图3.1空载时荷载轴重分布
满载时荷载分布如图2.2所示。
图3.2空载时荷载轴重分布
4.30m箱梁受力计算(存梁阶段)
30m预应力混凝土箱梁的一般构造如图4.1~图4.4。
图4.130m预应力混凝土箱梁的立面图
图4.230m预应力混凝土箱梁跨中19.9m区段截面一般构造
图4.330m预应力混凝土箱梁预应力钢束布置(纵向立面)
图4.430m预应力混凝土箱梁预应力钢束布置(跨中区段横截面上)
在下面梁体的受力计算过程中,考虑的施工流程为:
(1)台座上浇注混凝土梁,安养护28天达到正常张拉预应力钢束的程度;
(2)张拉钢束累计用时2天;
(3)转移、堆放存梁时间拟定为28天;
(4)架梁。
施工流程考虑混凝土材料的徐变和收缩效应,考虑预应力引起的损失等因素。
4.1.30mPC箱梁自重受力计算
(1)、材料
混凝土材料依据TB05,强度等级按C50,弯曲受压及偏心受压应力容许值
。
预应力钢束采用低松弛高强预应力钢绞线,
,
,按设计给定的张拉顺序和控制应力表进行张拉,张拉完成后采用M50水泥浆灌浆。
(2)、计算模型
如图4.5,图4.6所示为箱梁的计算模型构造。
29.9m梁长,划分成17段,总共18个节点,17个梁单元。
其中,节点Node2和节点Node17为两端的支点,支点间间距为29.0m。
梁截面特性依据图4.2赋值。
图4.530m预应力混凝土箱梁计算模型(节点构成)
图4.630m预应力混凝土箱梁计算模型(单元构成)
(3)、计算结果
图4.730m预应力混凝土箱梁计算结果(挠度:
mm)
(fmax=18.3mm,位于跨中节点9或节点10)
图4.830m预应力混凝土箱梁自重应力分布(上缘应力:
MPa)
(σmin=-4.67MPa,位于跨中单元9)
图4.930m预应力混凝土箱梁自重应力分布(下缘应力:
MPa)
(σmax=8.11MPa,位于跨中单元9)
4.2.30mPC箱梁预应力加载后计算成果
考虑28天的养护期,施加预应力后,梁体的累计计算成果如图4.10~图4.12。
图4.1030m预应力混凝土箱梁计算结果(挠度:
mm)
(fmax=18.8mm↑,位于跨中节点9或节点10)
图4.1130mPC箱梁施加预应力后累计应力分布(上缘应力:
MPa)
(
位于跨中单元9)
图4.1230mPC箱梁施加预应力后累计应力分布(下缘应力:
MPa)
(
位于跨中单元9)
4.3.30mPC箱梁存梁阶段累计受力计算成果
存梁28天的养护期,考虑预加力之后的收缩徐变效应后,梁体的累计计算成果如图4.13~图4.14。
图4.1330mPC箱梁施加预应力后累计应力分布(上缘应力:
MPa)
(
位于跨中单元9)
图4.1430mPC箱梁施加预应力后累计应力分布(下缘应力:
MPa)
(
位于跨中单元9)
5.30m箱梁受力计算(架梁阶段)
(1)架桥机空载
架桥机空载时每个轴重155.91kN,共计11个轴。
图5.1架桥机空载行驶在30mPC箱梁上的计算结果(挠度:
mm)
(fmax=6.3mm↓,位于跨中节点9或节点10)
图5.2架桥机空载行驶时30mPC箱梁上下缘应力包络(MPa)
当单元E9获得min/max时的布载方式如图5.3所示。
图5.3架桥机空载行驶时跨中单元E9获得最大值/最小值时的布载方式
(2)架桥机驮梁
架桥机驮梁时每个轴重为526.53kN,共计11个轴。
图5.4架桥机空载行驶在30mPC箱梁上的计算结果(挠度:
mm)
(fmax=21.2mm↓,位于跨中节点9或节点10)
图5.5架桥机空载行驶时30mPC箱梁上、下缘应力包络(MPa)
当单元E9获得min与max应力时的布载方式如图5.6所示。
图5.6架桥机空载行驶时跨中单元E9获得应力最大/最小时的布载方式
(3)架桥机驮梁加载时30mPC箱梁的应力包络计算
把3.3节中存梁阶段梁体翼缘的应力叠加上架桥机驮梁时产生的应力可获得行走时的应力包络图,如图5.7。
图5.730mPC箱梁的应力包络计算
6.30m箱梁受力总结
(1)由前述的梁体受力计算可知:
当架桥机驮梁行走时,30m箱梁全截面受压,应力叠加后最大值发生在正跨中截面单元E9下缘处,应力值为
。
(2)通过应力包络绘制,可知其它梁段的压应力绝对值最大值为
。
(3)从抗裂以及抗压强度两方面考察后可得到:
按改进型的架桥机HYJQJ500T驮梁行走过程中梁体的强度安全能够得到保证。
7.反力计算
7.1.架桥机主要结构组成
HYJQJ型500T架桥机主要由前后2台天车、主梁、1号支腿、行走运输系统(含3号支腿)、2号支腿、电气控制系统、液压系统和动力系统等组成。
图7.1HYJQJ型500T架桥机
7.2.架桥机架梁流程
(1)架桥机准备就序
图7.2架桥机处于待架状态
(2)行走运输机构运梁抵达待架桥位
图7.3行走运输机构运梁
(3)行走运输机构运梁到位并与架桥机对接,行走运输机构下方两根油缸支撑在桥面上、3号支腿根据工况对主梁支撑,两天车准备开始吊梁.
图7.4架桥机准备吊梁
(4)两台天车将梁吊起约200mm高,行走到箱梁安装位置。
图7.5前行
(5)天车行走到位将梁下降到离桥墩垫石约200mm高位置对箱梁安装偏差进行微调,尺寸调整好后前、后起吊天车同步落梁。
图7.6落梁
7.3.架桥机支点与梁体支座受力计算
求解反力有两个目的:
一是为了计算支座垫石的压力大小和评判箱梁支座的局部承压强度;二是为了计算架桥机支点在梁上的压力大小以及评判混凝土的局部承压强度。
为此,考察架桥机架梁全过程,对架桥机支点1,支点2,支点3反力进行计算研究,同时考虑已经架设的梁体1,梁体2支座反力进行计算研究,探讨混凝土局部承压强度的计算问题。
(1)架桥机支点反力以及梁体支座反力计算模型
图7.7架桥过程仿真计算模型
图7.7中自坐标原点已经架设梁片30m预应力混凝土箱梁,编号为梁体1,梁体2。
已经安装好的架桥机如示意图所示,有架桥机支点1,支点2,支点3,分别都有两个支腿。
梁体2上放置运输驮车,未驮梁时,按11轴考虑的轴重每个15.9tonf,参见图式所示。
驮梁时,梁重416tonf,这11轴每个轴重(15.9+37.82)tonf=53.72tonf,架桥机上的起重天车单重25.4tonf,参见上图所示。
梁体的支座编号分别为:
梁体1:
支座5,支座4;梁体2:
支座3,支座2;待架设的梁体3:
支座1,支座2’。
其中,因为梁体3的重量通过起重天车转移到架桥机上,架桥机又通过各处的支点重新分配支点反力,实际上直到梁体3落梁前,支座2’不受力。
桥机支点1直接落在支座1上,所以对支座1的反力计算以及局部承压强度计算可与桥机支点1合并处理。
反力计算的全过程中如下:
1存梁:
预应力钢束张拉完毕并放置梁片(从制梁到架梁周期按60天考虑)
2安装架桥机:
不加驮车荷载
3驮车轴重加载:
175tonf驮车轴重平均分配至11轴
4驮车驮梁加载:
梁重416tonf荷载平均分配至驮车11轴上,叠加轴重。
5吊车点-01~吊车点-19:
天车吊起梁片移动,按所示方向行走,每个间隔如图7.7,7.8中的架桥机主梁1,2,3上的离散节点。
图7.8架桥机起重天车吊车点移动轨迹示意
(从吊车点-01~吊车点-19)
(2)支座5
(2)反力计算
图7.9架梁全过程中支座5反力变化
从反力的变化趋势看:
刚刚吊起梁体后反力最大,RS5=241.7tonf(受压)。
(3)支座4,支座3反力计算
图9.10架梁全过程中支座4,支座3反力变化
从反力的变化趋势看:
驮车驮梁后行走到位,尚未吊起梁体前,支座3的反力最大,RS3=494.9tonf(受压)。
梁体吊起后,架桥机通过支点3重新分配了反力,此时梁体1的支座4反力最大,RS4=460.2tonf(受压)。
(4)支座2反力计算
图7.11架梁全过程中支座2反力变化
从反力的变化趋势看:
吊起梁体后行走到吊车点-09时反力最大,RS2=708.5tonf(受压)。
吊车点-09的加载位置如图7.12,7.13所示,可以看出:
梁体的重心位置差不多接近桥机支点2。
图7.12架梁全过程中吊车点-09的加载图式(3D)
图7.13架梁全过程中吊车点-09的加载图式(平面)
(5)架桥机支点2,支点3反力计算
参见图7.14。
支点2,支点3的反力是单支腿的反力大小。
从反力的变化趋势看:
桥机支点2随天车吊点移动到梁体中心接近支点2时为反力最大,对应工况:
吊车点-09,RMBC2=218.2tonf(受压)。
桥机支点3待刚刚吊起梁体时反力最大,RMBC3=135.0tonf(受压)。
图7.14架梁全过程中架桥机支点2,支点3反力变化
(6)架桥机支点1反力计算
图7.15架梁全过程中架桥机支点1反力变化
支点1的反力是单支腿的反力大小。
从反力的变化趋势看:
桥机支点1随天车吊点移动到最末端时为反力最大,对应工况:
吊车点-19,RMBC1=141.5tonf(受压)。
(7)反力汇总
将以上计算的反力值进行汇总,列表如下:
表7-1支座反力与桥机支点反力最大值(单位:
tonf)
位置
值
支座2
支座3
支座4
支座5
架桥机
支点1
架桥机
支点2
架桥机
支点3
Rmax
708.5
494.9
460.2
241.7
141.5
218.2
135.0
Rmax/4
177.125
123.725
115.05
60.425
/
/
/
(8)局部承压强度计算
1号支腿受力点在墩柱支座垫石上,单个R1最大为R1max=141.5t,对应的支座垫石受力面积为0.5m×0.5m。
2号支腿受力点在靠近墩柱1.2m梁上,单个R2最大为R2max=218.2t,在梁上受力面积为0.7m×0.7m。
3号支腿受力点在靠近墩柱4m梁上,单个R3最大为R3max=135.0t,在梁上受力面积为0.6m×0.6m。
图7.16梁上或墩上支腿示意
表7-2支座反力与桥机支点处局部承压强度计算
位置
值
支座2
支座3
支座4
支座5
架桥机
支点1
架桥机
支点2
架桥机
支点3
反力
(tonf)
177.125
123.725
115.05
60.425
141.5
218.2
135.0
支承面积
(m2)
0.66×0.66
0.66×0.66
0.6×0.66
0.66×0.66
0.5×0.5
0.7×0.7
0.6×0.6
局部承压应力
(MPa)
4.07
2.84
2.64
1.39
5.66
4.45
3.75
安全系数
3.0
4.3
4.6
8.7
2.1
2.7
3.2
其中,当计算局部承压强度时,每个支座由4个0.66m×0.66m的支座垫石支撑。
A型,B型,C型桥墩墩顶构造如图7.17所示。
局部应力计算所得列表如7-2之中。
图7.17A型,B型,C型桥墩墩顶构造(尺寸单位:
mm)
C40混凝土对应的局部承压应力容许值计算如下:
8.局部承压强度总结
(1)所有支座或者架桥机支点的最大单支受力发生在支座2或者架桥机支点2处。
支座2单支最大反力为177tonf,架桥机支点2单支最大反力为218.2tonf。
(2)架桥机支点1处的局部承压应力最大,为5.66MPa。
(3)按混凝土C40考虑,局部承压强度安全系数从2.1~8.7。
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