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挂篮荷载计算讲解
XXX2013年农桥改造工程项目
XXX
贝雷挂篮计算书
第1章设计计算说明1
1.1设计依据1
1.2工程概况1
1.3挂篮设计2
1.3.1主要技术参数2
1.3.2挂篮构造2
1.3.3挂篮计算设计荷载及组合3
1.3.4内力符号规定4
第2章挂篮底篮及吊杆计算5
2.11#块段重量作用下底篮各项指标计算5
2.1.1腹板下面加强纵梁的计算5
1.2底板下普通纵梁的计算8
2.1.3底篮后横梁受力验算10
2.1.4挂篮前上横梁受力验算12
2.1.5吊带(或精轧螺纹钢)计算16
第3章挂篮主桁计算17
3.1荷载组合I(混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载)17
3.1.1荷载计算17
3.1.2荷载组合I作用下主桁计算17
3.2荷载组合II(混凝土重量+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群和机具荷载)20
3.2.1荷载计算20
3.3荷载组合III(混凝土重量+超载+挂篮自重+人群和机具荷载)24
3.3.1荷载计算24
3.4荷载组合IV(挂篮自重+冲击荷载)24
3.4.1荷载计算24
3.5悬臂端挠度计算25
第4章挂篮支点反力计算25
4.1.1作用荷载25
4.2混凝土作用下挂篮支点反力27
第1章设计计算说明
1.1设计依据
①、
②、《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011;
③、《钢结构设计规范》GB50017-2003;
④、《路桥施工计算手册》;
⑤、《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》;
⑥、其他相关规范手册。
1.2工程概况
XXXXXXXXX跨越XXX,主桥桥跨组成为35+55+35m的变截面单箱单室连续梁,采用垂直腹板。
箱梁顶宽8m,底宽4.5m,翼缘板长1.75m,支点处梁高3.2m,跨中、桥台支点处梁高1.8m,梁高及底板厚按二次抛物线变化。
箱梁顶板厚28cm,底板厚度由梁端和跨中的28cm渐变至桥墩横隔板处的55cm;腹板厚度跨中为45cm,渐变至桥墩处为65cm,在端支点、中支点共设4道横隔梁,在中跨跨中设40cm横隔板。
横桥向箱梁顶、底板均保持平行,桥面横坡由顶、底板斜置形成。
主梁悬臂施工,悬臂浇筑单个梁段长3.0~3.5m,边跨支架现浇段长6.5m,中、边跨合拢段长2m。
箱梁0#块梁段长度为9m,挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为1#块,其重量为57.46t。
根据施工现场实际情况及我公司现有设备,该桥箱梁悬臂浇注拟采用贝雷梁挂篮进行施工。
XXX箱梁悬臂浇注段采用贝雷挂篮施工其各块段基本情况如下表1-1所示。
表1-1各梁段基本情况
名称
砼(m3)
重量(吨)
长度(m)
高度(cm)
底板厚(cm)
腹板(cm)
顶板(cm)
1#块
22.1
57.46
3.0
2.892
50.6
70
28
2#块
20.7
53.82
3.0
2.639
45.4
70
28
3#块
19.01
49.43
3.0
2.416
40.8
70
28
4#块
17.1
44.46
3.0
222.4
36.8
60
28
5#块
15.92
41.39
3.0
206.4
33.5
50
28
6#块
17.93
46.62
3.5
193.9
30.9
50
28
7#块
17.53
45.58
3.5
184.1
28.8
50
28
8#块
9.95
25.87
2
180
28
50
28
1.3挂篮设计
1.3.1主要技术参数
①、砼自重GC=26kN/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
挂篮为贝雷梁挂篮,桁片由321军用贝雷片组成,每道桁片采用双排单层贝雷梁,梁长12m,前上横梁由2I56B工字钢组成,底篮前下横梁由2[40普通槽钢组成,底篮后下横梁由2[40普通槽钢组成,底篮腹板下加强纵梁为由I25普通热轧工字钢组成,底篮底板纵梁为I25普通热轧工字钢,吊杆采用φ32精轧螺纹钢。
主桁系统9.6t。
行走系统2.1t,底篮8.2t,前提升系统5.7t,外模7.6t、底模2.4t、内模1t,张拉操作平台及端模1.5t。
整个挂篮系统重36.6t,自重与载荷比为(以1#为例)0.66:
1。
挂篮示意图如下:
1.3.3挂篮计算设计荷载及组合
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:
1.8;
挂篮正常使用时采用的安全系数为1.2。
②、作用于挂篮主桁的荷载
箱梁荷载:
箱梁荷载取1#块计算。
4#块段长度为3.0m,重量为57.46t;
施工机具及人群荷载:
2.5kPa;
挂篮自重:
38.1t;
混凝土偏载:
箱梁两侧腹板浇筑最大偏差取5m3混凝土,重量13t。
③、荷载组合
荷载组合I:
混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重人群和机具荷载;
荷载组合II:
混凝土重量+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群和机具荷载;
荷载组合III:
混凝土重量+超载+挂篮自重+人群和机具荷载;
荷载组合IV:
挂篮自重+冲击附加荷载;
荷载组合I、II用于主桁承重系统强度和稳定性计算;荷载III用于刚度计算(稳定变形)计算;荷载组合IV用于挂篮系统行走计算。
1.3.4内力符号规定
轴力:
拉力为正,压力为负;
应力:
拉应力为正,压应力为负;
其它内力规定同结构力学的规定。
第2章挂篮底篮及吊杆计算
挂篮底篮计算荷载:
箱梁荷载:
取1#块计算,1#块梁段长度为3.0m,重量为57.46t,施工机具及人群荷载;2.5×103KN/m2。
2.11#块段重量作用下底篮各项指标计算
1#块段长度为3.0m,重量为57.46t,恒载分项系数K1=1.2;活载分项系数K2=1.4。
各项参数情况如下表:
项目
1#块(300cm)
1
模板单位荷载
Kg/m2
250
2
纵梁单位荷载
Kg/m
42.03
3
底板砼单位理论荷载
Kg/m2
(0.506+0.454)*2600/2=1248
4
单侧腹板单位荷载
Kg/m2
(2.892+2.639)*2600/2=7190.3
5
(4*1.05+1)*恒载分项系数1.2
Kg/m2
(7190.3*1.05+250)*1.2=9359.8
6
人群、机具荷载
Kg/m2
250
7
腹板荷载取值Qf
Kg/m2
Qf=5+6*1.4=9359.8+250*1.4=9709.8
8
底板荷载取值(顶板砼荷载通过内支架传递于底板)Qd
Kg/m2
Qd=(1248+0.28*2600)*1.2=2371.2
2.1.1腹板下面加强纵梁的计算
箱梁梁段两端高度分别为2.892m和2.639m,腹板宽度为0.65m,则腹板单位荷载q=97.1*.65=63.1KN/m:
标题:
腹板下纵梁
内力计算
杆端内力值(乘子=1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端1杆端2
----------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
10.00000000105.1666660.000000000.00000000105.16666652.5833333
20.00000000105.16666652.58333330.00000000-84.133333384.1333333
30.00000000-84.133333384.13333330.00000000-84.13333330.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
反力计算
约束反力值(乘子=1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力合力
支座----------------------------------------------------------------------------------
结点水平竖直力矩大小角度力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
10.00000000105.1666660.00000000105.16666690.00000000.00000000
40.0000000084.13333330.0000000084.133333390.00000000.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
加强纵梁(箱梁腹板正下方)强度计算(采用25#b型工钢):
WX=423CM3IX=5280CM4,
其受力示意图如图示:
跨中最大弯矩M=139.7KN.m
σ=M/w=139700/423=330.3mpa,330.3/140=2.4,则腹板下需两根I25工字钢,
即:
330.3Mpa〈420Mpa
加强型纵梁(腹板正下方)刚度计算:
纵梁为4.5米,外伸端0.5米,为张拉平台,取4米中间弯距最大处。
F=5ql^4/(384EJ)=10.1mm 1.2底板下普通纵梁的计算 ①计算普通纵梁强度 计算混凝土高度按腹板内边的底板厚度0.454~0.506m,顶板厚度0.28,顶板砼荷载通过内支撑传递至底板模板,底板宽3.2m,则底板砼单位荷载: Qd=23.71KN/m2,底板有效宽度线荷载为: QD=75.9KN/m,受力情况如下图表: 标题: 底板下纵梁 内力计算 杆端内力值(乘子=1) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端1杆端2 ---------------------------------------------------------------------------------- 单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 10.00000000126.5000000.000000000.00000000126.50000063.2500000 20.00000000126.50000063.25000000.00000000-101.200000101.200000 30.00000000-101.200000101.2000000.00000000-101.2000000.00000000 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 反力计算 约束反力值(乘子=1) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 结点约束反力合力 支座---------------------------------------------------------------------------------- 结点水平竖直力矩大小角度力矩 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 10.00000000126.5000000.00000000126.50000090.00000000.00000000 40.00000000101.2000000.00000000101.20000090.00000000.00000000 ----------------------------------------------------------------------------------------------- M=167.99KN.m σ=M/w=167990/423=397.1mpa,397.1/140=2.84,即取: 3根25工字钢,底板宽度: 3.2m,为方便布设,底板下可设5根纵梁,间距为0.8m。 F=5ql^4/(384EJ)=7.2mm 2.1.3底篮后横梁受力验算 1#块箱梁横断面计算如图2-3所示,图中尺寸以米计。 模板、支架按2.5kN/m2计,人群及机具荷载按2.5kN/m2计,倾倒和振捣混凝土荷载均按2.0kN/m2计,1#块长度为3.0m,前、后横梁均采取40槽钢对口两边用1cm钢板焊接,但由于后横梁处荷载大于前横梁,则取后横梁验算,如满足要求,则前横梁也满足要求。 则后横梁腹板(65cm)部位承载q=(97.1+2.5*1.2+2*1.4)*3/2=151.4KN/m,底板(320cm)部位承载q=(23.7+2.5*1.2+2*1.4)*3/2=44.3KN/m,受力示意图如下: 图2-3底篮后横梁受力示意图 标题: 后横梁 内力计算 杆端内力值(乘子=1) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端1杆端2 ---------------------------------------------------------------------------------- 单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 10.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000 20.0000000055.88207260.000000000.0000000055.882072616.7646217 30.0000000055.882072616.76462170.00000000-42.527927321.1047190 40.00000000-42.527927321.10471900.00000000-73.5379273-19.5183301 50.0000000039.8700000-19.51833010.00000000-39.8700000-19.5183301 60.0000000073.5379273-19.51833010.0000000042.527927321.1047190 70.0000000042.527927321.10471900.00000000-55.882072616.7646217 80.00000000-55.882072616.76462170.00000000-55.88207260.00000000 90.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.00000000 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 反力计算 约束反力值(乘子=1) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 结点约束反力合力 支座---------------------------------------------------------------------------------- 结点水平竖直力矩大小角度力矩 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 20.0000000055.88207260.0000000055.882072690.00000000.00000000 50.00000000113.4079270.00000000113.40792790.00000000.00000000 60.00000000113.4079270.00000000113.40792790.00000000.00000000 90.0000000055.88207260.0000000055.882072690.00000000.00000000 ----------------------------------------------------------------------------------------------- (a)底篮后横梁剪力图 由上述计算结果可知,荷载作用下,后横梁最大弯矩为: M=27.04kNm;最大剪力为Q=73.54kN;,四个吊杆反力为55.9kN、113.4kN,113.4kN、55.9kN。 底篮后横梁采用两片40槽钢对口焊接,其截面特性参数为: 从而可以得到其应力为: σ=M/W=27040/1846=14.6Mpa<[σ]=145Mpa(满足要求) τ=QS/It=73540*1422/(37200*12.5*10)=22.5Mpa<[τ]=85Mpa f=5ql^4/(384EJ)=5*151.4*1650^4/384*210000*37200=0.2mm 腹板位置跨中最大挠度为0.2mm 由上述计算可知,底篮后横梁满足应力强度和变形要求。 由于底篮前横梁计算过程与上述一致,前横梁与后横梁采取同样型钢一样组合,且其荷载小于后横梁,则前横梁也应满足要求。 2.1.4挂篮前上横梁受力验算 挂篮上横梁采用两片56工字钢焊接,中间穿精扎螺纹钢吊杆,图示1: 其各项参数如下: 截面积: A=293cm2WX=4893cm3S=2894.4cm3IX=137006cm4 (应为1#块)其荷载为: 1#块恒定荷载574.6KN模板荷载为: 2.5KN/m2,活动荷载为: 2.5KN/m2前上横梁取恒定与活动总荷载的50%。 根据前述下横梁的计算,箱梁腹板及底板对四根吊杆产生的反力分别为四个吊杆反力为55.9kN、113.4kN,113.4kN、55.9kN。 吊杆同时对上横梁施加相同的集中力,同时每个集中力需加上底横梁重的1/4,即65.19*9*2*1.2/4=352kg(3.5Kn),每侧翼缘通过两根吊杆对上根梁产生集中力为: (单根吊杆) [((0.2+.45)/2*1.75*3*26+2.5*1.75*3)*1.2+4.5*1.75*3*1.4]/2/2=25.6KN 上横梁自重均布荷载为2.3*1.2=2.76KN/m前上横梁受力分析如下: 图1: 弯距图 图2: 剪力图 标题: 前上横梁 内力计算 杆端内力值(乘子=1) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端1杆端2 ---------------------------------------------------------------------------------- 单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 10.000000000.000000000.000000000.00000000-1.65600000-0.49680000 20.00000000-27.2560000-0.496800000.00000000-30.9820000-39.8074500 30.00000000-56.5820000-39.80745000.00000000-57.1340000-51.1790500 40.00000000-116.534000-51.17905000.00000000-117.707000-100.955262 50.00000000122.213000-100.9552620.00000000119.38400022.8632000 60.000000002.4840000022.863200
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