贵广主跨80m挂篮计算复核书.doc

目 录 1 工程概况 1 2 设计依据 1 3 基本设计参数 1 4 箱梁挂篮悬浇设计荷载及组合 2 4 1 悬浇挂篮结构 2 4 2 荷载计算 2 4 3 荷载组合 4 5 挂篮计算 4 5 1 1 块计算 4 5 2 4 块计算 6 6 3 挂篮构件受力验算 9 6 挂篮行走计算 12 6 1 工况计算 12 6 2 行走时挂篮构件受力验算 15 7 连接结构验算 16 7 1 主桁杆件端部强度的计算 16 7 1 1 局部挤压强度的计算 16 7 1 2 拉伸强度的计算 17 7 1 3 剪切强度的计算 17 7 1 4 销子强度的计算 17 7 2 节点板强度的计算 17 7 2 1 剪切强度的计算 17 8 2 2 顶口抗压强度的计算 18 8 计算结果分析 18 9 挂篮荷载试验 18 挂篮设计计算书 1 工程概况 根据图纸要求该挂篮能满足铁路 80m 连续梁的浇筑要求 为此在设计主承重结 构中 其构造尺寸和受力性能满足 80m 的悬浇要求 2 设计依据 1 现浇预应力混凝土连续梁施工图 2 公路桥涵施工技术规范 JTJ041 2000 3 钢结构设计规范 GBJ17 88 4 路桥施工计算手册 5 桥梁工程 结构力学 材料力学 6 机械设计手册 3 基本设计参数 1 贵广铁路 48 65 2 80 44 85 挂篮悬浇箱梁为变高度预应力混凝土箱梁 箱梁宽度沿桥轴线为等截面 箱梁自重根据设计混凝土方量计算 混凝土自重 G 砼 26kN m3 弹性模量 E 钢 2 1 105MPa 2 材料允许应力 根据我国行业标准 对于 Q235 材料 85MPa 140MPa 对于临时结构 挂篮次要部位 包括模板 连接系 模板滑梁 容许应力可 提高 30 材料容许应力 85 1 3 110MPaMPa 140 1 3 182MPa 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 电算程序采用美国 CSI 公司的 Sap2000 V10 专业结构设计软件 计算中考虑到各种系数如下 考虑箱梁混凝土浇注时膨胀等的超载系数 1 05 新浇混凝土等自重系数 1 1 挂篮空载行走时冲击系数 1 3 施工人员及机具荷载系数 1 0 倾倒混凝土时产生的冲击荷载分项系数 1 0 振捣混凝土时产生的竖向荷载分项系数 1 0 浇注混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数 2 0 4 施工阶段抗风设计的基本风速取 V10 13 8m s 六级风速 挂篮结构设计按 该值进行计算 5 施工期间 在浇筑箱梁混凝土前 注意气象情况预报 应避开在超出设计条 件的气象情况下进行施工 4 箱梁挂篮悬浇设计荷载及组合 4 1 悬浇挂篮结构 挂篮为菱形挂篮 主桁杆件由 2 32b 槽钢组成 槽钢两侧各贴一块钢板形成箱 形截面杆件 各杆之间通过节点板及材质 45 钢的销子连接 前上横梁由 2I45a 型钢 组成 后锚梁由 2I40a 型钢组成 底篮前后托梁由 2 40a 普通热轧槽钢组成 底篮纵 梁为 I32a 模板重量和浇筑混凝土阶段混凝土的重量由挂篮前吊杆和后吊杆承担 前 后吊杆均采用 32mm 精轧螺纹钢筋 通过上部分配梁将底篮悬吊 浇注混凝 土时 为了平衡前吊点产生的倾覆力矩 通过一组穿过箱梁顶板的锚筋锚固 挂篮 移动时由反扣在工字钢轨道上的行走小车来平衡倾覆力矩 底模后吊由挂篮顶端中 部移篮横梁两端悬吊的钢丝绳及手动葫芦承担 挂篮共重 50 91t 箱梁最重节段为 1 节段 重量为 139 123t 长 2 7m 挂篮质 量与箱梁块段重之比 挂篮工作系数 50 91 139 123 0 36 4 2 荷载计算 1 箱梁恒载 预应力钢筋混凝土自重每方按 26kN 计算 梁高及底板厚按二次抛物线变化 最重节段为 1 块 长 2 7m 重量为 139 123t 最长节段为 4 节段 长 3 5m 重 134 013t 2 人员 施工机具设备及材料堆载等施工荷载 按 1 0kPa 控制设计 按标准断面计算 刚度计算时不计 模板面板及加劲肋计 算时取 2 5kPa 3 振捣混凝土时产生的水平荷载 倾倒混凝土时产生的冲击荷载取 1 0kPa 控制设计 刚度计算时不计 4 倾倒混凝土时产生的竖向荷载 振捣混凝土时产生的荷载取 2 0kPa 控制设计 仅作为水平荷载在分析侧模强度 时作用于侧模 5 混凝土偏载 箱梁两侧腹板浇注的混凝土最大偏差取腹板重量的 20 控制验算 7 风荷载 根据 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 计算风荷载标准值 2013 7518240 91 46 dWk KNm 0 53 纵梁 立柱及前后斜撑 32 18 whqW 2510 4381 7 04 dVk s 305 51 0 196 27 2 7 mKNeeeZ 式中 风荷载标准 KN whF 设计基准风压 KN m2 dW 迎风面积 m 2 纵梁 6 6m2 前斜撑及立柱 16m2 斜撑及平联 6 54 whA m2 桥梁所在地区的设计基本风速 m s 当风力大于 6 级时停止吊装 610V 级风的最大风速为 13 8m s 高度 Z 处的设计基准风速 m s d 距地面或水面的高度 取 45m 空气重力密度 KN m 3 设计风速重现期换算系数 对于施工架设期桥梁取 0 75 ok 地形 地理条件系数 按 公路桥梁设计通用规范 中表 4 3 7 1 取3 1 00 阵风风速系数 取 1 38 5k 考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数 可按 公路桥2 梁设计通用规范 中表 4 3 7 3 取 1 42 风载阻力系数 取 1 824 公路桥梁设计通用规范 中表 4 3 7 1k 4 4 3 7 6 遮挡系数 0 924 重力加速度 取 9 81m s2 g 4 3 荷载组合 挂篮设计荷载包括 箱梁恒载 超载 挂篮自重 施工荷载 风荷载 风速超 过设计条件时停止施工 荷载组合如下 荷载组合 混凝土重量 动力附加荷载 超载 混凝土偏载 挂篮自重 人群和 机具荷载 荷载组合 挂篮自重 冲击附加荷载 其中荷载组合 用于主桁承重系统强度 刚度和稳定性计算 荷载组合 用于挂篮行走计算 5 挂篮计算 梁箱梁最重的为 1 块段 2 7m 最长的为 4 块段 3 5m 采用计算软件 sap2000 建立计算模型对浇筑这两个块段时进行模拟 5 1 1 块计算 在该工况下 SAP2000 的计算模型加载如图 5 1 所示 受力如图 5 2 5 4 所示 各杆件受力的计算结果如表 5 1 所示 图 5 1 模型加载图 图 5 2 轴力图 图 5 3 弯矩图 图 5 4 剪力图 表 5 1 荷载组合 杆件受力 2 7m 节段 名称 最大拉 压 力 kN 最大弯矩 kN m 最大 剪力 kN 备注 后锚点 325 7 前吊点 前斜杆 583 76 5 79 3 92 2 32a 水平杆 491 82 3 68 4 25 2 32a 后斜杆 602 81 4 85 3 53 2 32a 上弦杆 491 82 4 51 3 97 2 32a 中立杆 363 72 2 32a 主桁 前上横梁 119 32 158 26 2I45a 前托梁 68 73 94 85 2I40a 后托梁 98 94 227 42 2I40a底篮 纵梁 76 74 83 37 I32b 前吊杆 119 92 32 后吊杆 358 37 32悬吊系统 滑梁 83 17 83 92 2 32a 5 2 4 块计算 在该工况下 SAP2000 的计算模型如图 5 5 所示 受力如图 5 6 5 8 所示 各杆 件受力的计算结果见下表 5 2 所示 其中吊杆位移为吊杆伸长量 图 5 5 模型加载图 图 5 6 轴力图 图 5 7 弯矩图 图 5 8 剪力图 表 5 2 荷载组合 杆件受力 3 5m 节段 名称 最大拉 压 力 kN 最大弯矩 kN m 最大 剪力 kN 备注 后锚点 385 42 前吊杆 前斜杆 684 57 5 79 3 92 2 32a 水平杆 577 12 3 68 4 25 2 32a 后斜杆 706 94 4 85 3 53 2 32a 上弦杆 577 12 4 51 3 97 2 32a 中立杆 423 43 2 32a 主桁 前上横梁 142 32 188 84 2I45a 前托梁 90 57 107 14 2I40a 后托梁 71 96 178 14 2I40a底篮 纵梁 72 23 63 87 I32b 前吊杆 139 81 32 后吊杆 299 67 32悬吊系统 滑梁 88 36 78 2 2 32a 5 3 挂篮构件受力验算 通过以上计算 挂篮各杆件的最大受力汇总于表 6 3 中 表 6 3 杆件最大受力情况 名称 最大拉 压 力 kN 最大弯矩 kN m 最大 剪力 kN 备注 后锚点 385 42 前吊杆 前斜杆 684 57 5 79 3 92 2 32a 水平杆 577 12 3 68 4 25 2 32a 后斜杆 706 94 4 85 3 53 2 32a 上弦杆 577 12 4 51 3 97 2 32a 中立杆 423 43 2 32a 主桁 前上横梁 142 32 188 84 2I45a 前托梁 90 57 107 14 2I40a 后托梁 98 94 227 42 2I40a底篮 纵梁 76 74 83 37 I32b 前吊杆 139 81 32 后吊杆 358 37 32悬吊系统 滑梁 88 36 83 92 2 32a 对挂篮各受力构件进行强度验算 1 单侧后锚固点计算 负号表示反力方向向下 后锚点设 2 根 精轧螺纹钢 则385 42kNR 锚 固 3 倾覆安全系数为 70Fs 6 0385 42 2 主桁前斜杆验算 主桁前斜杆由 2 32a 槽钢组焊而成 上下贴 10mm 的钢板 宽 300mm 材质为 Q235b L 4 72m A 15572 69 mm2 W 1830 13cm 3 前斜杆承受压力 N 684 57kN 弯矩 M 5 79kN m 前斜杆强度验算 max N A M W 47 12MPa 182MPa 满足要求 稳定验算 14 35mi 3 9Li 受压杆件的稳定系数 0 893 182MPa 满足要求 max52 39MPaNAW 3 主桁水平杆验算 主桁水平杆由 2 32a 槽钢组焊而成 上下贴 10mm 的钢板 宽 300mm 材质为 Q235b L 5 56m A 15572 69 mm2 W 1830 13cm 3 水平杆承受压力 N 577 12kN 弯矩 M 3 68kN m 水平杆强度验算 max N A M W 39 07MPa 182MPa 满足要求 稳定验算 14 35mi 39 Li 受压杆件的稳定系数 0 88 182MPa 满足要求 max4 12MPaNAW 4 主桁后斜杆验算 主桁后斜杆由 2 32a 槽钢组焊而成 上下贴 10mm 的钢板 宽 300mm 材质为 Q235b L 4 4m A 15572 69 mm2 W 1830 13cm 3 后斜杆承受拉力 N 706 94kN 弯矩 M 4 85kN m 后斜杆强度验算 max N A M W 48 05MPa 182MPa 满足要求 5 主桁上弦杆验算 主桁上弦杆由 2 32a 槽钢组焊而成 上下贴 10mm 的钢板 宽 300mm 材质为 Q235b L 6 4m A 15572 69 mm2 W 1830 13cm 3 上弦杆承受拉力 N 577 12kN 弯矩 M 4 51kN m 上弦杆强度验算 max N A M W 39 52MPa 182MPa 满足要求 6 中立杆验算 中立杆由 2 32a 槽钢组焊而成 上下贴 10mm 的钢板 宽 300mm 材质为 Q235b L 2 79m A 15572 69 mm 2 承受压力 N 423 43kN 强度验算 N A 27 19MPa 182Mpa 满足要求 稳定验算 查表得受压杆件的稳定系数14 35mi 19 74Li 0 933 满足要求 maxN29 14MPaA 7 前上横梁 前顶横梁由 2I45a 型钢组成 上下贴 10mm 钢板 截面特性为 A 20244 89mm2 W 2822 43cm 3 d 23mm 前顶横梁承受剪I 85 1mxS 力 Q 188 84kN 弯矩 M 142 32kN m 前顶横梁强度验算 max M W 50 42MPa 满足要求 满足要求 xQS21 3MPaId 8 前 后托梁 前 后托梁由 2I40a 槽钢组成 上下贴 10mm 钢板 截面特性为 A 17013 85 mm2 W 2138 79cm 3 d 21mm 承受剪力 Q 227 42kN 弯矩I 43 78mxS M 98 94kN m 强度验算 max M W 46 26MPa 满足要求 xQS31 5MPaId 9 纵梁 纵梁由 I32b 槽钢组成 截面特性为 A 6627 9mm 2 W 681 88cm 3 d 9 5mm 纵梁承受剪力 Q 83 37kN 弯矩 M 76 74kN m I 276 5mxS 纵梁强度验算 max M W 112 54MPa 满足要求 满足要求 xQS31 74MPaId 10 吊杆 吊杆为直径 32 的精轧螺纹钢进 由计算知 浇注 1 块时 后吊杆拉力最大 为 358 37KN 此时吊杆的拉应力 N A 358370 804 25 445 59Mpa 700Mpa 11 滑梁 纵梁由 2 32a 槽钢组成 上下贴 10mm 钢板 截面特性为 A 9572 69mm2 W 923 26cm 3 d 16mm 纵梁承受剪力I 270mxS Q 83 92kN 弯矩 M 88 36kN m 滑梁强度验算 max M W 95 7MPa 满足要求 满足要求 xQS19 43MPaId 6 挂篮行走计算 6 1 工况计算 在挂篮行走过程中 风速对挂篮构件受力会有一定的影响 工况 挂篮自重 横向风载 模板重 加载情况如图 6 1 所示 受力情况如图 6 2 6 4 所示 图 6 1 模型加载图 图 6 2 轴力图 图 6 3 弯矩图 图 6 4 剪力图 表 6 1 杆件受力 名称 最大拉 压 力 kN 最大弯矩 kN m 最大 剪力 kN 备注 后锚点 76 44 前斜杆 158 53 5 79 3 92 2 32a 水平杆 132 04 3 68 4 25 2 32a 后斜杆 167 85 4 85 3 53 2 32a 上弦杆 131 89 4 51 3 97 2 32a 中立杆 113 07 2 32a 主桁 前上横梁 31 29 35 77 2I45a 前托梁 12 65 3 45 2I40a 后托梁 37 65 29 84 2I40a底篮 纵梁 5 32 4 25 I32b 前吊杆 24 55 32 钢绳 43 23 悬吊系统 滑梁 8 18 6 55 2 32a 6 2 行走时挂篮构件受力验算 挂篮行走时挂篮各构件受力情况如表 6 1 所示 由上表可以看出挂篮在行走时 菱形主桁 前顶横梁 前 后托梁 纵梁 滑 梁 吊杆受力均小于箱梁浇筑时 后锚点受力也远小于浇筑时受力 以下对主桁侧 吊架系统受力进行验算 1 行走时后锚计算 行走时 移篮轨道的力由锚固轨道的钢筋来承担 行走时 后锚点受力为 76 44KN 按 4 倍的安全系数 7640 1 3 建议用 4 根直径 25 的钢筋锚固移篮轨道 2 行走时轨道局部验算 轨道采用 2I25a 组焊而成 上面贴 10mm 的钢板 在轮压集中力 P 作用下 普 通工字钢轨梁在腹板根部点 1 和 2 见图 6 5 的局部应力可分别为 点 1 12yykpt 112xxkpt 点 2 2xxt 图 6 5 轨道横断面图 单个轨道上一个轮压值为 取 1 38 取76 4 19 PMPa 1 2 1 25 a c 0 72 可查表得 0 47 1 55 1 70 取 23mm 1xkyykt 根据公式可得 1 38 1 55 19110 232 77 27MPa 182MPay 1 38 0 47 19110 232 23 43MPa 182MPa1x 1 25 1 70 19110 232 76 76MPa8 满足 8 倍安全系数要求 7 连接结构验算 7 1 主桁杆件端部强度的计算 7 1 1 局部挤压强度的计算 主桁中立柱 主梁端部组焊件结构形式基本相同 内侧贴焊 20mm 的 Q235b 钢 板 故节点处的局部承压采用其中最不利受力进行计算 前斜杆局部受最大压力 684 57kN 节点处杆件截面见图 7 1 所示 计算中以 Q235 钢控制 图 7 1 主桁局部受压截面 满足要求 bsF6845701 MPa 20PaA92 7 1 2 拉伸强度的计算 主桁杆件端部因销孔的存在而使该断面的截面积减小 导致受力不利 局部加 强后拉伸强度的计算如下 计算中选用该处受力最大的主桁杆件 后斜杆 F 706 94kN 则 满足要求 F706942 57MPa 18A2381 7 1 3 剪切强度的计算 该计算中主桁后斜杆受力最为不利 以下计算采用后斜杆受力的最大值进行计 算 Fs 706 94kN 销孔边缘距拉杆端点最近距离为 179 5mm 依此面按 Q235b 钢进 行抗剪计算 则 满足要求 sF70694 3MPaA281 5 7 1 4 销子强度的计算 主桁构件中 后斜杆的销子受力最为不利 销子直径为 120mm 根据结构受 力插销为双剪 受最大剪力 Fs 706 94kN 故 585MPa 满足要求 s 2F70694 31 5MPaA3 15 7 2 节点板强度的计算 节点板材料采用 Q235b 钢 取其技术参数为 182Paw 10MPa 20MPabs 7 2 1 剪切强度的计算 后斜杆处的节点板受力最不利 Fs 706 94kN 销孔边缘距节点板端部最近距离 为 179 5mm 依此面进行剪切强度的计算 则 sF70694 2 61MPaA1 5 7 2 2 顶口抗压强度的计算 节点板局部挤压强度的计算采用其中最不利受力状态 Fs 706 94kN 销孔直 径 121 厚度 40mm 则 200MPa 满足要求 FN70694 21 85PaAd bs 8 计算结果分析 1 通过计算可以结果得出 此挂篮各部分构件均可满足受力要求 主桁 底篮 刚度均可满足规范要求 且具有较大的安全储备 2 图纸中后支座与轨道的连接物滚轮 挂篮行走时会产生很大的摩擦 上述计 算中加入了滚轮 建议实施中采用此种方式 在行走时 车轮中心位置越靠近轨道腹板 轨道型钢翼缘受力越有利 因此 在挂篮行走时 要保证小车的行走位置 不要偏移 3 挂篮行走时 手拉葫芦可以换成 2 个 10t 钢丝绳建议选用直径 26 的 4 请增加 腹板下的纵梁弯应力力相对较大 满足规范应力要求 挂篮加工 时应注意安装精度 保证均匀受力 同时注意不得损伤截面 9 挂篮荷载试验 为了保证挂篮系统的安全性 在进行箱梁混凝土浇注之前 须在超重情况下逐 级进行挂篮荷载的预压试验 设置挂篮施工的预拱度 预压可采用沙袋 水带或钢筋堆载的方式进行 加载的位置应与箱梁结构相对 应 腹板 底板和翼板位置处加载应不同 加载时严格观测 并记录观测数据 加 载时采取逐次增重的方法 按设计重量的 80 100 和 110 逐级加载 严禁一次 加载至 110 挂篮施工的预拱度的确定除了需要挂篮预压时的测量数据外 还需在每段的施 工前后对箱梁进行多次的沉降观测来提供数据 主要是箱梁浇注后 挂篮移位前 挂篮移位后 张拉前 张拉后等几次的沉降观测 自 0 块浇注完成后便开始此过 程直至箱梁合拢完成 每次沉降观测完成后及时提供数据以便确定下一段模板调整 的预拱度