32+48+32挂篮计算书.docx

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32+48+32挂篮计算书

第1章设计计算说明

1.1设计依据

①、新建铁路田师府至桓仁铁路连续梁施工图；

②、《铁路桥梁工程施工技术规范》；

③、《钢结构设计规范》GB50017-2003；

④、《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2--2005；

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

本主桥为田师府至桓仁铁路连续梁，主桥桥跨组成为32+48+32m的单箱单室连续梁。

箱梁顶宽12.1m，翼缘板长2.6m，支点处梁高3.5m，跨中梁高2.5m，梁底按圆曲线变化，圆曲线半径242.5m。

腹板厚60cm至90cm折线变化，底板厚度为35cm至80cm按直线线性变化，顶板厚度为40cm。

箱梁0#块梁段长度为12m，合拢段长度为2.0m,边跨直线段长度为7.6m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为12#、21#、30#、39#块，其重量为110.89吨。

该特大桥箱梁悬臂浇注段采用菱形挂篮施工。

施工荷载：

施工挂篮、机具、人群等按700KN计。

1.3挂篮设计

1.3.1主要技术参数

①、钢弹性模量Es＝2.1×105MPa；

②、材料强度设计值：

Q235钢厚度或直径≤16mm，f=215N/mm2，fV=125N/mm2

厚度或直径>16～40mm，f=205N/mm2，fV=120N/mm2

Q345钢厚度或直径≤16mm，f=310N/mm2，fV=180N/mm2

厚度或直径>16～40mm，f=295N/mm2，fV=170N/mm2

高强精轧螺纹钢φ25㎜（PSB785），极限强度f=980Mpa，屈服强度fV=785Mpa；

张拉千斤顶为：

YC60A型千斤顶；

1.3.2挂篮构造

挂篮为菱形挂篮，菱形桁片由2[28a#普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成，前横梁由2I36a#普通工字钢组成，底篮前托梁由2[32b#普通热轧槽钢组成，底篮后托梁由2[32b#普通热轧槽钢组成，底篮腹板下纵梁为H350普通H型钢，吊杆采用φ32精轧螺纹钢。

主桁系统重10.37t、前横梁2.86t，行走系统重4.92t、底篮13.37t、侧模及底模重11.0t、内模系统重3.6t、端模重0.5t（估算），后连杆、滑梁、吊杆及其他吊具重6.25t，整个挂篮系统重52.87t（理论计算重量）。

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1.5；

浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：

2.0。

②、作用于挂篮主桁的荷载

箱梁荷载：

箱梁荷载取2#块计算。

1#块段长度为3.45m，重量为107t；

施工机具及人群荷载：

3.0kN/m2；

挂篮自重（不含行走及主桁架系统）：

37.58t；

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：

挂篮自重+冲击附加荷载；

荷载组合Ⅰ用于主桁承重系统强度和稳定性计算，荷载组合Ⅱ用于挂篮系统行走算。

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（第二节段最重块计算）

2.12#块重量作用下底篮各项计算指标

12#块梁段长度为3.5m，重量为110.89t，施工机具及人群荷载3.0kPa，恒载分项系数K1=1.2；活载分项系数K2=1.4。

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2.773m和2.964m，加强纵梁间腹板宽0.9m（每边由4片加强纵梁承受），加强纵梁间距为0.2m，

腹板处混凝土荷载为：

模板重量按1.46kN/m2计，模板荷载为：

人群及机具荷载为：

倾倒和振捣混凝土产生的荷载；

第12#块两端混凝土线性荷载分别为q11，q12：

图2-1（12#块简图）

图2-2（12#块弯矩图）

以12#块计算应力为：

＜f=160N/mm2,满足要求。

根据上述模型计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为：

＞4915/400=12.3mm，纵梁变形已超出近变形允许值，设计中该纵梁在长度方向上均布设加劲板，加强整体刚度，故变形能满足整体变形要求。

2.1.2底板下普通纵梁的计算

①计算普通纵梁强度

计算混凝土厚度0.6m，底板荷载由5根普通纵梁承受。

混凝土荷载：

模板重量按0.9kN/m2计，模板荷载为：

人群及机具荷载：

倾倒和振捣混凝土产生的荷载：

普通纵梁上的均布荷载为：

每根普通纵梁上的均布荷载为：

计算模型如图2-3所示：

跨中弯矩为

图2-3（简图）

图2-4（弯矩图）

，满足要求。

普通纵梁最大变形为：

<4915/400=12.3mm，普通纵梁的变形已超出控制范围内，不满足整体变形要求，所以要求纵梁加加强筋来满足整体变形需求。

由以上计算可知，普通纵梁应力强度和变形条件（加加强筋后）均满足要求。

2.213#块段或最重块重量作用下各托梁计算

2.2.1底模前托梁（按最重块计算）

荷载：

前托梁承担底部荷载的55%

底托系统G1=13.37t×10×45.3％/13.5=4.87kN/m

混凝土除顶板外的重量都由底模系统承担，则

腹板处的荷载1.2*3.361*0.6*3.45*26*45.3%/0.6=163.9kN/m

底板处的荷载4.1*3.45*26×45.3%/4.1=40.63kN/m

假定底模承受的荷载完全由内侧吊带承受，则采用SM-Slover计算后托梁受力分析如

图2-5

图2-6底托梁弯矩图（单位:

kN·m）

图2-7前托梁剪力图（单位:

kN·m）

前托梁采用2I36a普通热轧槽钢，截面形式如图2-7

图2-8

查表知[36a槽钢组成的箱形结构截面特性参数为：

，满足要求。

挠度

满足要求

支点反力

，

前托梁的最大剪应力：

满足要求，

由于抗剪强度远小于许用剪应力，所以可以忽略不计。

2.2.2底模后托梁

荷载：

后托梁承担底部荷载的54.7%

故后托梁的弯应力、变形均为前托梁的1.21倍，经计算后托梁的各项也均满足设计需求。

2.3前横梁

为简化计算，将外侧模及底模吊点按集中荷载考虑计算简图如图所示

P1=3.56*26*45.3%*1.2/2+3.6*10*45.3%＝41.47KN

P2＝123.32KN

P3=126.37KN

P4=53.06KN

P5＝27.46KN

初选材料：

2I40a参数：

2A0=17220mm2Ix=217000000mm4Wx=2170000m3

图2-9

弯矩及支点反力由SM-Solver计算得见图

图2-10前横梁弯矩图（单位:

kN·m）

图2-11前横梁剪力图（单位:

kN）

σ=

＜160N/mm2

最大剪应力：

满足要求。

前横梁的变形：

＜4390/400＝11mm，故，变形满足设计要求。

2.4吊杆强度计算：

单根吊杆受力：

φ32精扎螺纹钢承力

/804＝589N/mm2，屈服极限750Mpa

所以选用φ32精扎螺纹钢满足要求。

第三章挂篮主桁架计算

取12#块计算，12#块梁段长度为3.5m，重量为110.89t；

施工机具及人群荷载3.0kN/㎡,恒荷载分项系数

，活荷载分项系数

。

1．浇筑最重块12号块（3.5m）时受力计算

1.1荷载计算

①混凝土重量+超载+动力附加荷载：

前吊点承担混凝土荷载的45.3%，即：

=1348.2*45.3%=610.74kN

②挂篮荷载：

主构件重心位置为8.6/2=4.3mm，前横梁重28.6KN。

前吊点承担底篮、侧模、内模、端模、操作平台的45.3％荷载：

P1=（13.37+11.0+3.6+0.5）×10×1.2×0.453=154.76kN

③前吊点承担人群和机具荷载的45.3％，

P2=3.0×3.45×13.4×1.4×0.453=87.96kN

④倾倒和振捣混凝土荷载的45.3％，

P3=4×3.45×13.4×1.4×0.453=117.3kN

⑤单片主桁前吊点荷载

结构计算简图

结构等效简图

Φ32mm的精轧螺纹钢筋抗拉强度为385KN，竖向预应力筋6根后锚后，F=385x6=2310MPa。

后锚力为：

Q＝（52*2.4+4.8*525.6-52*2.2）/4.4

＝575.75KN

则：

Q=575.75<2310*0.7安全系数S=1617/575.75=2.8

2．挂篮空载行走时受力计算

①行走受力计算

挂篮空载前移时，只靠反扣轮及配重平衡其倾覆力，每个反扣轮的极限承载力为70KN。

挂篮的底模系、侧模、内模、端模、吊带系统以及操作平台等总重338.3KN，故作用于主构架前吊点的荷载为：

P1=338.3*45.3%=153.1KN，

考虑冲击荷载后，单个前吊点荷载为：

P=153.1×1.5/2=114.8kN

主桁结构计算简图如下图所示，

主桁结构计算简图

主桁结构等效简图

设后锚力为Q，则：

Q=（52*2.4+4.8*114.8-52*2.2）/4.4

＝127.6KN

每片桁架后有两对反扣轮，则每个轮子承载的压力为：

127.6/4=31.9KN<70KN，安全系数S=70KN/31.9KN=2.19>2，符合要求。

②小车轮压的局部影响及计算

小车轨道由2[25a槽钢上翼板贴12mm、下一般贴8mm盖板组成，两槽钢之间有横向加强筋，

集中轮压P在腹板上边缘引起的局部挤压力按下式计算：

，满足要求。

3.中门架和侧面吊架的计算

中门架上弦杆由双[12槽钢，下弦杆由双[12槽钢，腹杆由120*60*6方管组焊而成，中门架起到连接作用，在受到外力做用时，保证两片桁架的稳定。

侧面吊架上弦杆由120*120*6方管，下弦杆由双[20a槽钢，腹杆由120*60*6方管组焊而成。

挂篮在行走时侧面吊架主要承受底篮及相应的模板的重量，F1＝33.8*10*1.2*54.7%/2=110.9kN。

中门架、侧面吊架与主构架之间是采用销轴连接。

计算简图如下：

①侧面吊架的计算（简图如下）

弯矩图

轴力图

下弦杆为压弯杆件：

所以能满足要求。

下弦杆压杆稳定性：

i＝78，L＝1200，λ＝L/i＝15.38，为强度问题

＝N/A=275309.3/5766=47.75，故满足要求！

剪力图

②上弦杆计算：

③腹杆计算:

经验算符合要求。

④销轴计算

抗剪强度计算

假设销轴采用40Cr,其许用剪应力[τ]=234,销轴直径采用D=39mm

，

该销轴为双剪，τ＝323.8/2＝161.9MPa

，满足受力要求。

⑤销孔拉板的计算

销孔壁承压应力验算

销孔的直径是D=40mm，P=275309N

解得，δ=14mm

由于是两边同时受力，所以一边销孔拉板厚度是7.5mm，安全系数取2.0,故每边销孔拉板厚度为16mm，槽钢壁厚应该不小于拉板厚度，故腹板焊接10mm补强板。

⑥位移计算：

由力学求解器计算得纵向最大位移值为5.6mm＜4190/400=10.5mm,满足需求

3.杆件内力计算

3.1杆件稳定性计算

主桁各杆件均由普通热轧2[28a槽钢组成图3-2所示的截面形状，截面特性如下：

，i＝124.8

主桁构件截面示意图

计算简图

轴力图

下弦杆和腹杆受压力，且受力最大，N1＝1017520N；N2＝1199900N，故应力为：

λ1＝4984/124＝40.2＜60为强度问题，λ2＝3200/124＝25.8＜60，所以两压杆均为强度问题：

，故满足要求；

，故满足要求。

由此可知，其他杆件均能满足设计要求。

3.2变形量计算

根据《公路桥涵施工技术规范》允许最大变形量（包括吊带变形5mm的总和）：

25mm

由力学求解器计算解得，3#杆件末端变形最大为：

u=17+5=22mm<25mm，符合规范要求。

3.3销轴计算

1、销轴采用40Cr,其许用剪应力[τ]=234,销轴直径采用D=78.5mm

销轴抗剪强度验算:

=248.0MPa

该销轴为双剪，τ＝248/2＝124MPa

MPa

所以满足要求.

2、销孔拉板的计算

销孔壁承压应力验算

销孔的直径是D=80mm

]=224Mp

所以δ=62mm

由于是两边同时承受力，所以一边销孔拉板厚度是31mm

所以连接板采用20mm,再在槽钢内壁加上一块16mm的补强板。

3、拉板顺受力方向的最大应力

4、主构架前节点板焊缝强度计算

焊缝剪应力按下式计算：

P—节点板焊缝所受剪力；

a—一般取0.7K；

K—焊缝高度mm；

l—焊缝长度mm；

--角焊缝许用剪切应力，取118MP。

，满足焊缝的受力要求。