1挂篮结构简算.docx
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1挂篮结构简算
东庄禾5＃桥主梁菱形挂篮结构简算
一、计算说明
1、设计依据
①、施工设计图；
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、其他相关规范手册。
2、工程概况
主梁上部结构为48＋88＋48米三跨预应力变截面连续箱梁，双向分离式断面，单幅桥为单箱双室箱型截面，箱梁根部梁高为5.0m，高跨比为1/17.6；跨中梁高为2.2m，高跨比为1/40，边跨顶板宽12.7m，底板宽为8.7m，翼缘板悬臂长为2.0m，箱梁高度从距墩中心3.0m处到跨中合拢段处按二次抛物线变化。
各单“T”箱梁分为0号块和1～11号块，0号块长度为6m，1～11号箱梁纵向分段长度为3×3+2×3.5+6×4.0m，中跨（12号块）、边跨（12A号块）合拢段长度均为2.0m，边跨现浇段中心线处长度为2.94m。
悬臂现浇梁段最大重量为134.8吨。
表1-1各梁段基本情况
梁段编号
梁段长度（cm）
梁段数量（段）
梁段体积（m3）
梁高（cm）
梁体总量（T）
钢筋重量（Kg）
本段钢绞线张拉束数
底板厚度（cm）
顶板厚度（cm）
2
300
8
48.82
422.3
122.05
6183.625
6
51.7
30
3
300
8
46.09
388.2
115.225
6079.9
6
48
30
4
350
8
51.84
352.3
129.6
6934.1
6
44.2
30
5
350
8
49.5
320.8
123.75
6817.9
6
40.8
30
6
400
8
50.68
290
126.7
7603.6
6
37.5
30
7
400
8
45.92
264.8
114.8
7422.3
6
34.8
30
8
400
8
42.3
245.2
105.75
7314.4
6
32.7
30
9
400
8
40.26
231.2
100.65
7247.9
6
31.2
30
10
400
8
40.62
222.8
101.55
7194.3
6
30.3
30
11
400
8
38.91
220
97.275
7182.6
6
30
30
12（中跨合拢段）
200
2
19.4
220
48.5
3488.4
30
30
12A（B边跨合拢段）
200
4
22.26
220
55.65
3699.7
30
30
13（边跨现浇段）
294
4
48.65
220
121.625
24640
16
30
30
3、主要参数
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。
4、挂篮构造
挂篮为菱形挂篮，菱形桁片由2[30b普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成，前横梁由2I56b普通热轧工字钢组成，底篮前横梁由2Ⅰ40b普通热轧工字钢组成，底篮后横梁由2Ⅰ40b普通热轧工字钢组成，底篮底板下加强纵梁为I32b普通热轧槽钢，吊杆采用32精扎螺纹钢。
主桁系统重9.7t、行走系统重2.6t、底篮9.4t、横梁重7.4t、内外滑梁重9t，内外模重11.8t，整个挂篮系统重49.9t，自重与载荷比为（以4#为例）0.375：
1。
5、挂篮设计荷载
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1.2。
②、作用于挂篮主桁的荷载
箱梁荷载：
箱梁荷载取4#块计算。
4#块段长度为3.5m，重量为134.8t；
施工机具及人群荷载：
2.5kMPa；
挂篮自重：
49.9t；
二、挂篮主桁计算
1、荷载计算
①混凝土重量+超载+动力附加荷载：
G=134.8×1.05×1.2/2＝84.9t
②挂篮荷载：
主桁荷载作用于挂篮前支点
P1=9.7×1.2＝11.6t
前吊点承担底篮、横梁、内外滑梁、内外模1/2荷载：
P2=（9.4+7.4+9+11.8）×1.2/2=22.56t
③前吊点承担人群和机具荷载的一半
P3=（0.25×3.5×12.7）×1.4/2=7.78t
④倾倒和振捣混凝土荷载的一半
P4=0.4×3.5×12.7×1.4/2=12.45t
⑤单片主桁前吊点荷载
P=G＋P2＋P3＋P4＝（84.9+22.56+7.78+12.45）/2＝63.85t
2、结构简算
菱形桁架简化后计算简图截面如图所示。
面积:
194.8644
周长:
324.8932
边界框:
X:
-16.9993--16.9993
Y:
-15.9994--15.9994
质心:
X:
0.0000
Y:
0.0000
惯性矩:
X:
32619.1422
Y:
33048.6934
惯性积:
XY:
0.0000
旋转半径:
X:
12.9381
Y:
13.0230
主力矩与质心的X-Y方向:
I:
32619.1422沿[1.00000.0000]
J:
33048.6934沿[0.00001.0000]
经过计算，
主桁支反力及内力
内力及支反力
单元号
支点号
1
2
3
4
5
后支点
前支点
轴力（kN）
-1331.909
0
-1162.23
1324.826
644.223
-
-
反力（kN）
-
-
-
-
-
-644.5
1405
注:
支点反力为负表示拉力，为正表示压力。
②后锚及倾覆安全系数
后锚安全系数取2，则所需的φ32精轧螺纹钢（张拉力513kN）根数为：
取n=3。
③主桁杆件强度验算
（满足要求）
三、挂篮横梁计算
1、前后底横梁受力验算
底篮前后横梁采用40b普通热轧工字钢，1#块箱梁横断面计算如图2-5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按4.0kN/m2计
横梁位置处箱梁截面图
对A截面：
qA＝0.2×3.5×26×1.2＋2.5×3.5×1.2＋2.5×3.5×1.4＋4×3.5×1.4＝64.19KN/m
B截面：
qB＝3.703×3.5×26×1.2＋2.5×3.5×1.2＋2.5×3.5×1.4＋4×3.5×1.4＝107.87KN/m
对C截面：
qC＝0.6×3.5×26×1.2＋2.5×3.5×1.2＋2.5×3.5×1.4＋4×3.5×1.4＝446.72KN/m
D截面：
qD＝1.361×3.5×26×1.2＋2.5×3.5×1.2＋2.5×3.5×1.4＋4×3.5×1.4＝190.97KN/m
E截面：
qE＝0.881×3.5×26×1.2＋2.5×3.5×1.2＋2.5×3.5×1.4＋4×3.5×1.4＝138.56KN/m
截面F：
qE＝0.761×3.5×26×1.2＋2.5×3.5×1.2＋2.5×3.5×1.4＋4×3.5×1.4＝125.45KN/m
为便于计算，假定翼板2m段为均布荷载qB/2＝107.87/2＝53.94KN/m，腹板处为均布荷载qC/2＝446.72/2＝223.36KN/m，箱梁内为均布荷载qE/2＝138.56/2＝69.28KN/m。
横梁计算模型及受力图（内力单位：
kN/m，长度单位:
cm）
面积:
188.1428
周长:
257.8298
边界框:
X:
-23.4000--23.4000
Y:
-20.0000--20.0000
质心:
X:
0.0000
Y:
0.0000
惯性矩:
X:
45564.1238
Y:
50762.0461
惯性积:
XY:
0.0000
旋转半径:
X:
15.5621
Y:
16.4258
主力矩与质心的X-Y方向:
I:
45564.1238沿[1.00000.0000]
J:
50762.0461沿[0.00001.0000]
由上述计算结果可知，荷载作用下，前横梁最大弯矩为：
M=42.334kN/m；最大剪力为Q=134.041kN；跨中最大挠度为0.07mm，满足变形要求支点反力如图所示。
从而可以得到其应力为：
（满足要求）
横梁满足应力强度和变形要求。
2、顶横梁受力验算
顶横梁采用双拼56b普通热轧工字钢，4#块箱梁横断面计算如图2-5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按4.0kN/m2，前上横梁主要是通过吊杆承受前下横梁以及外滑梁、内滑梁所传递的荷载，其受力简图如下图所示：
前上横梁受力简图
⑵计算：
前上横梁选用ⅠⅠ56b。
Ix=68503*2*10-8m4 W=2446.5*2*10-6m3
F1=170000NF2=40000NF3=170000NF4=20000NF5=20000NF6=170000N
R1=R2=590000N
通过计算可得：
跨中弯矩最大
Mmax=-170000*4.38-40000*3.98+590000*3.3-170000*2.5-20000*1.88-2000*0.47=-571200N.m
σ=Mmax/Wx=571200/（2446.5*2*10-6）=105.7MPa<1.3[σo]=188.5MPa <可>
跨中挠度最大，fmax=16mm
f/L=163、普通（单根）纵梁受力验算（纵梁布置图附后）
底模纵梁在挂篮施工中承受底模、腹板、底板重量的结构，将其所受的压力及自身重力传递给下横梁，普通纵梁承担底板A1砼重量,受力简图及横截面如下图所示。
选用[32b
普通纵梁受力简图及横截面
纵梁重：
0.25T
模型重：
0.065t/㎡
砼重：
（（2.85-0.3）*0.48+（0.48+0.63）/2*0.3）*3.5*2.6/3=4.2t 施工荷载：
0.25t/㎡
q=（0.25+0.065*2.85*3.5/3+0.25*2.85*3.5/3+4.2）/3.5=1.6t/m
Ix=8056.8cm4
W=Ix/（32/2）=503.5cm3
由图可知：
R后=1.6*3.5*（1.0+3.5/2）/5.0=3.1t
R前=1.6*3.5*（0.5+3.5/2）/5=2.52t
为了便于计算,取全杆满部荷载
Mmax=ql2/8=1.6*5*5/8=5tm
б=Mmax/W=5*104 / 503.5*10-6=99.3Mpa1.3[σo]=188.5MPa〈可〉
5ql4/384EI=5*1.6*104*54/（384*2.1*1011*8056.8*10-8）=7.7mm
f/l=0.77
4、加强（双拼槽钢）纵梁受力验算
在腹板下共有3组加强纵梁，承担底板A2砼重量,其纵梁受力简图及横截面如图六所示。
选用][32b
加强纵梁受力简图及横截面
纵梁重：
0.5T
模型重：
0.065t/㎡ 砼重：
（（0.63-0.77）/2*0.15+0.6*3.9）*3.5*2.6/3=7.41t 施工荷载：
0.25t/㎡
q=（0.5+0.065*0.75*3.5/3+0.25*0.75*3.5/3+7.41）/3.5=2.35t/mIx=8056.8*2=16113.6cm4
W=Ix/（32/2）=1007.1cm3
由上图：
R后=2.35*3.5*（1.0+3.5/2）/5.0=4.55t
R前=2.35*3.5*（0.5+3.5/2）/5=3.7t
为了便于计算,取全杆满部荷载
Mmax=ql2/8=2.35*5*5/8=7.35tm
б=Mmax/W=7.35*104 / 2*503.5*10-6=73Mpa〈1.3[σo]=188.5MPa〈可〉
5ql4/384EI=5*2.35*104*54/（384*2.1*1011*2*8056.8*10-8）=5.7mm
f/l=0.57
5、计算外滑梁
⑴荷载分析：
外滑梁是挂篮施工中侧模板的滑移轨道，其施工荷载、挂篮移动时荷载均通过侧模支架，传递至外滑梁。
承受的荷载主要为：
侧模，侧模支架、翼缘板砼及外滑梁自重。
挂篮移动时只承受侧模及侧模支架、外滑梁自重。
为了便于计算，现将外滑梁简化为如下图所示的简支结构。
外滑梁简化简支结构
⑵计算
材料选用][36b，外滑梁自重1.2t模型重：
0.065t/㎡,外模桁架重:
1.4t 砼重：
（（0.3+0.6）/2*2*3.5*2.6=8.2t 施工荷载：
0.25t/㎡
Ix=12651.7*2cm4
W=Ix/（36/2）=1405.8cm3
q=（1.2+1.4+8.2+0.25*2*3.5+0.065*27.93）/3.5=4.1t/m
由上图：
R后=4.1*3.5*（1.0+3.5/2）/5.0=7.9t
R前=4.1*3.5*（0.5+3.5/2）/5=6.5t
为了便于计算,取全杆满部荷载
Mmax=ql2/8=4.1*5*5/8=12.8tm
б=Mmax/W=12.8*104 / 1405.8*10-6=91.1Mpa〈1.3[σo]=188.5MPa〈可〉
5ql4/384EI=5*4.1*104*54/（384*2.1*1011*2*12651.7*10-8）=6.3mm
f/l=0.63<1/400=1.25<可>
6．计算内滑梁
⑴荷载分析：
内滑梁是挂篮施工中内模板的滑移轨道，其施工荷载、挂篮移动时荷载均通过内模支架，传递至内滑梁。
承受的荷载主要为：
内模，内模支架、顶板砼及内滑梁自重。
挂篮移动时只承受内模及内模支架、内滑梁自重。
为了便于计算，现将内滑梁简化为如图所示的简支结构。
内滑梁简化计算简支结构
⑵计算。
材料选用][25b，内滑梁自重0.7t模型重：
0.35t,内模桁架重:
1.2/2=0.6t 砼重：
（（0.3+0.6）/2*1*2+1.45*0.3）*3.5*2.6/2=6.1t 施工荷载：
0.25t/㎡
Ix=3619.5*2cm4
W=Ix/（25/2）=579.1cm3
q=（0.7+0.6+6.1+0.25*1.45*3.5/2+0.35）/3.5=2.4t/m
由上图：
R后=2.4*3.5*（1.0+3.5/2）/5.0=4.6t
R前=2.4*3.5*（0.5+3.5/2）/5=3.8t
为了便于计算,取全杆满部荷载
Mmax=ql2/8=2.4*5*5/8=7.5tm
б=Mmax/W=7.5*104 / 579.1*10-6=129.5Mpa〈1.3[σo]=188.5MPa〈可〉
5ql4/384EI=5*2.4*104*54/（384*2.1*1011*2*3619.5*10-8）=12mm
f/l=1.2<1/400=1.25<可>
7、吊杆采用32mm精扎螺纹钢，容许受力为64.5t，而本挂篮吊杆最大受力为17吨。
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