某挂篮结构设计分解.docx

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某挂篮结构设计分解

一、工程概况

二、设计概述

1、设置参数：

根据本桥荷载分部情况最大节段为1#块，故挂篮设计按照1#块进行设计，挂篮抗倾覆安全系数为2。

永久荷载为1.2，可变荷载分项系数为1.4.

2、结构描述

采用三角挂篮结构形式，利用***挂篮进行改装使用，挂篮底模施工长度考虑4m节段施工预留，端模板距离前吊带水平距离0.9mm（实际施工会根据梁底坡度缩短），挂篮后下横梁需要锚入前一个节段底板，考虑锚入点与新旧混凝土截面水平距离0.55m（实际施工会根据梁底坡度缩短）。

挂篮采用三个桁片的结构形式，分别作用于每个腹板宽度中点处。

为了方便设计对挂篮各部分构建进行重量假设，底平台及芯模为50t，上桁架假设50t，侧模板假设20t。

总计120t。

二、结构设计

1、底模设计

根据混凝土荷载及挂篮底模自重进行挂篮设计，已知1#块1-1断面混凝土荷载Q1=混凝土荷载×1.2=928KN/m，Q2=混凝土荷载×1.2=886KN/m，挂篮芯模底模自重线性荷载为Q低=110KN/m，根据结构描述，挂篮底平台纵向尺寸为5.45m，则挂篮底平台纵向受力如图：

单位:

集中荷载--kN集中弯矩--kN·m其他荷载--kN/m

剪力包络图

单位:

kN

弯矩包络图

单位:

kN·m

根据受力分析，挂篮悬臂吊点受力为1645.21KN，锚入已完混凝土吊点力为2156.04KN，挂篮底模平台纵梁最大剪力和为2156.21KN，最大弯矩为3285KN/m；

根据以上受力进行挂篮前吊带受力分析。

已知***挂篮前吊带为160×40mm，的Q345钢带，扣除吊带开孔50mm，则吊带计算宽度为110×40mm。

根据钢结构规范计算得f=265Mpa，则需要n个吊带，nAf=2×1645.21KN，则n=2.8，即3根就满足要求。

锚入已完混凝土吊点采用直径32精轧螺纹钢，已知精扎罗纹钢抗拉强度为830Mpa，需要设n根精轧螺纹钢，nAf=2×2156.21KN，则n=6.5。

即7根满足要求。

挂篮底模平台纵梁，***挂篮设计为窄翼缘H型钢:

HN350x175

（2）

窄翼缘H型钢:

HN350x175

（2）

钢材牌号:

Q235

钢材强度折减系数:

1.00

腹板厚度:

tw=7.00mm

毛截面面积:

A=62.91cm2

截面惯性矩:

Ix=12980.00cm4

半截面面积矩:

Sx=420.42cm3

回转半径:

ix=14.36cm

iy=3.95cm

截面模量:

Wx=741.70cm3

Wy=112.40cm3

截面模量折减系数:

0.95

净截面模量:

Wnx=704.62cm3

Wny=106.78cm3

f=215.00N/mm2,fv=125.00N/mm2

进行结构断面计算，设需要n根H钢，则

f=M/（NWn）=2×3285/（704.62×n）×1000＜215MPa；则：

n＞43.3根，由于布置过密，无法实现腹板处加密处理，故无法使用，考虑更换构建。

假设设置20根，则反算Wn值确定选型，

Wn=2×3285/（215×20）×1000=1528cm3

选择贴近此类型号的H型钢：

中翼缘H型钢:

HM400x300

钢材牌号:

Q235

腹板厚度:

tw=10.00mm

毛截面面积:

A=133.25cm2

截面惯性矩:

Ix=37363.00cm4

半截面面积矩:

Sx=1057.81cm3

回转半径:

ix=16.75cm

iy=7.35cm

截面模量折减系数:

0.95

净截面模量:

Wnx=1820.20cm3

Wny=456.19cm3

窄翼缘H型钢:

HN500x200

（1）

钢材牌号:

Q235

腹板厚度:

tw=9.00mm

毛截面面积:

A=99.29cm2

截面惯性矩:

Ix=39628.00cm4

半截面面积矩:

Sx=917.83cm3

回转半径:

ix=19.98cm

iy=4.31cm

截面模量折减系数:

0.95

净截面模量:

Wnx=1518.10cm3

Wny=175.85cm3

宽翼缘H型钢:

HW350x350

（1）

钢材牌号:

Q235

腹板厚度:

tw=13.00mm

毛截面面积:

A=133.27cm2

截面惯性矩:

Ix=27352.00cm4

半截面面积矩:

Sx=899.67cm3

回转半径:

ix=14.33cm

iy=8.39cm

截面模量折减系数:

0.95

净截面模量:

Wnx=1537.10cm3

Wny=507.30cm3

热轧普通工字钢:

I50a

钢材牌号:

Q235

腹板厚度:

tw=12.00mm

毛截面面积:

A=119.25cm2

截面惯性矩:

Ix=46472.00cm4

半截面面积矩:

Sx=1084.10cm3

回转半径:

ix=19.74cm

iy=3.07cm

截面模量折减系数:

0.95

净截面模量:

Wnx=1765.95cm3

Wny=134.90cm3

热轧普通槽钢:

[40a

钢材牌号:

Q235

腹板厚度:

tw=10.50mm

毛截面面积:

A=75.04cm2

截面惯性矩:

Ix=17577.70cm4

半截面面积矩:

Sx=524.40cm3

回转半径:

ix=15.30cm

iy=2.81cm

截面模量折减系数:

0.95

净截面模量:

Wnx=834.95cm3

Wnymin=74.86cm3

综上所述选择截面面积最小的窄翼缘H型钢:

HN500x200

（1）

后下横梁设计，后下横梁考虑利用***挂篮后下托梁设计，以1-1断面为，建立计算模型如图，得出得出各部分杆件弯矩和剪力的比例关系。

剪力包络图

弯矩包络图

剪力绝对值为竖向支点力

竖向支点力之和Nhxhl=挂篮底模平台纵梁最大剪力和为2156.21KN（上节计算），2156.21=K1（n1+n2+n3+n4+n5+n6）

=K1（148.19+141.81+167.44+171.97+144.02+150.76）=924.18K1,

得出K1=2.333，

则最大竖向支点力为N4=K×n4=171.97×2.333=401.2KN，单根32精扎罗纹锚固力为668.06KN，最大剪力满足要求；但不满足2倍安全系数，所以考虑在两个箱室中心各增加1根精扎罗纹。

则总体精扎罗纹为8根，修正上面计算7根的考虑。

验算后下横梁断面为

窄翼缘H型钢:

HN400x200

（2）

钢材牌号:

Q235

腹板厚度:

tw=8.00mm

毛截面面积:

A=83.37cm2

截面惯性矩:

Ix=22775.00cm4

半截面面积矩:

Sx=642.98cm3

回转半径:

ix=16.53cm

iy=4.56cm

截面模量:

Wx=1139.00cm3

Wy=173.50cm3

截面模量折减系数:

0.95

净截面模量:

Wnx=1082.05cm3

Wny=164.82cm3

f=215.00N/mm2,fv=125.00N/mm2

则在混凝土浇筑过程中后下横梁最大弯矩Mmax=44.52K=103.86KNm，最大剪力Nmax=228.912KN，经过计算均能满足要求。

在挂篮走行过程中同***挂篮满足要求。

前下横梁设计，考虑利用***挂篮后下托梁设计，以2-2断面为计算模型，以2-2断面为计算荷载，建立计算模型如图，得出各部分杆件的弯矩和剪力关系。

单位:

集中荷载--kN集中弯矩--kN·m其他荷载--kN/m

剪力包络图

单位:

kN

弯矩包络图

单位:

kN·m

剪力绝对值为竖向支点力

竖向支点力和Nqxhl=挂篮悬臂吊点受力为1645.21KN（上节计算），1645.21=K2（n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7+n8）

=737.59K2,

得出K2=2.23，

则最大竖向支点力为N8=K2×n8=2.23×118=263KN，单根32精扎罗纹锚固力为668.06KN，满足要求。

混凝土浇筑及走行状态同后下横梁不再进行计算，满足要求。

前上横梁设计断面大于前下横梁不再进行计算，满足要求。

2、桁架设计

根据挂篮受力形式为吊点力传递给上部桁片，三个桁片的距离为5.275m，底模平台受力通过吊带传递给前上横梁，前上横梁传递给每个桁片。

则可分析三个桁片受力情况；

由于底模平台对吊带总体产生，挂篮悬臂吊点受力为1645.21KN。

假设挂篮每个桁片受力为1#块每个腹板处的支点反力，通过建立力学模型得：

剪力包络图

弯矩包络图

断面砼纵向每延米对下部结构的力773.708KN

跨中支点最大竖向力296.13KN

边支点最大竖向力234.38KN

￡1=296.13/773.708=0.383

￡2=234.38/773.708=0.303

则中桁片受力为0.383×1645.21=630KN，边桁片受力为0.303×1645.21=498.5KN

设计边桁架需要498.5KN，设计中桁架需要630KN。

根据最大桁架受力剪力模型如图：

得出ad弦杆受力为1105.19KN，ab弦杆受力为1020KN，bd杆受力为801KN，AC立柱受力为1390KN，分别验算对应构件。

***挂篮前后弦杆采用20㎜×160㎜Q345钢制作，扣除开工50mm，其计算抗拉强度265Mpa，则FL=160×265×20×2=1696KN＞2×875KN（边桁片前后弦杆受力为中桁片受力的0.79倍，对应杆件受力为中桁片受力的0.79倍得出后弦杆受力为1105×0.79=875KN），满足要求，但是由于成品弦杆前后梁开孔，断面削减50mm，考虑补强该部分断面。

考虑在成品弦杆贴开孔处贴10mm钢板，钢板强度Q345，则钢板尺寸为225×

通过计算的使用挂篮前吊带改装成前弦杆，前吊带为40×160㎜，扣除吊带开孔则吊带则计算为2×Fad=2040与2fA=2332KN比较，受力与安全系数积略小于截面拉力，则满足要求，使用前吊带改装前弦杆。

后吊带计算相同。

使用原挂篮吊带改装；

***挂篮原中立柱为直径203壁厚14mm的无缝钢管无法满足本桥梁挂篮要求，计划将其更换，更换为***挂篮底模淘汰的窄翼缘H型钢:

HN350x175

（2）四拼，两两叠放，两组叠放。

腹板方向同桥纵断方向。

验算其压杆稳定：

根据计算已经得出斜支撑受力为N1a=1466.43KN，长度为L=5.44m，为2力杆，HN350x175窄翼缘H型钢组合梁作为斜向支撑，采用排2根H型钢组合。

窄翼缘H型钢:

N350x175

（2）

毛截面面积:

A=62.91cm2

净截面系数:

0.90

净截面面积:

An=56.62cm2

钢材牌号:

Q235

两主轴平面内约束信息:

x平面