跨浦建高速大桥60+100+60m连续梁挂篮计算书.docx

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跨浦建高速大桥60+100+60m连续梁挂篮计算书

中铁十一局浦梅铁路

跨浦建高速大桥

60+100+60m连续梁挂篮

计

算

书

中铁十一局集团浦梅铁路工程建设指挥部

第一章设计计算说明

1.1计算依据

 1.《路桥施工计算手册》        周水兴等编著

2．《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；

 3.《实用土木工程手册》（第三版）        杨文渊编

 4.《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）

5.《预应力混凝土用螺纹钢筋》（GB/T20065-2006）

6.《铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇筑施工技术指南》（TZ324-2010）

 7．《材料力学》（上、下册）

 8．《结构力学》（上、下册）

1.2工程概况

本工程为南龙铁路100m连续梁挂篮，具体参数参见图纸，采用三角形挂篮施工。

1.3挂篮设计

1.3.1主要技术参数

（1）砼自重GC＝26.5kN/m3；

（2）钢弹性模量Es＝2.06×105MPa；

（3）材料容许应力：

Q235[

]=215

，[

]=181

[

]=106

.

Q345钢厚度或直径≤16mm，f=310

，

=180

厚度或直径>16～35mm，f=295

，fV=215

40Cr钢小于100mm，抗拉735MPa，屈服540MPa；

100mm~300mm，抗拉685MPa，屈服490MPa；

300mm~500mm，抗拉685MPa，屈服440MPa；

500mm~800mm，抗拉590MPa，屈服345MPa.

剪切力=安全系数*0.6*抗拉强度安全系数=1.3（一般）2.5（特殊）

1.3.2挂篮构造

挂篮具体结构形式见后附图纸。

1.3.3挂篮计算设计荷载及组

（1）荷载系数

依据交通部颁发的公路桥涵设计和施工规范，荷载系数取值如下：

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；

挂篮正常使用时采用的安全系数为2。

（2）作用于挂篮主桁的荷载

①混凝土荷载：

取混凝土最终块计算；

②混凝土偏载：

箱梁两侧腹板浇筑最大偏差取10t；

③挂篮自重：

由midas系统根据定义截面自行取值；

④模板自重：

2.5kPa；

⑤施工机具及人群荷载：

2.5kPa；

⑥倾倒和振捣混凝土荷载：

4kPa；

⑦挂篮冲击荷载：

0.3x挂篮自重；

⑧风荷载：

按2KN/m施加在主构架一侧计算；

⑨护栏荷载：

按2KN/m计算。

（3）荷载组合

荷载组合1：

①+③+④+⑤+⑥+⑨；

荷载组合2：

②+③+④+⑤+⑥+⑨；

荷载组合3：

①+③+④+⑧+⑨；

荷载组合4：

挂篮行走，③+④+⑦+⑧+⑨；

荷载组合5：

①+③+④+⑤+⑨。

荷载组合1、2、3，4用于挂篮结构的强度和稳定性计算；荷载组合5用于挂篮刚度计算，荷载组合1,4用于系统抗倾覆计算。

所有荷载均按照线载荷施加。

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。

1.3.5载荷分配情况

（1）混凝土荷载分析

翼缘板部分由1根导梁承担；腹板部分对应荷载由腹板下2根纵梁承担；底板其余部分由其下对应3根纵梁承担；顶板部分由2根导梁承担。

（2）混凝土偏载：

箱梁两侧腹板浇筑偏差重量10t计算,施加方法同混凝土自重部分，只是一侧加载总量减少10t。

（3）挂篮自重荷载分析：

挂篮自重部分按自重工况施加。

（4）模板自重：

按2.5kN/m2计算,计算时按梁宽及梁节长度计算，最后分块施加到对应纵梁及导梁上。

（5）施工机具及人员荷载

施工机具及人员按2.5kN/m2计算，计算时按梁宽及梁节长度计算，最后分块施加到对应纵梁及导梁上。

（6）倾倒和振捣混土产生的荷载：

4kPa,计算时按梁宽及梁节长度计算，最后分块施加到对应纵梁及导梁上。

（7）挂篮冲击荷载：

0.3倍挂篮自重按自重工况施加；

（8）风载：

按2KN/m加载到一片主构架外侧。

（9）护栏荷载：

按2KN/m计算，分别施加于前、后托梁。

第二章挂篮结构的强度计算

计算采用有限元软件MIDAS/civil进行计算，计算采用整体模型，主构架各节点的连接释放销轴的自由度，计算模型如图2-1所示。

图2-1挂篮整体计算模型

2.1荷载组合1：

混凝土荷载+挂篮自重+模板自重+施工机具及人群荷载+倾倒和振捣混凝土荷载+护栏荷载

2.1.1荷载情况

该工况主要用来计算挂篮的主桁承重系统强度和稳定性。

此种荷载组合适用于挂篮混凝土浇筑要结束前的一种最不利荷载工况，此时所有混凝土浇筑完毕（考虑混凝土胀模的影响）q1=1.05×G混凝土，振动系统仍然在振捣，所以还要考虑挂篮施工的动力附加荷载，人员机具仍在施工，因而挂篮结构还要承受人员机具荷载。

图2-1-1荷载组合1计算模型

2.1.2结果分析

（1）底托系统最大应力为116.6MPa，如图2-1-2。

符合要求。

图2-1-2底托系统应力计算结果

（2）导梁系统最大应力为110MPa；如图2-1-3。

符合要求。

图2-1-3导梁系统应力计算结果

（3）前横梁最大应力为39.9MPa，如图2-1-4。

符合要求。

图2-1-4前上横梁应力计算结果

（4）主构架最大应力为91.8MPa，如图2-1-5。

符合要求。

图2-1-5主构架应力计算结果

（5）吊杆计算

图2-1-6吊杆计算结果

由图2-1-6可知，吊杆最大应力为171.8MPa；因吊杆采用φ32精轧螺纹钢（PSB830），最大应力171.8MPa<830MPa，

所以最小安全储备量为4.8，其它吊杆安全储备均大于4.8。

（6）吊带计算

图2-1-7吊带计算结果

由图2-1-7可知，吊带最大应力为151.7MPa；因吊带材质为Q345，最大应力151.7MPa<310MPa，

所以最小安全储备量为2，其它吊带安全储备均大于2。

2.2荷载组合2：

混凝土偏载+挂篮自重+模板自重+施工机具及人群荷载+倾倒和振捣混凝土荷载+护栏荷载

2.2.1荷载情况

该荷载组合适用于挂篮混凝土浇筑过程中的一种最不利荷载工况，此时假定一侧混凝土浇筑完毕（考虑混凝土胀模的影响）q1=1.05×G混凝土，另一侧尚未浇筑完，两侧相差混凝土总量约10t，人员机具仍在施工，因而挂篮结构还要承受人员机具荷载。

该荷载组合与与载荷组合1相比较,只是一侧腹板处混凝土荷载总量减少10t，其余荷载相同。

图2-2荷载组合2计算模型

2.2.2结果分析

（1）底托系统最大应力出现在混凝土偏多腹板下底纵梁位置，最大应力为93.7MPa，如图2-2-1。

符合要求。

图2-2-1底托系统应力计算结果

（2）因导梁在荷载组合1与荷载组合2中受力形式及荷载值无发生变化，所以在此不再另行计算。

（3）前横梁最大应力为32.2MPa，如图2-2-2。

符合要求。

图2-2-2前上横梁应力计算结果

（4）主构架计算结果：

主构架最大应力为73.9MPa，如图2-2-3。

符合要求。

图2-2-3主构架应力计算结果

（5）吊杆计算

图2-2-4吊杆计算结果

由图2-2-4可知，吊杆最大应力为147MPa；因吊杆采用φ32精轧螺纹钢（PSB830级），最大应力147MPa<830MPa，

所以最小安全储备量为5.6，其它吊杆安全储备均大于5.6。

（6）吊带计算

图2-2-5吊带计算结果

由图2-2-5可知，吊带最大应力为125.6MPa；因吊带材质为Q345，最大应力125.6MPa<310MPa，

所以最小安全储备量为2.47，其它吊带安全储备均大于2.47。

2.3荷载组合3：

混凝土荷载+挂篮自重+模板自重+风荷载+护栏荷载

2.3.1荷载情况

该荷载组合适用于挂篮混凝土浇筑完毕后出现大风情况，此时荷载包括混凝土自重（考虑混凝土胀模的影响）q1=1.05×G混凝土，挂篮自重及风荷载。

图2-3荷载组合3计算模型

2.3.2结果分析

该组合主要针对风载作用时对主构架、横联桁架的影响。

（1）主构架计算结果：

主构架最大应力为93.6MPa，如图2-3-1。

符合要求。

图2-3-1主构架应力计算结果

（2）横联桁架

该载荷组合下，由于风载的存在，最大应力为87.2MPa，如图2-3-2。

符合要求。

图2-3-2横联桁架应力

2.4荷载组合4：

挂篮行走工况：

挂篮自重+模板自重+冲击荷载+风载+护栏荷载

挂篮行走工况：

挂篮前移动时，主桁靠反扣装置在轨道上行走；其它结构不变，底托横梁均由吊杆悬吊；外导梁仍有模板荷载作用。

2.4.1荷载情况

此载荷组合下风载作用于主构架处，在本模型中，将其视为线荷载，计算模型如图2-4-1。

图2-4-1荷载组合4计算模型

2.4.2结果分析

挂篮行走时，最大应力值为45.1MPa，如图2-4-2所示。

符合要求。

图2-4-2挂篮应力图

第三章挂篮结构的刚度计算

3.1荷载组合5：

混凝土荷载+挂篮自重+模板自重+施工机具及人群荷载+护栏荷载

该荷载组合主要用来计算挂篮系统的结构刚度。

3.1.1荷载情况

计算模型如图3-1-1。

图3-1-1荷载组合5计算模型

3.1.2结果分析

该荷载组合下，挂篮变形等值线图见图3-1-2。

由图可知，变形最大值为19mm。

以下对各部分进行划分分析：

图3-1-2变形等值线图

（1）挂篮主构架部分

主构架部分最大变形位于前横梁支点处，最大竖向变形量为11.4mm。

见图3-1-3。

图3-1-3挂篮主构架变形等值线图

（2）前横梁

如图3-4所示，前横梁部分最大变形位于中部位置，值为15mm，相对变形值为

△δ=15-11.4=3.6mm

挠跨比为

η=3.6＜L/400

图3-1-4挂篮前横梁变形等值线图

（3）导梁

如图3-1-5所示，导梁最大位移值为16.4mm。

图3-1-5导梁变形等值线图

（4）底托系统

如图3-1-6所示。

底托系统最大位移值为19mm。

图3-1-6底托系统变形等值线图

3.2刚度验算结论

挂篮在此该荷载组合条件下，计算挂篮系统整体和各部件的结构刚度，其变形最大值为19mm，而该值为主构架、前横梁、吊杆等各部分变形的累积。

注：

因吊杆为纯受拉杆件，在强度方面通过以上计算可知满足要求，在主构架及底托系统变形值均满足要求的情况下，吊杆变形值不再另做计算，以此得出的底托系统变形比值将更为保守。

结论：

通过对荷载组合5的计算分析，挂篮刚度满足使用要求。

第四章挂篮抗倾覆计算

挂篮抗倾覆计算包括两部分内容：

混凝土浇筑工况和挂篮移动工况两种。

4.1混凝土浇筑时的抗倾覆计算（荷载组合1：

混凝土荷载+挂篮自重+模板自重+施工机具及人群荷载+倾倒和振捣混凝土荷载+护栏荷载）

在混凝土浇筑时，挂篮主构架后端通过精轧螺纹钢锚固于已经浇筑好的混凝土梁体上，为保证施工安全，需要验算此种载荷组合下的挂篮后锚点的安全性。

图4-1-1主构架反力模型

由以上结果可知，荷载组合1时后锚点拉力最大值为438.8kN。

单侧后锚点采用直径32mm的精轧螺纹钢6根，则可提供锚固力为

N提供=6A[σ螺纹钢]=6x3.14x322/4x830x10-3=4003.1kN

其安全储备为：

K=4003.1/438.8=9.1

故：

满足安全要求。

4.2挂篮行走工况的抗倾覆计算（荷载组合4：

挂篮行走工况：

挂篮自重+模板自重+冲击荷载+风载+护栏荷载）

图4-2-1主构架反力模型

由以上结果可知，荷载组合4时后支座拉力最大值为78.7kN。

反扣轮装置与主构架通过8个直径27的高强螺栓连接，强度验算如下：

一、基本参数

螺栓选用摩擦型高强螺栓，8.8级，M27

构件材性：

Q235

摩擦面处理：

喷砂（丸）

摩擦面的抗滑移系数为0.45

受剪面数目为1

由GB50017--2003第68页7.2.2得：

单个螺栓受剪承载力Nvb=93.15kN

单个螺栓受拉承载力Ntb=184kN

螺栓群受力N=78.7kNV=118kNM=19kN·m

二、螺栓群形心计算

螺栓个数BoltNum=8

排列方式：

对齐排列

螺栓位置：

（0,320）（480,320）

（0,230）（480,230）

（0,90）（480,90）

（0,0）（480,0）

螺栓群形心位置（240,160）

三、螺栓受力计算

V产生的剪力Nv=V/BoltNum=14.75kN

N产生的拉力NN=N/BoltNum=9.838kN

假定以形心轴为转轴：

M对顶部螺栓产生的拉力Ntop=24.918kN

M对底部螺栓产生的拉力Nbottom=-24.918kN

M对顶部螺栓产生的拉力与N产生的拉力之和Ntop_total=Ntop+NN=34.756kN

M对底部螺栓产生的拉力与N产生的拉力之和Nbottom_total=Nbottom+NN=-15.081kN

Nbottom_total<0表明以螺栓群底部为转轴

重新算得M和N对顶部螺栓产生的拉力Nt=30.935kN

按GB50017--2003第69页公式7.2.2-2

Nv/Nvb+Nt/Ntb=0.326<=1满足!

结论：

通过对荷载组合1、4的计算分析，挂篮抗倾覆满足相关规范要求。