挂篮计算书.docx
《挂篮计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挂篮计算书.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
挂篮计算书
宁启复线电化工程跨京沪铁路连续梁
挂篮设计计算书
中铁第五勘察设计院集团有限公司
技术研究院
二○一○年十一月
一、设计依据
1.《宁启复线电化工程跨京沪铁路特大桥48+80+48m连续梁施工设计图纸》
2.《公路桥涵施工技术规范》
3.《钢结构设计规范》
二、连续梁和挂篮基本情况
1.连续梁
箱梁悬臂灌注梁段长度分3.0m、3.5m和4.0m，梁高变化范围6.4m～3.4m；顶板宽度为7m，底板宽度4.4m；
箱梁浇筑分段长度依次分别为：
10m长0号段+5×3.0m+2×3.5m+3×4.0m，边跨合拢段长采用2m，中跨合拢段长采用2m，边跨现浇段长7.65m；
主桥上部构造7～10#段、合龙段及边跨现浇段无竖向预应力筋；
最重悬浇梁段1＃段重量106t；箱梁采用移动挂篮对称悬臂灌注混凝土。
2.挂篮
挂篮采用三角形挂篮，受力明确可靠，基本结构为主构架、外模、内模、底模、悬吊系统、走行系统和防护平台组成；
挂篮不带平衡重，挂篮后锚点采用精轧螺纹钢竖向锚固，前支点位于距梁最前端500mm，走行时利用后支座和前支座沿轨道走行，轨道锚固采用混凝土梁竖向预应力筋，在无竖向预应力筋梁段预留锚孔；
自重约为60t，其他施工荷载为10t；
挂篮主构架采用2（[30b+□278×10]，前横梁采用2×工40a,底模横梁采用2×I40a，底模前横梁悬吊采用2Φ32mm精扎螺纹钢筋，底模后横梁悬吊采用□150×36mm吊带（开孔Φ52），内外模滑道梁悬吊采用精轧螺纹钢和相应配套扁担梁。
三、挂篮的受力机理
1.底模架的受力分析
由上图可以根据底板和腹板部分混凝土的重量计算出每根底模纵梁两端支撑点的支撑反力；根据支撑反力作用于底模架的前后横梁上，将横梁以悬吊装置吊杆作为支点，计算底模前后横梁的受力，同时求出悬吊装置各吊杆的内力；
2.挂篮前上横梁的受力分析
（1）.底模架前吊杆施于上横梁力的分析
底模前吊杆力即为分析底模架得出得吊杆拉力，反作用于前上横梁。
（2）.侧模和内模前吊杆施于上横梁力的分析
前吊布置图
后吊布置图
吊杆a和后吊杆通过内模滑梁共同承受内模和顶板的重量；吊杆b、c和后吊杆通过外模滑梁共同承受单侧外模和单侧悬臂桥面板的重量；吊杆d和后吊杆z在挂篮后退时共同承受底模、外模及滑梁的重量；吊杆e和后吊杆共同承受防护平台的重量；
从该图可以计算出顶板各锚固点的受力和外侧模、内模、前后吊点各吊杆的受力。
从上述2.
（1）和2.
（2）分析可得出作用于前上横梁的力，将前上横梁视为简支梁，两主构架节点D为支点，各集中力分别作用与吊杆与前上横梁连接处，进行前上横梁的受力分析。
3.主构架的受力分析
根据吊杆拉力作用于前横梁上建立挂篮主构架整体空间模型来计算挂篮主构架的受力。
受力模型如下图所示：
根据上模型将前上横梁的受力作为荷载，进行主构架的反力、位移、内力、应力的计算和分析。
四、挂篮计算内容和计算过程的说明
1.荷载：
根据《公路桥涵施工规范》取荷载分项系数1.4；混凝土比重取2.6t/m3;
2.刚度控制：
底模架、底模前后横梁、主构架前上横梁和其他杆件的跨中挠度应小于L/600;
3.挂篮主构架前支点反力应小于容许应力，后支点锚固力应小于混凝土的容许应力，各吊杆应力应小于精轧螺纹钢的容许拉应力，各吊杆对混凝土的压应力也应小于混凝土的容许压应力；
4.底模架取桁架结构，底模架与前后横梁销接，底模架和前后横梁连接按铰接计算，底模前后横梁分别计算；
5.挂篮主构架杆件之间的连接为螺栓群连接，杆件连接按铰接计算，门架和横联参与受力（按空间进行分析），前上横梁按单跨带悬臂的简支梁计算，取各吊杆集中荷载作用；
6.本计算书中，以1#段梁高，长度3.5m的最不利梁段为代表进行分析。
五、计算过程
（一）最不利荷载工况下挂篮的计算
1.底模架的受力计算
底模架的受力模型如下图所示：
（1）底模架在箱梁的底板下，底板和腹板混凝土荷载以面板和横向分配梁传递至底模架纵梁；整个底模架为多片式的纵横梁结构，前后端通过铰接与前后横梁连接；
（2）底模架的横向布置如下图
（3）底模架的荷载分布如下图
1#段底模面荷载如下表所示：
宽度m
高（厚）度m
截面积m^2
砼重kN/m
面荷载kN/m^2
腹板
0.80
5.931
4.745
123.4
154.2
底板
2.8
0.756
2.207
57.4
20.5
2.挂篮前横梁的受力计算
挂篮前上横梁外模和内模吊杆力分析如下：
单侧外模重量和该面砼重量荷载由两外模吊梁承担，内模重量和顶板砼重量荷载由两内模吊梁承担，经建模受力分析可得挂篮内外模吊梁前端支反力，其反力即为吊杆作用于前上横梁的荷载。
3.挂篮的受力分析
挂篮整体模型建立
（1）侧面图
（2）空间立体图
（3）各类杆件的材料特性和截面特性
a材料特性
主构架主要杆件和节点板采用Q235钢材，连接钢销采用40Cr钢材，底模悬吊系统采用扁钢吊带。
b截面特性
主构架截面：
2（[30b+□278×10]，缀板采用10mm钢板；
门架截面：
采用[12.6和[8组焊；两侧悬臂采用[16和[12.6
横联截面：
采用[12.6和[8组焊；
前上横梁截面：
采用2×I40a，缀板和加劲板均采用10mm钢板；
吊杆截面：
底模后吊杆采用Q345的扁钢截面□150×36（开孔Φ52），前吊杆采用直径32mm精轧螺纹钢，其他吊杆采用直径25mm精轧螺纹钢；
底模前后横梁截面：
采用2×I40a，加劲板和缀板均采用10mm钢板；
底模纵梁截面：
采用I40a；
底模板面板采用20mm竹胶板，横向分配采用□100×100mm方木；
另外，主构架轨道梁采用窄翼缘H型钢梁，内外模滑行梁采用2×[30b。
（4）边界条件的确定
主构架的边界条件：
（直接参考主构架模型图）
底模架的边界条件：
（直接参考底模架模型图）
（5）荷载条件的确定
底模面板面荷载的施加：
取前述1＃段面荷载，分别施加于底模板之腹板和底板部分，荷载方向为Z轴负方向；模型建立过程中考虑杆件自重。
4.计算结果和分析
（1）反力
经结构受力分析主构架前支点、后锚点反力图如下图
主构架前支点、后锚点反力如下表：
节点
FX（kN）
FY（kN）
FZ（kN）
MX（kN*m）
MY（kN*m）
MZ（kN*m）
后锚点
0
0
-595.5
0
0
0
前支点
0
0
1155.6
0
0
0
底模后横梁锚点及内外模板滑梁反力如下表：
节点
FX（kN）
FY（kN）
FZ（kN）
MX（kN*m）
MY（kN*m）
MZ（kN*m）
底模后锚点
0
0
335.6
0
0
0
内模滑梁
0
0
85.8
0
0
0
外模内测滑梁
0
0
70.2
0
0
0
外模外测滑梁
0
0
40.0
0
0
0
（2）内力和应力
a底模纵梁的内力和应力
1＃段底模模型如下图表示：
在进行内力分析中，取该模型中受力最大的纵梁进行分析，其弯曲内力如下图：
I40a截面特性：
W=1090cm^3,最大弯矩109.32kN.m，
=0.7
强度：
＝M/W＝100.3Mpa<[
]=170Mpa，
稳定性：
＝M/（
W）＝143.3Mpa<[
]=170Mpa
从上述分析中可以判定底模架通过验算
b底模横梁的内力和应力
因底模横梁前后横梁材料、截面性质相同，边界条件相同，施力点相同，但后横梁受力比前横梁大，故只对后横梁进行分析
后横梁的弯距图和剪力图如下所示：
从底模后横梁的分析结果表格中取最不利受弯截面处，受弯距M＝207.38KN.m，W＝2180cm^3，弯曲应力为M/W＝95.1MPa，小于容许应力170MPa，
取最大受剪力单元，有受剪271.5KN，有效抗剪面积为70cm^2，得剪应力为
＝38.8Mpa<[
]=100Mpa，
从上述分析中得出结论，底模后横梁通过检算，同时底模前横梁由于各力明显小于后横梁，故免于分析，通过检算。
c吊带（16Mn□150×36）的内力和应力
后横梁吊杆力验算
底模后横梁吊杆力如下表：
FX（kN）
FY（kN）
FZ（kN）
MX（kN*m）
MY（kN*m）
MZ（kN*m）
后锚点
0
0
335.6
0
0
0
底模后横梁吊带反力为335.6kN,吊带钻孔φ52±0.2mm，有效截面面积3.52e-3m^2。
吊杆取最大力335.6kN，得最大应力95.3MPa，小于容许应力210MPa，通过检算。
d主构架前上横梁的内力图如下
前上横梁的分析结果表格中取最最大受弯单元受弯距M＝206.5KN.m，W＝2180cm^3，弯曲应力为M/W＝94.7MPa，小于容许应力170MPa；
取最大受剪力单元，受剪297.8KN，有效抗剪面积为70cm^2，得剪应力为
＝42.5Mpa<[
]=100Mpa，
e主构架各杆件的内力分析
其内力如下图和下表所示：
取最大受压单元进行分析，受压力1138KN，截面面积A＝1.5227E-2m^2，imin＝0.102m，
max＝3.00/0.102＝29.4，b类构件，查表得
＝0.93，
＝N/（A*
）＝80.4Mpa<[
]=170Mpa；
最大拉力杆拉力为974.7kN，得应力
＝N/A＝64.0MP<[
]=170Mpa通过检算。
（3）位移
主构架前吊点的竖向位移
变形图如下图：
得最前端的竖向位移为13.8mm，向下；
该竖向位移连同在施工中所测得的非弹性位移共同计入立模高度中。
（4）其他杆件的验算
a内模走行梁的验算
走行梁全长9.98m，分布线荷载32.4kN/m，截面为2×[30b，按带悬臂的建模计算，经结构分析，得内模走行梁的弯距图、剪力图和变形图如下图
内模走行梁弯距图
内模走行梁剪力图：
得跨中最大弯曲应力为110.64×1000000/866000＝127.8MPa，小于容许应力170MPa，
最大剪应力85820/6760＝12.7MPa，小于容许应力100MPa
（5）轨道走行梁及锚固验算
取一侧轨道梁及其锚固进行验算
轨道梁截面特性
A=168.2cm2，
Iy=69568cm4，
Ix=53585cm4，
ymax=25.4cm，
Wxmin=2109.6cm3，
轨道梁允许弯矩：
[M]=170×2109.6/100
=3586.32kNm
轨道梁锚固采用精轧螺纹钢筋，钢筋直径Φ25，
按《预应力高强精轧螺纹粗钢筋设计施工规定》，取
σs=950Mpa
A=490mm2，[N]=950×0.49=465.5kN
轨道梁及其锚固计算模型
轨道梁弯矩（kNm）
轨道梁最大弯矩Mmax=233.85kNm
轨道梁承载力安全系数K=3586.32/233.85=15>2.0
锚固钢筋轴力（kN）
锚固钢筋最大轴向拉力Nmax=186.35kN
锚固钢筋安全系数K=465.5/186.35=2.5>2.0
（6）局部刚度验算
按现行钢结构规范进行缀板和劲板配置，免于验算。
（二）挂篮移位
轨道梁及其锚固计算模型
轨道梁弯矩（kNm）
轨道梁最大弯矩Mmax=291.09kNm
轨道梁承载力安全系数K=3586.32/291.09=12>2.0
锚固钢筋最大轴向拉力Nmax=186.0kN
锚固钢筋安全系数K=465.5/186.0=2.5>2.0
5.横联外悬臂
模型（kN）
轴力（kN）
弯矩（kN.m）
下弦杆受压：
N=200kN，Mmax=33.6kNm，2[16截面面积：
50.3cm2，ix=6.1cm，iy=5.1cm，计算长度173cm，得平面内最大应力168.1Mpa，平面外最大应力31Mpa，均小于容许应力170MPa
受压斜杆：
N=164kN，Mmax=3.05kNm，2[8截面面积：
20.48cm2，ix=3.1cm，iy=5.2cm，计算长度150cm，得平面内最大应力155.4Mpa，平面外最大应力85.2Mpa，均小于容许应力170MPa
受拉斜杆：
N=216kN，Mmax=1.69kNm，2[8截面面积：
20.48cm2，平面内最大应力137Mpa，平面外最大应力106Mpa，均小于容许应力170MPa
上弦杆受拉200kN，最大应力64Mpa小于容许应力170Mpa
上弦杆销子直径42mm，截面面积13.85cm2，双剪，抗剪200kN剪应力72Mpa，小于100Mpa
六、挂篮各关键部位均符合规范中的各项指标。
升级会员 