三角形挂篮检算.docx

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三角形挂篮检算

10.附件：

三角形挂篮检算方案

10.1.三角形挂篮结构形式，主要性能参数及特点

10.1.1.挂篮总体结构

挂篮由三角形主桁架、底模平台、模板系统、悬吊系统、锚固系统及走行系统六大部分组成。

详见附图1.《三角形挂篮设计图》。

主桁架：

主桁架是挂篮的主要受力结构。

由3榀三角主桁架、横向联结系组成。

3榀主桁架中心间距为6.95m，高3.428米，每榀桁架前后节点间距均为4.8m，总长10.32m。

桁架主杆件采用槽钢焊接的格构式，节点采用承压型高强螺栓联结。

横向联结系设两道，其中一道联结于两榀主桁架的竖杆上，其作用是保证主桁架的横向稳定。

另一道联结系联结主桁架后斜杆上，用于增强主桁架的横向稳定并强制两榀主桁架同步行走。

底模平台：

底模平台直接承受梁段混凝土重量，并为立模，钢筋绑扎，混凝土浇筑等工序提供操作场地。

其由底模板、纵梁和前后横梁组成。

底模板采用大块钢模板；纵梁采用双槽钢或单工字钢，横梁采用槽钢组焊。

前后横梁中心距为5.0m，纵梁与横梁螺栓联接。

模板系统:

外侧模的模板采用大块钢模板拼组，内模采用组合钢模板拼组。

外模板长度均为4.2m。

内模板为抽屉式结构,可采用手拉葫芦从前一梁段沿内模走行梁整体滑移就位。

悬吊系统：

悬吊系统用于悬吊底模平台、外模和内模。

并将底模平台、外模、内模的自重、梁段混凝土重量及其它施工荷载传递到主构架和已成梁段上。

悬吊系统包括前上横梁、底模平台前后吊带（杆）、外模走行梁前后吊杆、内外模走行梁前后吊杆、垫梁、扁担梁及螺旋千斤顶。

底模前后横梁各设6个吊点，其中前后横梁的中间4个吊点均采用吊带，由Q345钢板制成。

两侧的吊点采用Φ32精轧螺纹钢筋。

底模平台前端悬吊在挂篮前上横梁上，前上横梁上设有由垫梁、扁担梁和螺旋千斤顶组成的调节装置，可任意调整底模标高。

底模平台后端悬吊在已成梁段的底板上和翼缘板上。

外模走行梁和内模走行梁的前后吊杆均采用单根Φ32精轧螺纹钢筋。

其中外模走行梁前吊点与走行梁销接，以避免吊杆产生弯曲次应力。

锚固系统：

锚固系统设在3榀主桁架的后节点上，共2组，每组锚固系统包括2根后锚上扁担梁、4根后锚杆、2根后锚分配梁、3根后锚下扁担梁及6根竖向预应力粗钢筋。

其作用是平衡浇筑混凝土时产生的倾覆力矩，确保挂篮施工安全。

锚固系统的传力途径为主桁架后节点→后锚上扁担梁→后锚杆→后锚分配梁→后锚下扁担梁→竖向预应力粗钢筋。

走行系统:

走行系统包括垫枕、轨道、前支座、后支座、内外走行梁、滚轮架、牵引设备。

挂篮走行时前支座在轨道顶面滑行，联结于主构架后节点的后支座反扣在轨道翼缘下并沿翼缘行走。

挂篮走行由2台YCL60型千斤顶牵引主桁架并带动底模平台和外侧模一同前移就位。

走行过程中的抗倾覆力传力途径为主桁架后节点→后支座→轨道→垫枕→竖向预应力粗钢筋。

内模在钢筋绑扎完成后采用手拉葫芦沿内模走行梁滑移就位。

10.1.2.主要技术性能及参数：

适应最大梁段重：

1650KN。

适用施工节段长：

3.0－4.0m

适用梁体宽度（底/顶）：

14.5／20.65m

适用梁高：

2.2—4.2m

适用最小曲线半径：

Rmin=1000m

挂篮自重：

635KN。

走行方式：

液压千斤顶牵引。

工作壮态倾覆稳定系数：

>2.0

走行状态倾覆稳定系数：

>2.0

主构架前节点最大弹性变形：

17mm

10.1.3.主要特点

三角形主桁架结构简单，受力明确，重量轻、刚度大。

主桁架采用高强螺栓联结，非弹性变形可忽略不计。

三角形挂篮重心低，挂篮的拼装、使用、拆除安全、方便。

操作方便、安全，施工人员站在梁顶即可完成各项操作。

挂篮设计采用大型结构软件进行整体三维空间分析，使用安全可靠。

可进行连体挂篮的施工。

挂篮的外模板采用大块钢模板，可保证箱梁混凝土外观质量。

可变宽轻型门式内模框架，最大限度的保证箱内操作空间。

底模平台高度小，可用于施工期间需控制桥下通航、通车净空的悬灌梁桥的施工。

利用箱梁竖向预应力粗钢筋作后锚,抗倾覆系数高,安全可靠。

采用无平衡重液压千斤顶牵引方式，走形平稳、安全。

10.2.挂篮设计

10.2.1.设计依据

《K84+800沋河大桥设计图》陕西省公路勘察设计院

10.2.2.设计规范

《公路桥涵施工技术规范》TJT041-2000

《钢结构设计规范》GB5007-2003

《钢结构高强螺栓连接的设计、施工、及验收规程》JGJ82-91

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

10.2.3.主要技术指标

梁段长度：

4.0m

最重梁段重量：

1650KN

主构架最大下挠值：

20mm

前上横梁、走行梁、底模平台横梁和纵梁刚度：

支撑计算跨径的1/400

底模板、外模刚度：

支撑计算跨径的1/400

内模刚度：

支撑计算跨径的1/400

工作状态抗倾覆系数：

>2.0

走行状态抗倾覆系数：

>2.0

10.2.4.材料

钢材：

Q235B：

用于除销轴、吊带（杆）以外的其它构件。

Q345B用于吊带

40Cr号钢：

用于销轴

ZG275-500用于滚轮

40Si2MnV（高强精轧螺纹钢筋）：

用于吊杆及锚杆。

连接材料：

10.9S级钢结构用高强螺栓联结副

E43XX焊条

Er49-1CO2气体保护焊丝

10.2.5.结构计算

采用大型结构计算软件进行整体空间内力分析。

总体计算图示见图1。

总体计算图式三维效果图见附图2。

图1.挂篮总体计算图式

图2.挂篮总体计算图式三维效果图

10.2.6.计算成果

10.2.6.1.最重梁段荷载作用下的变形见图3。

图3.总变形图

图中可以看出挂篮最大综合变形位于底模平台，最大值为21.6mm.

2.2.6.2.主桁架及前上横梁变形值见图4。

中间主桁架前节点位移值

边主桁架前节点位移值

图4.主桁架及前上横梁变形值

计算表明在最重梁段荷载作用下中间主桁架前节点挠度值f1=17.1mm，边主桁架前节点挠度至为f2=13.6mm,前上横梁跨中挠度值f2=20.2mm。

主桁架和前上横梁刚度符合要求。

10.2.6.3.最重梁段荷载作用下主桁架各杆件轴力值见图5。

图5.主桁架各杆件轴力值

主桁架中间竖杆BC轴力绝对值最大，最大轴力为Fx=926.6KN。

10.2.6.4.最重梁段荷载作用下主桁架节点连接螺栓验算见附图6。

以轴力绝对值最大的杆BC进行验算，由于节点采用双节点板，故每侧螺栓群实际承受剪力V=926.6/2=463.3KN，计算表明，受力最大的螺栓承受剪力51.5KN，而每个螺栓的抗剪承载力为113.1KN，螺栓群有较大的安全储备。

图6.主桁架节点连接螺栓检算

10.2.6.5.最重梁段荷载作用下主桁架及前上横梁应力值见图7。

图7.主桁架及前上横梁应力值

计算表明在最重梁段荷载作用下考虑节点次应力的情况下主桁架杆件最大拉应力бl=107.4MPa，最大压应力бa=115.6MPa，考虑稳定系数后最大压应力бa=135MPa。

前上横梁最大弯曲应力бw=119.1MPa。

主桁架和前上横梁强度符合要求。

10.2.6.6.最重梁段荷载作用下底模平台变形值见图8。

图中所示变形值已累加了主桁架、前上横梁、吊杆的变形值，但此三项变形对底模平台的影响可通过调整装置消除。

在扣除以上三项影响后，底模平台最大挠度发生在中腹板下的纵梁跨中，最大值为8.9mm。

相对挠度为8.9／5000＝1／562<1/400，底模板最大局部变形为1.0mm。

底模平台前后横梁变形值均小于1.0mm。

图82a.底模平台综合变形值

图8b.不累加主桁架、前上横梁、吊杆的变形时底模平台变形值

10.2.6.7.最重梁段荷载作用下底模平台应力值见图9。

图9.底模平台应力值

底模平台最大应力发生在边纵梁跨中，最大应力值为114MPa。

10.2.6.8.最重梁段荷载作用下底模平台吊带（杆）应力值见图10。

底模平台吊杆最大应力为21.8MPa与40Si2MnV（高强精轧螺纹钢筋）允许应力[б]=375MPa相比较，吊杆应力储备较大。

吊带最大应力值为36.8MPa,此项应力未计入销孔消弱及应力集中的影响。

图10.底模平台吊杆应力值

10.2.6.9.考虑吊带销孔消弱和应力集中后应力值见附图11a和附图11b。

其中附图11b为局部放大图。

计算表明，销孔应力集中严重，最大应力达到493.4MPa，说明销轴与销孔接触点附近吊带已局部屈服。

但屈服范围很小，考虑到材料屈服后的应力重分配，吊带是足够安全的。

图11a

图11b

10.2.6.10.最重梁段荷载作用下挂篮前支座和后锚反力值见图12。

图12.挂篮前支座和后锚反力值

前支座反力R1=982KN，后锚反力R2=486KN。

10.2.6.11.梁段荷载作用下挂篮前支座应力值见图13。

前支座采用壳单元实体建模进行线弹性分析。

图13.挂篮前支座VonMisesStress

按线弹性分析的前支座应力集中较为明显，最大等效VonMises应力达到了208MPa，但低于Q235B的屈服应力，考虑到应力重分配，前支座在最重梁段荷载作用下是安全的。

10.2.6.12.最重梁段荷载作用下挂篮后锚抗倾覆系数的计算

后锚计算反力R2=486KN，平均分配于6根精轧螺纹钢筋，6根精轧螺纹钢筋总屈服力R=3600KN，故工作状态抗倾覆系数K1=3600／486＝7.4

10.2.6.13.最重梁段荷载作用下挂篮后锚下扁担梁应力见图14

后锚下扁担梁采用壳单元实体建模进行线弹性分析，重点考察腹板开孔后的应力集中情况。

由图中看出，腹板开孔后应力集中明显，但数值不大，最大等效VonMises应力为161MPa，说明后锚下扁担梁是安全的。

图14.挂篮后锚下扁担梁VonMisesStress

10.2.6.14.外模走行梁在4.0m长梁段荷载作用下的变形和应力见图15和图16。

工作状态外模走行梁在支撑外模的范围内最大挠度为3.1mm，最大弯曲应力为54.2MPa。

图15.工作状态外模走行梁变形值

图16.工作状态外模走行梁应力值

10.2.6.15.外模走行梁在走形状态最不利工况下的变形和应力见附图17和图18。

图17.走行状态外模走行梁变形值

图18.走行状态外模走行梁应力值

走行状态外模走行梁最大挠度为16.6mm，最大弯曲应力为88.5MPa。

外模走行梁为刚度控制，强度储备较大。

10.2.6.16.内模走行梁在4.0m长梁段荷载作用下的变形和应力见图19和图20。

工作状态内模走行梁在支撑内模的范围内最大挠度为7.9mm，最大弯曲应力为123MPa。

图19.工作状态内模走行梁变形值

图20.工作状态内模走行梁应力值

10.2.6.17.挂篮走行状态最不利工况下后锚抗倾覆系数的计算

挂篮走行状态最不利工况下后锚反力R=184KN。

根据走行状态的后锚反力传理途径，最不利时有一根精轧螺纹钢筋承受，一根精轧螺纹钢筋的屈服力为600KN，走行状态抗倾覆系数K2=600／184＝3.3。

10.2.6.18.挂篮走行状态轨道应力见附图21

轨道采用实体单元实体建模进行线弹性分析，在轨道翼缘施加2倍的最大后锚反力。

重点考察在保证后锚抗倾覆安全系数不小于2.0的情况下轨道翼缘根部应力情况。

利用轨道的对称性，模型仅取二分之一计算。

图21.轨道VonMisesStress

由图中看出，轨道在2倍最大后锚反力作用下翼缘根部最大等效VonMises应力为180MPa，小于Q235B的屈服应力，说明轨道能够满足挂篮走行状态抗倾覆系数不小于2.0的要求。

根据2.2.6.17和2.2.6.18两项计算，挂篮走行状态后锚抗倾覆系数由轨道翼缘根部应力控制，实际抗倾覆系数大于2.0。