挂篮计算书.docx
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挂篮计算书
第1章设计计算说明
1.1设计依据
⑴新建铁路客运专线施工图；
⑵《钢结构设计规范》GBJ17-88；
⑶《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》；
⑷其他相关规范手册。
1.2工程概况
本主桥为铁路客运专线连续箱梁，主桥桥跨组成为64+64m的单箱单室连续梁。
箱梁顶宽12.2m，翼缘板长2.75m，支点处梁高7.50m，跨中梁高4m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。
腹板厚90cm（支点）至45cm折线变化，底板厚度为90cm至42cm按直线线性变化，顶板厚度40cm。
箱梁0#块梁段长度为12m，直线段长度为5.75m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为5#段，其重量为165.6吨，1#段重为1164.5吨。
该特大桥箱梁悬臂浇注段采用菱形挂篮施工。
施工荷载：
施工挂篮、机具、人群。
1.3挂篮设计
1.3.1主要技术参数
钢弹性模量Es＝2.1×105MPa；
材料强度设计值：
Q235钢厚度或直径≤16mm，f=215N/mm2，fV=125N/mm2
厚度或直径>16～40mm，f=205N/mm2，fV=120N/mm2
Q345钢厚度或直径≤16mm，f=310N/mm2，fV=180N/mm2
厚度或直径>16～40mm，f=295N/mm2，fV=170N/mm2
高强精轧螺纹钢φ25㎜（JL785），极限强度f=980Mpa，屈服强度fV=785Mpa；
张拉千斤顶为：
YC60A型千斤顶；
1.3.2挂篮构造
挂篮为菱形挂篮，菱形架片由2[36a普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成，前横梁由双工40b型钢组成，底篮前托梁由2I36a普通热轧槽钢组成，底篮后托梁由2I36a普通热轧槽钢组成，底篮腹板下纵梁为HN350*175*7*11型钢，吊杆采用φ32精轧螺纹钢。
主桁系统重13.5t、前横梁3.8t，行走系统重4.06t、底篮14.5t（包括底模重）、侧模重13.6t、内模系统重6.7t、端模重0.5t（估算），外侧模吊提梁、吊杆重2.44t，整个挂篮系统重62.1t。
1.3.3挂篮计算设计荷载及组合
⑴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。
⑵作用于挂篮主桁的荷载
箱梁荷载：
箱梁荷载取1#块计算。
1#块段长度为3m，荷载为1540kn
施工机具及人群荷载：
2.5kN/m2；
挂篮自重（不含行走及主桁架系统）：
6210kn；
⑶荷载组合
荷载组合Ⅰ：
混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载；
荷载组合Ⅱ：
挂篮自重+冲击附加荷载；
荷载组合Ⅰ用于主桁承重系统强度和稳定性计算，荷载组合Ⅱ用于挂篮系统行走算。
第2章挂篮底篮及吊杆计算
2.11#块重量作用下底篮各项计算指标
由于最重段5#段重量与1#段重量相差不多，因为1#段节段长度为3米，明显受力较5#段不利，计算时以1#段计算，但荷载取5#段荷载（二者相差11kn）
1#块梁段长度为3m，重量为1645kn，，施工机具及人群荷载2.5kPa恒载分项系数K1=1.2；活载分项系数K2=1.4。
2.1.1腹板下面加强纵梁的计算
箱梁梁段两端高度分别为7.15m和6.776m取6.963m.加强纵梁间腹板宽80cm（每边由4片加强纵梁承受），加强纵梁间距为0.2m，
模板重量按1.46kN/m2计，模板荷载为：
q2=1.46*1*1.2=1.752kn/m
人群及机具荷载为：
q3=2.5*1.0*1.4=3.5kn/m
倾倒和振捣混凝土产生的荷载：
q4=4*1.01.4=5.6kn/m
混凝土线性荷载为：
q1=6.963*0.8*3*26*1.2*1/3=173.8kn/m
1#块每根加强纵梁上的均布荷载为：
q=（q1+q2+q3+q4）/4=46.16kn/m
加强纵梁的受力及计算模型如图2-1所示:
图2-1纵梁受力模型
支点反力分别为：
RA=86.223KN
RB=52.257KN
最大弯矩为Mmax=123.64KNm
加强纵梁选用HN350*175*7*10型钢，截面特性参数为：
A=6366
I=137000000
W=782857
则：
＜f=160N/mm2,满足要求。
根据上述模型计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为：
<5300/500=10.6mm，
设计中该纵梁在长度方向上均布设加劲板，加强整体刚度。
变形能满足整体变形要求。
2.1.2底板下普通纵梁的计算
计算普通纵梁强度
底板荷载由6根普通纵梁承受。
混凝土荷载：
q1=0.8265*5.1*26*1.2=131.51KN/m
模板重量按0.9kN/m2计，模板荷载为：
人群及机具荷载：
倾倒和振捣混凝土产生的荷载：
每根普通纵梁上的均布荷载为：
q=（q1+q2+q3+q4）/6=30.57KN/m,小于腹板处纵梁均布荷载。
建立力学模型，计算得：
支点反力
RA=57.1KN
RB=34.6KN
最大弯矩Mmax=81.879KN/m
则
，满足要求。
普通纵梁最大变形为：
<5300/500=10.6mm，可满足整体变形要求。
由以上计算可知，普通纵梁应力强度和变形条件均满足要求。
2.2下托梁计算
2.2.1底拖前托梁（按最重块计算）
荷载：
前托梁承担底部荷载的45%
底托系统G1=14.5t×10×45％/6.7=9.74kN/m
混凝土除顶板外的重量都由底模系统承担，则
腹板处的荷载=46.16*4/0.8+9.74=240.54KN/M
底板处的荷载=30.57*6/5.1+9.74=45.7KN/m
受力图如下：
前托梁弯矩图（单位:
kN·m）
前托梁剪力图（单位:
kN·m）
计算得：
Mmax=70.294KN/m
支点反力R1=121252N，R2=220257N
前托梁采用2I36a普通热轧槽钢，截面形式如图
查表知[36a槽钢组成的箱形结构截面特性参数为：
，满足要求。
挠度
满足要求
采用φ32精扎螺纹，屈服极限785Mpa。
验算吊杆强度
，满足要求。
前托梁的最大剪应力：
满足要求，
由于抗剪强度远小于许用剪应力，所以可以忽略不计。
2.2.2底模后托梁
荷载：
后托梁承担底部荷载的55%
故，后托梁的弯应力、变形均为前托梁的1.22倍
前、后托梁的强度刚度均满足设计要求！
第3章主构架计算
3.1主桁架计算
3.1.1主桁架结构如下图
荷载元素：
最大梁段重量取1660kn
挂篮自重621kn
人员、机具合计25kn
因梁体前后为变截面，前轻后重，为安全计，前吊点受力取总荷载一半计算，则P0=（1660+621+25）/2=1153kn，
单片桁架受力为：
P=1153/2=576.5kn.
建立模型，得出主桁架各杆件轴力图如下图
主桁架轴力图
3.1.2断面检算
由上可知，AC杆所受拉力最大，为1005.7kn。
由于断面相同，CD杆所受拉力小于AC杆，只需检算AC杆。
其他杆件受压，全部需要检算。
杆件断面图如下图：
主桁架断面图
为2*[36a槽钢和10mm钢板焊接而成。
其截面性质如下：
Ix=23740cm4Wx=1320cm3Iy=19203cm4A=121.8cm2
⑴AC杆检算
最大正应力σ=N/A=1010/121.8=82.92Mpa<[σ]
此杆件只受拉，无需检算其他项目，满足要求。
⑵AB杆检算
此杆件为受压杆件，需要检算稳定性。
截面性质计算：
rx=（Ix/A）1/2=（23740/121.8）1/2=13.96cm，
ry=（Iy/A）1/2=（19203/121.8）1/2=12.56cm.
稳定性计算，自由长度面内lx=0.8l0=0.8*465=372cm
面外ly=l0=465cm.
对x轴的压弯稳定性计算：
λx=lx/rx=372/13.96=26.65,查表得φ=0.948
则N/φ*A=807*103/（0.948*121.8*10-4）=69.9Mpa<[σ]
满足要求。
对y轴压弯稳定性计算：
λy=ly/ry=465/12.56=37,查表得φ=0.91
则N/φ*A=807*103/（0.91*121.8*10-4）=72.8Mpa<[σ]
满足要求。
⑶BC杆检算
此杆件为受压杆件，需要检算稳定性。
稳定性计算，自由长度面内lx=0.8l0=0.8*350=280cm
面外ly=l0=350cm。
对x轴的压弯稳定性计算：
λx=lx/rx=280/13.96=20.05,查表得φ=0.97
则N/φ*A=607.5*103/（0.97*121.8*10-4）=51.42Mpa<[σ]
满足要求。
对y轴压弯稳定性计算：
λy=ly/ry=350/12.56=27.87,查表得φ=0.943
则N/φ*A=607.5*103/（0.943*121.8*10-4）=52.89Mpa<[σ]
满足要求。
⑷BD杆检算
此杆件为受压杆件，需要检算稳定性。
稳定性计算，自由长度面内lx=0.8l0=0.8*602=481.6cm
面外ly=l0=602cm。
对x轴的压弯稳定性计算：
λx=lx/rx=481.6/13.96=34.5,查表得φ=0.92
则N/φ*A=991.8*103/（0.92*121.8*10-4）=88.5Mpa<[σ]
满足要求。
对y轴压弯稳定性计算：
λy=ly/ry=602/12.56=47.93,查表得φ=0.86
则N/φ*A=991.8*103/（0.86*121.8*10-4）
=94.68Mpa<[σ]
满足要求。
⑸最大挠度D点最大，为fc=15.6mm.
支反力：
RA=-P*490/465=-607.5kn
RB=P*955/465=1184kn.
经检算，主桁架满足使用要求。
3.2后锚杆，后锚扁担梁检算
3.2.1后锚扁担梁计算
后锚系统承受支反力RA，有3根扁担梁承受，每根扁担梁由2根Φ32精轧螺纹钢锚固在梁体上，考虑到安装松紧等因素，取不均匀系数为1.5，共6根精轧螺纹钢，则每根受力为：
N=RA/6=101.3kn,
拉应力σ=γ*N/A=（1.5*101.3）/（8.04*10-4）=189Mpa<[σ]=750Mpa
其中A=8.04*10-4为精轧螺纹钢截面积，
精轧螺纹钢容许应力[σ]=750Mpa。
安全系数K=750/189=3.968
后锚扁担梁共有3根，则每根平均受力为：
N1=γ*RA/3=304kn..受力简图如下图4：
建立模型，得出最大弯矩M=118kn*m
最大剪力Q=165kn。
后锚扁担梁受力简图
后锚扁担梁由2根[32b槽钢组焊而成，其截面性质如下：
Ix=8144cm4,Wx=2036cm3,
A=110.2cm2,S*=302.5cm3
则有弯曲正应力σ=M/*Wx=118*103/（1.05*2036*10-6）
=55.2Mpa<[σ]
剪应力：
τ=QS*/It=165*103*426*10-6/（2*8144*10-8*9*10-3）
=47.95Mpa<[τ]
都满足要求。
3.2.2主桁架销轴强度检算
本设计AB、AC/CD/BD杆杆端均采用40Cr钢Φ78.5销轴连接
由于AC杆受力最大，所以对杆杆端的连接强度检算。
销轴采用Φ78.5，材质40Cr钢。
截面积A=4837.4mm2
材料允许拉应力为[σ]=600Mpa,按照《起重设计规范》得允许剪应力为
[τ]=[σ]/31/2=346.4kn
销轴的允许抗剪力为：
Nbv=n*3.14*d2/4*[τ]=1675.6kn>Nmax=1010kn（AC杆）
满足要求。
3.2.3销孔拉板的计算
销孔壁承压应力验算
销孔的直径是D=80mm
]=224Mp
所以δ=56mm
由于是两边同时承受力，所以一边销孔拉板厚度是28mm
所以连接板采用20mm,再在槽钢内壁加上一块16mm的补强板。
3.3挂篮抗倾覆系数计算
浇注混凝土时，后锚总受力最大，以此确定挂篮的抗倾覆系数。
后锚受力F=前吊点受力P0=1215kn,后锚由12根Φ32精轧螺纹钢，则单根吊杆受力为:
F后=F/12=1215/12=101.25kn
后锚杆截面积A=3.14*162=8.04cm2
σmax=F后/A=101.25/8.04=125.93Mpa.
Φ32精轧螺纹钢[σ]=750Mpa.
则抗倾覆系数K=[σ]/σ=750/125.93=5.95。
3.4顶横梁检算
⑴顶横梁采用2H500*200*10组合成“II”形截面。
截面特性如下：
截面抵抗矩Wx＝3827.68cm3
截面塑性发展系数γx＝1.05
截面半面积矩Sx＝3466.000cm3
截面面积A＝228.46cm2
截面惯性矩Ix＝95692cm4
⑵受力计算
顶横梁承受前吊带传递的吊力，前吊带为φ32精轧螺纹钢。
计算时假设φ32精轧螺纹钢分别承受内外模板的重量和前下横梁传递的力，此处均应考虑1.2的冲击系数。
最不利工况确定：
当浇筑1#梁段时，梁段受力最大，此时确定为最不利工况，计算得
Mmax=246KN.mQmax=514KN,fmax=11.6mm
弯曲正应力计算：
σ=Mmax/（γWx）
=246*103/1.05*3827.68*10-6=61.2Mpa<[σ]=215Mpa
剪应力计算：
τ=QS*/It=（514×103×3466×10-6）/（2×95692×10-8×15×10-3）
=62.05Mpa<[τ]=125Mpa
整体稳定性计算：
λe=（α×l0×γx）/（h×γy）
=（1.8×9.54×0.26）/（0.5×0.14）=63.78
查表得φ=0.789
故σ=Mmax/（Wx×φ）=246×103/3827.68×10-6×0.789）
=81.46Mpa<[σ]=215Mpa
满足要求。
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