客运专线河北省境内张家口至唐山客运专线70+120+120+70m连续梁挂篮施工力学计算书.docx

客运专线河北省境内张家口至唐山客运专线70+120+120+70m连续梁挂篮施工力学计算书.docx

《客运专线河北省境内张家口至唐山客运专线70+120+120+70m连续梁挂篮施工力学计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《客运专线河北省境内张家口至唐山客运专线70+120+120+70m连续梁挂篮施工力学计算书.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

客运专线河北省境内张家口至唐山客运专线70+120+120+70m连续梁挂篮施工力学计算书

河北省境内张家口至唐山客运专线70+120+120+70m连续梁挂篮施工力学计算书

一、工程概况

本主桥为连续箱梁，主桥桥跨组成为70+120+120+70的单箱单室连续梁。

箱梁顶宽11.4m，翼缘板长2.5m，支点处梁高8.9m，跨中梁高4.9m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。

腹板厚150cm（支点）～50cm，底板厚度为230（支点）～50cm，顶板厚度155~50cm。

箱梁0#块梁段长度为12m，合拢段长度为2.0m,边跨直线段长度为5.25m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为1#块，其重量为205.6t，计算时取为210t。

该特大桥箱梁悬臂浇注段采用菱形挂篮施工。

0#块、1#块纵断面及1#块最不利截面见图1

图10#块和1#块纵断面和横断面

挂篮为菱形型挂篮,主要包括主构架、行走及锚固装置、底模架、内外侧模板、前吊装置、后吊装置、前上横梁、后上横梁等组成。

菱形架采用双拼[36b槽钢，上横梁为双拼[40b槽钢，底托梁为双拼[40b槽钢，内外滑梁为双拼[32b槽钢，底托纵梁为I40b工字钢。

图2挂篮总体结构（横断面图）

图3挂篮总体结构（纵断面图）

二．设计依据及主要参数

1．设计依据

（1）双线（70+120+120+70）m连续刚构施工图；

（2）《铁路桥涵施工规范》TB10203-2002；

（3）《钢结构设计规范》GBJ17-88；

（4）《路桥施工计算手册》；

（5）《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》；

（6）《机械设计手册》；

（7）《铁路桥梁钢结构设计规范》；

2．结构参数

（1）悬臂浇筑砼箱梁最不利段长度为3m。

（2）箱梁底板宽6.4m，顶板宽11.4m。

3.设计荷载：

（1）悬臂浇筑最重梁段约2100kN。

（2）挂篮及模板总重约700kN，其中内模系统自重100kN，外侧模系统自重120kN，底模板系统100kN。

（3）人群及机具荷载取2.5KPa。

（4）荷载组合：

a.1.2*（砼重+挂篮自重）+1.4*人群机具（强度、稳定）

b.砼重+挂篮自重+人群机具（刚度）

c.砼重+挂篮自重+风荷载（稳定）

（5）最不利工况下最大组合荷载值：

a.荷载组合：

1.2*（2100+320）+1.4*2.5*11.4*3.0=3024kN（强度、稳定性）

b.荷载组合：

1*（2100+320）+1.0*2.5*11.4*3.0=2505kN（刚度）

（7）主材设计标准强度

三、主构架计算

1、主菱形构架结构图

图4三角构架结构图（单位m）

2、挂篮主桁各部件截面特性

构件

-

均为2[36b槽钢,上焊10mm钢板，Q235钢,其组合截面特性见下图,

图5加强型双[36b槽钢（尺寸单位:

m）及截面特性

3、主构架强度和稳定性计算

一侧主构架承受的荷载为：

3024/2/2=756kN，见下图。

图6　构架荷载情况

计算结果如下：

图7轴力图（kNm）和应力图（MPa）

图8支座反力

最大拉应力为：

σ=114MPa

5号杆为最不利受压杆，其承载能力由其稳定性确定。

稳定性计算结果如下：

轴心压力设计值=1380kN

截面面积A=166.181cm2

绕X轴弯曲的计算长度Lx=657.3cm

绕Y轴方向计算长度Ly=657.3cm

绕X轴方向上截面惯性矩Ix=35573.388cm4

绕Y轴方向上截面惯性矩Iy=9064.829cm4

材料抗压强度设计值f=205MPa

容许长细比【λ】=150

绕X轴的回转半径ix=

=

=14.63cm

绕Y轴的回转半径iy=

=

=7.39cm

绕X轴的长细比λx=

=

=44.9<【λ】=150,刚度条件满足要求！

绕Y轴的长细比λy=

=

=88.9<【λ】=150刚度条件满足要求！

λx<λy，根据λy查表得稳定系数φ=0.878

稳定性检算：

σ=

=

=94.6MPa<【σ】=205MPa,

结论:

满足整体稳定条件要求！

5、主构架刚度计算

刚度计算时一片主构架的计算荷载为：

2505/4=626kN

图9刚度计算荷载

相应的变形为：

图10变形图

四、前、后吊带计算

吊杆为D32高强度精轧螺纹钢筋，钢号PSB830，吊杆最大受拉长度13m,截面面积为3.14*0.032*0.032/4=0.000804m2；

其承载能力为[N]=0.000804×830000000=667187N=667kN

由前面计算结果得知，一侧主构架之前吊杆的最大荷载为756kN，主构架一侧有4根吊杆，因此：

总承载能力为[N]=667*4=2668kN>N=756kN，安全系数为：

n=2668/756=3.5,满足强度要求。

精扎螺纹钢筋受力图（按纵向3米计算）：

图11梁段区域组合荷载计算结果

精扎螺纹钢筋伸长量：

Δ=（916+638/2）/8*13/200000000/0.000804/1.2=0.01m

则挂蓝最大位移为：

13.5+10=23.5mm。

五、混凝土浇注时后锚力学计算

菱形主构架一侧由三对φ25精扎螺纹钢筋锚固，φ25精扎螺纹钢筋承载能力为：

1/4×3.14×25×25×930=482.3kN;

后锚最大锚固力为：

Nmax=1039kN,则一根φ25精扎螺纹钢筋最大承受1039/6=173kN<[P]=482kN轴力,抗倾覆安全系数为482/173=2.8。

六、前上横梁计算

1、前上横梁布置图

前上横梁布置见下图：

图12前上横梁布置（单位mm）

2、前上横梁为双[40b槽钢，局部上贴10mm厚钢板，其截面特性如下：

图13双[40b槽钢（尺寸单位:

m）及截面特性

图14加强型双[40b槽钢及截面特性

3、前上横梁计算模型

按1.2*（分块荷载+模板荷载）+1.4*人群机械荷载计算1.5m长的分块荷载计算，可得到前上横梁计算模型。

图15前上横梁计算模型（单位：

m）

4、前上横梁计算结果

（1）弯矩图和最大应力

图16弯矩图（kN）和最大应力（MPa）

（2）剪力图

图17剪力图（kN）

（3）变形图

图18变形图

可见，前上横梁各杆件的最大截面应力为180MPa

七、前下横梁计算

1、前下横梁布置图

前下横梁为双排[40b工字钢截面，其计算模型如下：

图19前下横梁计算模型图（尺寸单位:

m）

5、前下横梁计算结果

图20弯矩图（kN）及最大应力值（MPa）

图21剪力图（kN）

图22前下横梁最大位移

可见：

前下横梁的最大正应力为σmax=54MPa

八、底模纵梁计算

1、底模纵梁布置图

挂篮底模用15根I40b工字钢钢。

其计算模型如下：

图23底模纵梁横向布置图（单位:

m）

2、一根底模纵梁I40b工字钢截面特性

图24I40b工字钢截面（尺寸m）及截面特性

3、底模纵梁计算结果

图25底模纵梁弯矩图（kN）与最大正应力（MPa）

图26底模纵梁变形图

可见：

挂篮底模纵梁的最大截面拉应力σ=152MPa

另外，最大位移为w=10.8/5500/1.2=1/611

九、后下横梁计算

后下横梁的吊点与前下横梁规格相同，则其所外载与前横梁基本相同，可以推知后横梁满足强度要求。

十、外模滑梁计算

1、工作时的外滑梁计算模型

图27滑梁吊点布置图（单位：

m）

滑梁为双[32b槽钢，其截面特性如下：

图28外滑梁组合截面及截面特性

工作时外滑梁计算结果

图29弯矩（kNm）与最大正应力图（MPa）

图30剪力图（kN）

图31变形曲线

从以上计算结果可知：

（1）外滑梁的工作时的最大正应力为σ=163MPa

（2）外滑梁工作时的最大挠度为：

W=1/（14.7/（5500*1.2））=1/448<[w]=1/400，满足刚度要求。

2、走行时的外滑梁计算模型

图32滑梁吊点布置图（单位:

m）

走行时滑梁计算结果：

图33弯矩（kNm）与最大正应力图（MPa）

图34剪力图（kN）

图35变形曲线

从以上计算结果可知：

（1）外滑梁的走行时的最大正应力为σ=68MPa

（2）外滑梁走行时的最大挠度为：

14.2/（8000*1.2）=1/676

十一、内模滑梁计算

内模滑梁由双[30b槽钢和钢板组焊而成，从梁段各区域组合荷载情况看，一根内滑梁所受荷载小于外滑梁所受荷载，从外滑梁的检算结果可知，内滑梁在工作和走行时，满足强度和刚度要求。

图363米梁端各区域组合荷载计算结果

十二、结论

通过对挂篮主构架、前后吊带、前上下横梁、后下横梁、内外模滑梁等关键受力构件分析知，它们的受力满足强度和刚度要求;工作时抗倾覆稳定性满足要求。