14局湘潭挂篮计算书.docx

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14局湘潭挂篮计算书

中铁十四局集团有限公司湘潭荷花大桥

连续梁施工

菱形挂篮设计计算书

编制人：

旷夏雨

审核人：

林坚

株洲华星建造有限公司

2013年06月

目录

1.工程概况4

2.控制节段选择4

3.检算依据4

4.计算方法4

5.挂篮主要尺寸拟定5

6.底模计算5

6.1计算断面5

6.2底模构成5

6.3计算模型：

6

6.4腹板下的底模纵梁计算6

6.4.1荷载计算6

6.4.2受力模型8

6.4.3计算模型：

（tm）9

6.4.4竖向变形图：

（m）9

6.4.5应力图：

（t/m²）10

6.4.6支点反力图：

（t）

6.5底板下的底模纵梁计算10

6.5.1荷载计算10

6.5.2受力模型10

6.5.3计算模型：

（tm）11

6.5.4竖向变形图：

（m）11

6.5.5应力图：

（t/m²）12

6.5.6支点反力图：

（t）

7.底模后横梁计算13

7.1底模后横梁悬吊组成13

7.2底模后横梁浇筑工况计算14

7.2.1模型简图：

（tm）14

7.2.2支点反力：

（t）

7.2.3竖向变形图：

（m）15

7.2.4应力图：

（t/m²）15

7.3底模后横梁走行工况计算16

7.3.1模型简图：

（t-m）16

7.3.2支点反力：

（t）16

7.3.3竖向变形图：

（m）16

7.3.4应力图：

（t/m²）17

8.底模前横梁计算17

8.1底模前横梁悬吊组成17

8.2模型简图：

（tm）18

8.3支点反力：

（t）18

8.4竖向变形图：

（m）18

8.5应力图：

（t/m²）19

9.后悬吊计算19

9.1吊带受力及构成

9.2吊带平均应力

10.前吊带计算19

11.侧模计算21

11.1侧模构成21

11.2工况分析21

11.3浇注混凝土梁工况计算22

11.3.1外滑梁荷载图示22

11.3.2模型简图：

（tm）24

11.3.3吊点力：

（t）24

11.3.4竖向变形：

（m）24

11.3.5应力图：

（t/m²）25

11.4走行到位工况计算25

11.4.1外滑梁荷载图示25

11.4.2模型简图：

（tm）25

11.4.3吊点力：

（t）25

11.4.4竖向变形：

（m）26

11.4.5应力图：

（t/m²）26

12.内模计算26

13.前上横梁计算27

13.1前上横梁荷载分析27

13.2模型简图：

（tm）28

13.3支点反力：

（t）28

13.4竖向位移：

（m）28

13.5应力图：

（t/m²）29

14.主构架计算29

14.1结构组成29

14.2荷载及工况分析30

14.3结构受力检算31

14.3.1模型简图：

（tm）31

14.3.2支点反力：

（t）31

14.3.3竖向位移：

（m）31

14.3.4杆件轴力：

（t）32

14.3.5杆件应力：

（t/m²）32

15.锚固计算35

16.防护棚计算…………………………………………………………………………….36

1.工程概况

该工程位于湖南省湘潭市境内，是单箱双室、变高度桥体结构，箱梁顶宽为17.50m，底宽10.5m。

腹板变化是65cm、45cm。

该连续梁通过挂篮悬灌施工，0＃段长度为10m，设计悬灌长度分别为3.5m、4m。

1#节段3.5m长为最重节段，依照此节段混凝土方量参照箱梁构造设计挂篮图纸

2.控制节段选择

鉴于挂篮的悬灌节段分为2种，长度逐个变化，节段长度不一样以及节段的重量不一样，那么挂篮施工总荷载对挂篮主构架及前后悬吊的受力效果就不一样，先根据集中挂篮的长度及其在单个节段长度内的最大混凝土施工方量对挂篮的受力进行概算。

3.检算依据

①.《中铁十四局集团有限公司湘潭荷花大桥连续梁施工施工图》；

②.《铁路桥涵施工规范》；

③.《钢结构设计规范》；

④.《公路桥涵施工规范》；

⑤.其他相关设计资料。

4.计算方法

本设计计算采用容许应力法，荷载的计算只是计算实际发生的荷载，而不再增加荷载系数。

Q235B钢材的组合容许应力为145MPa进行控制。

我公司采用MIDAS软件对挂篮进行建模分析。

混凝土容重根据采用2.65t/m3，灌注混凝土时考虑机械载荷及冲击载荷、安全系数等，按混凝土梁重的1.2倍作为荷载计算。

5.挂篮主要尺寸拟定

根据梁段的施工节段长度，以及挂篮自身结构系数，拟定出挂篮的主要结构尺寸，主构架的前端长度是5.0m，后端中心长度是4.0m，底模前后横梁纵向中心水平距离是4.925m，梁顶板为有2%斜坡，因此挂篮的滑船高度不一致,最终通过滑船高差使挂篮水平.

至于底模的宽度、吊带及吊杆的位置情况，根据梁段横向尺寸及预应力设置情况来确定。

6.底模计算

6.1计算断面

1#节段的断面图如下：

6.2底模构成

底模分为底模纵梁、底模板、底模前横梁、底模后横梁等四个部分。

如下图所示：

6.3计算模型：

底模纵梁可以按照简支梁进行简化；底模前后横梁则可以简化为连续梁，其支座可以假定为悬吊点的位置；对于底模板采用木模板或者钢模板即可。

6.4腹板下的底模纵梁计算

6.4.1荷载计算

经分析，1#段截面腹板下底模纵梁受力最大，底模纵梁按照简支梁进行计算的跨度为5.0m，计算荷载长度是3.5m。

底模边纵梁采用的是HN350*175*7/11热轧H型钢，而中纵梁则同样采用的是HN350*175*7/11热轧H型钢。

混凝土箱梁腹板厚度是65cm，腹板下按照3根HN350*175*7/11热轧H型钢作为边纵梁承受腹板荷载，根据箱梁断面积计算,那么单根H型钢承受的混凝土箱梁腹板均布荷载是：

3t/m（含20%的超载系数）,荷载长度是3.5m.

6.4.2受力模型

根据挂篮底模的设计图可以看出，底模纵梁在后端的荷载起始点是距后端支点0.5m，荷载长度是3.5m，计算跨度是5.0m。

6.4.3计算模型：

（tm）

从此图可以看出，底模后横梁承受底模纵梁的单个支点力是5.8t，底模前横梁承受的底模纵梁的单个支点力是4.7t。

用此计算结果进行底模前、后横梁的计算。

6.4.4竖向变形图：

（m）

最大竖向挠度是8mm

6.4.5应力图：

（t/m²）

最大应力113.25Mpa<[σ]=145MPa（可以通过）

6.5底板下的底模纵梁计算

6.5.1荷载计算

混凝土箱梁底板混凝土断面面积是2.65m2，用3根HN350×175×7×11热轧H型钢承受，那么每根H型钢承受的混凝土均布荷载是：

2.8t/m荷载长度是3.5m。

HN350×175×7×11热轧H型钢，材质Q235，截面特性值同上面腹板下底纵梁。

6.5.2受力模型

根据挂篮底模的设计图可以看出，底模纵梁在后端的荷载起始点是距后端支点0.5m，荷载长度是3.5m，计算跨度是5.0m。

6.5.3计算模型：

（tm）

可以看出，作用于后下横梁及前下横梁的作用力分别为5.4t/4.4t。

用此计算结果进行底模前、后横梁的计算。

6.5.4竖向变形图：

（m）

最大竖向挠度是8mm

6.5.5应力图：

（t/m²）

最大应力103.1Mpa<[σ]=145MPa（可以通过）

7.底模后横梁计算

7.1底模后横梁悬吊组成

底模后横梁是两根HN500×200×8×16型钢组焊而成，共8个吊点，其中两个边吊点是走行时用，承受底模纵梁传递的集中荷载及自身的均布荷载。

均布荷载大小是0.1t/m，集中荷载大小分别是5.8t和5.4t。

另外还得加上7个1T的防护棚荷载。

底模后横梁承受荷载工况分为浇筑混凝土工况和挂篮走行工况。

浇筑混凝土时底模后横梁有6个悬吊点，承受底模自重和混凝土荷载；而挂篮走行工况时底模后横梁只有两个悬吊点，通过精轧螺纹钢（或手拉葫芦）悬吊在侧模外滑梁上面，其承受的荷载则是底模自重。

在挂篮走行工况时，由于挂篮底模自重是12t，那么底模后横梁承受6t，共15根底纵梁，每根纵梁支点反力按0.4t计算。

另外还得加上7个1T的防护棚荷载。

底模后横梁是两根HN500×200×8×16型钢组焊而成，材质Q235，截面特性值如下：

7.2底模后横梁浇筑工况计算

7.2.1模型简图：

（tm）

图中未示均布荷载0.1t/m。

可以看出后悬吊的6个吊点的受力大小，分别是10.9t、17.7t,18.1T,18.1T,10.9T,17.7T。

7.2.3竖向变形图：

（m）

可以看出，底模后横梁的竖向变形最大是向下1mm。

7.2.4应力图：

（t/m²）

最大应力80.2MPa<[σ]=145MPa，满足要求。

7.3底模后横梁走行工况计算

7.3.1模型简图：

（t-m）

图中未示自重荷载0.1t/m。

7.3.2支点反力：

（t）

从7.3.1可以看出：

挂篮走行时，悬吊在侧模外滑梁上的荷载是8.2t。

7.3.3竖向变形图：

（m）

可以看出，底模后横梁行走时的竖向变形过大，需在中部十米范围内两设通长腹板，从而减少变形。

7.3.4应力图：

（t/m²）

最大应力116MPa<[σ]=145MPa，满足要求。

8.底模前横梁计算

8.1底模前横梁悬吊组成

底模前横梁是两根H400*200*8*13型钢组焊而成，6个吊点（载荷分析与后下横梁相似），承受底模纵梁传递的集中荷载4.4t和4.7t荷载,及自身的均布荷载0.1t/m。

同样底模自重分配到给每个纵梁支点处的集中荷载大小是0.4t。

另外还得加上7个1T的防护棚荷载。

底模前横梁截面特性值如下：

8.2模型简图：

（tm）

8.3支点反力：

（t）

从上可以看出前悬吊受力分别是10.1,14,15三种大小。

8.4竖向变形图：

（m）

可以看出，前下横梁的竖向变形最大是向下1mm。

8.5应力图：

（t/m²）

最大应力是12.98Mpa<[σ]=145MPa，满足要求。

9.后吊带计算

9.1吊带受力及构成

后吊的最大受力是18.1t，采用钢吊带为吊杆，完全能够满足要求。

后悬吊设计图如下：

9.2吊杆受力

箱梁内的吊带为20mm厚、宽200mm的Q345B钢板，销孔直径是51mm。

吊带承受的竖向拉力最大为18.1t。

9.2吊带平均应力

σ0＝18.1/[20mm×（200mm－41mm）]mm2

＝56MPa<200MPa可以通过

。

9.3钢销抗剪应力

钢销承受18.1t大小的荷载，钢销为双剪结构，因此钢销单剪受力大小是9.05t。

材质为40Cr调质，容许剪切应力是320MPa，48mm的钢销那么剪切应力是Q＝3.14×（24mm）2×320MPa＝57.9t>9.05t，因此满足要求。

10.侧模计算

10.1侧模构成

侧模主要有侧模板和侧模吊梁组成，另外还有一些吊杆、吊轮等附属设备。

10.2工况分析

从侧模总图可以看出，侧模外滑梁分别悬吊在前上横梁和已浇注混凝土梁顶板上，浇注混凝土工况时，7#节段（分析侧模受力最大）侧模外滑梁的前后吊点距离是5.3m，当侧模走行到位时，侧模外滑梁前后吊点的距离是9.8m。

浇注混凝土工况时，侧模外滑梁既要承受侧模板的重量，也要承受其上面混凝土箱梁的顶板重量。

走行到位时，侧模外滑梁承受侧模板的重量及机械、护栏等荷载。

从设计图上可以得出，侧模板通过侧模桁架传递给侧模外滑梁的集中荷载为5个（6.0*1.2/5=1.5）t（模板自重+机械、护栏等），另外混凝土荷载共计有5×3.45t，总计是5×5t。

因翼板较宽，考虑行走安全，我们采用双外滑梁，靠内侧为双拼36B槽钢，外侧为双拼32B槽钢，根据图纸计算得出，32B双槽钢和36B槽钢承受的荷载比便为：

40：

60，也就是说36B槽钢承受3T的荷载，32B槽钢承受2T的荷载。

11.3浇注混凝土梁工况计算

11.3.1吊梁荷载图示

侧模吊梁在浇注混凝土时，前后吊点距离是5.3m。

侧模吊梁有：

外滑梁为2根36b槽钢组焊而成；材质为Q235，截面特性值如下：

11.3.2模型简图：

（tm）

11.3.3吊点力：

（t）

从11.3.2可以看出，后吊点是7.3t，前吊点是7.7t，该荷载用于前上横梁的计算。

11.3.4竖向变形：

（m）

最大竖向变形是11mm

11.3.5应力图：

（t/m²）

最大应力108MPa＜145MPa，可以通过。

11.4走行到位工况计算

11.4.1吊梁荷载图示

侧模外滑梁在走行到位且模板也拖至前端时，前后吊点距离是9.8m。

11.4.2模型简图：

（tm）

11.4.3吊点力：

（t）

从11.4.2可以看出，后吊点是1.4t，前吊点是3.6t。

11.4.4竖向变形：

（m）

最大竖向变形是17mm

11.4.5应力图：

（t/m²）

最大应力62MPa，小于145MPa，可以通过。

经分析，在浇筑工况下，侧模吊梁的前吊点的受力最大为7.7t，参与前上横梁计算。

11.5外导梁浇筑时计算

11.5.1计算模型

经过计算，得出前吊点力为5.2T，作用于前上横梁上。

11.5.2变形

最大变形为7MM，满足要求。

11.5.1最大应力

最大应力为：

72MPA小于145MPA,满足要求。

外滑梁行走时的分析略。

12.内模计算

内模内滑梁采用双槽钢［36b，受力的跨度和模型与外滑梁完全一致，可近似取值按7.7参与前上横梁计算。

13.前上横梁计算

13.1前上横梁荷载分析

要检算前上横梁，首先必须明确前上横梁上的受力：

除了底模前吊带以外，另外就是侧模和内模的吊杆作用，根据侧模和内模的计算结果。

前上横梁采用两根HN400*200*8/13的H型钢组成，重量大约是2t，另外考虑到一部分千斤顶等施工荷载，乘以1.2的荷载系数后得2.4t，前上横梁长度是12m，那么其均布荷载按0.2t/m计算。

前上横梁采用两根HN400*200*8/13的H型钢组成，材质为Q235，截面特性值如下：

13.2模型简图：

（tm）

13.3支点反力：

（t）

从13.3可以看出，支点反力是分别为49.8、37.3T。

边支点最大。

13.4竖

向位移：

（m）

中部最大竖向位移是1mm。

13.5应力图：

（t/m²）

边界点处最大应力是140MPaMPa＜145MPa，故此满足要求。

考虑安全在支点位置上腹板两边各加强一下。

14.主构架计算

主构架是挂篮的主要受力构件，处于挂篮结构的核心位置，因此主构架的可靠性直接决定挂篮施工的可靠性，这就要求主构架具有足够的强度、刚度和稳定性。

14.1结构组成

挂篮主构架为菱形结构，各杆件之间是钢销连接。

14.2荷载及工况分析

主构架结构截面为箱形结构，载面为400*300*10，那么每个主构架承受的自重是5t，该自重荷载不计入每根杆件自身内力的计算，只是计入主构架的整体计算，且只是作用于前支点上。

前上横梁计算结果中最大支反力是49.8t。

箱型梁400*300*10，材质为Q235，特性值如下：

14.3结构受力检算

14.3.1模型简图：

（tm）

14.3.2支点反力：

（t）

从14.3.1可以看出，前支点反力是119.8t，后锚点需要锚固力67.3t。

14.3.3竖向位移：

（m）

前点竖向位移为11mm，不超过规范容许值（20mm），可以使用。

14.3.4杆件轴力：

（t）

杆件轴力用于设计各杆件之间的连接计算Max=93.9t。

14.3.5杆件应力：

（t/m²）

从应力图中可以看出，应力均小于145MPa，均能通过。

15.1后锚点砼强度计算

设主桁架后锚为2道，总受载荷为P为67.3T，

后锚由4根Φ32精轧螺纹钢锚固，通过预埋作用与翼板下混凝土上，每根精轧螺纹钢与混凝土连接位置加设δ20×200×200垫板；考虑受力不均，偏于安全计算，取不均匀分配系数1.2，则有单根精轧螺纹钢最大受力值为：

（67.3/4）*1.2=20.19t。

则通过垫板作用与混凝土的均布载荷为（梁体为C50混凝土）：

Q=P/A=20430/（200*200-3.14*50*50）

=0.635＜2.64

查混凝土施工规范：

表6.1混凝土强度标准值　（N/mm2）

强度

种类

混　凝　土　强　度　等　级

C15

C20

C25

C30

C35

C40

C45

C50

C55

C60

C65

C70

C75

C80

fck

10.0

13.4

16.7

20.1

23.4

26.8

29.6

32.4

35.5

38.5

41.5

44.5

47.4

50.2

ftk

1.27

1.54

1.78

2.01

2.20

2.39

2.51

2.64

2.74

2.85

2.93

2.99

3.05

3.11

可以得出后锚点预埋处混凝土强度满足设计要求。

15.2φ32精轧螺纹钢强度计算

材质为PSB830的φ32精轧螺纹钢能承受力为：

830MPa*3.14*16*16=66.7t的拉力，大于20.19t的最大后锚力安全系数大于2.0，故满足要求。

15.3后锚梁强度计算

设主桁架后锚为2道，总受载荷为P为67.3t，则有每道后锚梁荷载：

67.3/2=33.65t

受力分析结果：

位移1mm，应力为128MPa（均满足要求）。

防护棚结构验算

1、防护棚采用型钢骨架外焊3MM钢板而成，考虑运输和安装共分成7块，主要是承受上部施工所落下的各种杂物，确保线下的安全，为安全起见，该防护棚每平方考虑承受150KG荷载，根据设计图纸进行相关的验算。

2、受力计算

按每平方150KG荷载进行建模，得出如下数值，均满足应力，强度，变形要求。

3、连接销计算：

连接销采用直径为50的40CR材料加工而成，整个防护棚重量为12吨，考虑安全和局部受压，按20吨荷载计算，吊点共计14个，每个吊点实际荷载为1.5吨.

40Cr材质其抗剪强度能达到280MPa。

因此50mm直径的销轴能够承受的剪力是：

Q＝3.14×（25mm）2×280MPa＝55t>1.5t，满足要求.