挂篮设计计算.docx

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挂篮设计计算

目录

1设计依据1

2工程概况1

2.1项目概况1

2.2梁段尺寸参数2

3基本设计参数2

4挂篮结构选型3

5箱梁挂篮悬浇设计荷载及组合4

5.1荷载计算4

5.2荷载组合4

6箱梁挂篮设计计算5

6.11#块箱梁重量分配5

6.2腹板下纵梁的计算6

6.3底板下纵梁的计算7

7箱梁挂篮底篮后横梁设计计算8

7.1挂篮后横梁荷载8

7.2底篮后横梁计算（工况一:

浇筑工况）9

7.3底篮后横梁计算（工况二：

行走工况）10

8箱梁挂篮前底横梁设计计算11

9箱梁挂篮前顶横梁设计计算11

9.1挂篮前顶横梁荷载11

9.2挂篮前顶横梁计算12

10挂篮主桁验算13

11挂篮吊杆验算15

12挂篮后锚验算15

挂篮设计计算说明

1设计依据

1、《席子河大桥施工图设计》

2、《公路桥涵施工技术规范》

3、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025－86）

4、《钢结构设计规范》（GB50017－2003）

5、《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/TD60-01-2004）

6、《路桥施工计算手册》

7、其他有关规范手册

2工程概况

2.1项目概况

席子河大桥主桥孔跨布置为70+115+63m，采用变截面预应力混凝土连续刚构箱梁，无引桥。

箱梁根部梁高7.1m，跨中梁高2.7m，顶板厚28cm，底板厚从跨中至根部由23cm变化为80cm，腹板从跨中至根部分三段采用45cm、60cm、70cm三种厚度，箱梁高度和底板厚度按二次抛物线变化。

箱梁顶板横向宽12m，箱梁底宽6.5m，翼缘悬臂长2.75m.箱梁0#阶段长13m（包括墩两侧各外伸2m），每个悬浇“T”纵向对称划分为13个节段，梁段数及梁段长从根部至跨中分别为4*3.5m、9*4m，节段悬浇总长50m。

边、中跨合拢段长度均为2m，边跨现浇段长4m。

2.2梁段尺寸参数

墩顶箱梁采用支架法浇筑，总长度为13m，具备挂篮拼装起始长度。

梁段具体尺寸参数见下表所示：

悬浇段最大受力在①号段，长3.5m，砼60.2m3。

3基本设计参数

（1）钢筋混凝土自重：

G砼＝27.3kN/m3；弹性模量：

E钢＝2.1×105MPa；

（2）材料应力：

根据《路桥计算手册》，材料的设计值为：

整体和局部计算按照容许应力取值。

精轧螺纹钢采用PSB930型；根据相关规范参数如下：

（3）挂篮系统设计计算采用计算机电算和手算相结合的方式，电算程序采用Madiscivil2006专业结构设计软件。

计算中考虑到各种系数如下：

考虑箱梁混凝土浇筑时膨胀等的超载系数：

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。

（4）挂篮悬臂浇筑施工期间以及挂篮行走其间均在正常工作风速下施工，正常工作风速的确定根据当地情况以及其他设计资料确定。

（5）施工期间，在浇注箱梁混凝土前，注意天气情况预报，应避开在超出设计条件的气象情况下进行施工。

4挂篮结构选型

席子河大桥箱梁悬浇挂篮采用菱形挂篮形式，挂篮由主桁、底篮、悬吊系统、后锚及行走系统、模板系统等部分组成。

挂篮构造图

1、主桁：

主桁为菱形桁片，由立柱、轨道横梁、斜拉带组成，每个挂篮有二片菱形形组合梁，两片组合梁支架由桁架连接形成整体。

2、底篮：

底篮由前横梁、后横梁、纵梁等组成。

3、悬吊系统：

悬吊系统包括上前横梁、内、外模板滑梁和吊杆，上前横梁为型钢结构，通过吊杆及铰座与底栏连接。

内、外模板滑梁也为型钢结构，通过吊杆与上前横梁及已浇筑混凝土箱梁连接。

4、锚固系统：

挂篮后锚由锚固梁、锚杆组成，上端通过锚固梁锚于主梁尾部，下端通过精轧螺纹钢筋和连接器锚于箱梁上。

初步拟定单片挂篮主桁的后锚共设4根Φ32精轧螺纹钢，一套挂篮后锚总共需要8根Φ32精轧螺纹钢锚固。

5、行走系统：

整个桁架结构支承在由型钢加工而成的前、后支腿上。

每组主梁的支腿下设一套行走系统，行走系统主要包括：

行走轨道、行走反压小车、行走滑船等。

6、模板系统：

模板采用吊挂式，由内、外模板组成。

内模：

由加工的大块钢板模与桁架组成。

顶板由钢模、槽钢和木条、木楔形成桁架，内顶模板通过钩头螺栓连接成整体；侧板也由大块钢模组拼，槽钢加劲，内侧模与顶模之间采用螺栓连接。

外模：

由型钢和大块平面钢模板组成桁架式模板，翼缘悬臂模板和腹板焊接为一体，并采用斜撑加强。

5箱梁挂篮悬浇设计荷载及组合

5.1荷载计算

（1）箱梁恒载

详见2.2节。

（2）挂篮系统自重

包括模板系统，挂篮重量约63t。

（3）人员、施工机具设备及材料堆载等施工荷载

每平方米按2.5kN设计。

5.2荷载组合

根据箱梁截面的变化特征和块段长度的划分情况，使用①#块段对底蓝和内外滑梁进行计算。

根据计算结果对底篮后横梁、底篮前横梁、上前横梁、主桁系统以及挂篮总体变形等进行计算。

挂篮设计荷载包括：

箱梁恒载、超载、挂篮自重、施工荷载。

荷载组合如下：

荷载组合Ⅰ：

混凝土重量＋超载＋动力附加荷载＋挂篮自重＋人群、机具荷载等；

荷载组合Ⅱ：

混凝土重量＋超载＋混凝土偏载＋挂篮自重＋人群、机具荷载等；

荷载组合Ⅲ：

混凝土荷载＋超载＋挂篮自重＋人群和机具荷载；

荷载组合Ⅰ、Ⅱ用于主桁承重系统强度和稳定性计算；荷载组合Ⅲ用于刚度计算；

6箱梁挂篮设计计算

6.11#块箱梁重量分配

钢筋混凝土按27.3kN/m3计，箱梁混凝土浇筑时膨胀等的超载系数取1.05，浇筑混凝土时的动力系数取1.2。

按照中间截面计算：

箱梁内模和外侧模拟采用吊挂形式，因此底篮只承担底模荷载。

底模重：

底模采用大块钢模，模板荷载约为1.2kN/m2。

施工人员和施工材料、机具行走或堆放荷载取2.5kN/m2。

6.2腹板下纵梁的计算

腹板底均设置3道纵梁，每道纵梁受荷载为：

箱梁自重按均布荷载加载；底板模板荷载按均布荷载加载。

人群、机具等荷载按均布荷载加载。

根据每根荷载，建立模型：

箱梁自重：

q1＝0.7*6.56*27.3*1.05*1.2/3＝52.7kN/m；

底板模板荷载：

q2＝1.2×0.7/3＝0.28kN/m。

人群、机具等荷载：

q3＝2.5×0.7/3＝0.58kN/m，按均布荷载加载。

Q=q1+q2+q3=53.6kN/m，

1#块腹板下纵梁变形图

1#块腹板下纵梁弯矩图

底篮腹板下纵梁为I36a

变形：

f＝4.8mm＜[f]＝L/400＝5100/400＝12.75mm，满足要求。

最大弯矩M=114.4KN▪m

σ=M/W=114400/878×10-6=130.3Mpa＜[σ]=175Mpa

6.3底板下纵梁的计算

箱梁底板下设置8道底蓝纵梁。

边箱底板下底蓝纵梁承载如下：

箱梁自重：

q1＝（0.74+0.28）*5.1*27.3*1.05*1.2/8＝22.4kN/m；

底板模板荷载：

q2＝1.2×5.1/8＝0.8kN/m。

人群、机具等荷载：

q3＝2.5×5.1/8＝1.6kN/m，按均布荷载加载。

Q=q1+q2+q3=24.8kN/m

1#块底板下纵梁变形图

1#块底板下纵梁弯矩图

底篮底板下纵梁为I36a

变形：

f＝2.2mm＜[f]＝L/400＝5100/400＝12.75mm，满足要求。

最大弯矩M=52.9KN▪m

σ=M/W=52900/878×10-6=60.3Mpa＜[σ]=175Mpa

7箱梁挂篮底篮后横梁设计计算

7.1挂篮后横梁荷载

后横梁的计算分为两个工况：

⑴工程一：

箱梁混凝土浇筑节段，后横梁锚固在已经浇筑的混凝土上。

根据第6节中挂篮下纵梁的计算结果进行后横梁的计算。

⑵工况二：

箱梁浇筑完毕，松掉后横梁和箱梁的锚固，进行挂篮的行走时。

此时后横梁被外滑梁下侧的精轧螺纹钢锚固。

后横梁受到底蓝纵梁、模板及其他如安全构造的荷载。

①人员、施工机具设备及材料堆载等施工荷载，每平方米按2.5kN设计。

底部模板长度为4.5m，按照一半压载在后横梁上计算，q1=2.5×4.5/2=5.625kN/m；

②底模重：

底模采用大块钢模，模板荷载约为1.2kN/m2。

底部模板长度为4m，按照一半压载在后横梁上计算，q2=1.2×4.5/2=2.7kN/m；

③底蓝纵梁6m，在内侧共14根，共重60×6×14=5040kg；按照一半压载后横梁上，且均匀布置，荷载为q3=50.4/2/10=2.5kN/m；

④后横梁两根吊杆间均布荷载为q=q1+q2+q3=10.8kN/m；

7.2底篮后横梁计算（工况一:

浇筑工况）

箱梁腹板下每道纵梁传递荷载为：

P＝53.6*3.5/2=90.67kN，按集中荷载加载；

箱梁底板下每道纵梁传递荷载为：

P＝24.8*3.5/2=42.17kN,按集中荷载加载；

底篮后横梁变形图

底篮后横梁弯矩图

后横梁采用双根I40a，实际挠度和弯矩图中以1根I40a受力分析。

所以：

后横梁的最大变形为：

f＝1.1mm/2＜[f]＝L/400＝1550/400＝4mm，满足要求；

最大弯矩M=70.8KN▪m

σ=M/W=70800/2*1086×10-6=32.6Mpa＜[σ]=175Mpa

7.3底篮后横梁计算（工况二：

行走工况）

后横梁长10m，最外两根吊杆间长为7.1m，均布荷载为10.8kN/m；

吊杆外侧考虑工作平台等自重，均布荷载为6kN/m

变形图

底篮后横梁纵梁弯矩图

后横梁采用双根I40a，实际挠度和弯矩图中以1根I40a受力分析。

所以：

挠度f＝7.3mm/2>[f]＝L/400＝7100/400＝18mm，满足要求；

最大弯矩M=61.7KN▪m

σ=M/W=61700/2*1086×10-6=28.4Mpa＜[σ]=175Mpa

8箱梁挂篮前底横梁设计计算

前横梁采用双根I40a，受力计算同后横梁。

9箱梁挂篮前顶横梁设计计算

9.1挂篮前顶横梁荷载

上前横梁荷载主要有挂篮前底横梁传递的荷载、箱梁顶板及内模荷载、箱梁翼缘板及外侧模（包括翼缘板模板）荷载、人群机具等荷载。

（1）前顶底横梁间的吊杆拉力

据第8节中挂篮前底横梁的计算结果，前底横梁的支点力为吊杆所受到的拉力，即前顶横梁受到的拉力。

反力分布如下图，大小相同，方向相反。

（2）内外模滑梁与前顶横梁间的吊杆拉力

①箱梁顶板及内模荷载：

箱梁顶板及内模荷载由上前横梁和0#块箱梁混凝土通过内滑梁共同承担，前后分别采用两根吊杆承载，单根内滑梁承受的荷载为：

箱梁混凝土自重：

q1＝2.1×27.3×1.05×1.2/2＝36.1kN/m；

内模板荷载：

q2＝1.2×5.1/2＝3.1kN/m，按均布荷载加载。

人群、机具等荷载：

q3＝2.5×5.1/2＝6.4kN/m，按均布荷载加载。

前吊点分配的作用力（36.1×3.5+3.1×4.5+6.4×4.5）×0.5＝84.5kN

②翼缘板及外侧模板荷载计算

箱梁翼缘板及外侧模（包括翼缘板模板）荷载由上前横梁和1#块箱梁混凝土通过外滑梁共同承担，单侧前后分别采用两根吊杆承载，单根外滑梁承受的荷载为：

箱梁混凝土自重：

q1＝1.24×27.3×1.05×1.2＝42.7kN/m；

外侧模（包括翼缘板模板）荷载：

q2＝3kN/m，按均布荷载加载，人群、机具等荷载：

q3＝4.5kN/m，按均布荷载加载。

作用于前横梁吊杆上的力为:

（42.7×3.5＋7.5×4.5）×0.5＝91.6kN

9.2挂篮前顶横梁计算

根据9-1节中的荷载，进行建模计算：

底篮前顶横梁变形图

底篮前顶横梁弯矩图

后横梁采用双根I45a，实际挠度和弯矩图中以1根I45a受力分析。

所以：

挠度f＝11mm/2>[f]＝L/400＝6000/400＝15mm，满足要求；

最大弯矩M=416KN▪m

σ=M/W=416000/2*1433×10-6=145Mpa＜[σ]=175Mpa

10挂篮主桁验算

前上横梁受力图

主桁架反力图

主桁架弯矩图

主桁架采用双根[32a抱焊

最大弯矩M=58.7KN▪m

σ=M/W=58700/2*469×10-6=62.6Mpa＜[σ]=175Mpa

抗倾覆验算：

倾覆弯矩M=631.1*5.1=3218.6KN▪m

单侧后锚点采用4根Φ32精轧螺纹钢[F]＝630kN抗倾覆弯矩

M1=630*4*4.9=12348KN▪m

安全系数K=M1/M=3.8＞2

11挂篮吊杆验算

吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢。

A=804.2mm2，最大拉力258.7KN，σ=N/A=322MPa＜f/2=392.5MPa，故吊杆满足规范2倍安全系数的要求。

12挂篮后锚验算

单侧后锚点采用4根Φ32精轧螺纹钢，支点反力：

R锚固＝－635.4kN，负号表示反力方向向下。

后锚固安全系数取2，Φ32精轧螺纹钢的抗拉荷载约为[F]＝630kN，则：

4[F]＝2520kN＞2R锚固＝1306kN，满足要求。