64m挂篮有限元计算报告.docx
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64m挂篮有限元计算报告
40m+64m+40m连续梁施工
挂篮有限元分析计算报告
天宏世纪机械设备
二〇二〇年九月二十三日
1概况4
2设计荷载5
3设计参数：
5
4参照规6
5钢材设计标准强度6
6材质参数6
7挂篮有限元分析计算7
7.1挂篮加载图7
7.2挂篮施工总体应力云图8
7.3挂篮总体变形云图计算8
7.4底模系统刚度变形计算9
7.5底模系统应力计算云图10
7.6底模纵梁最大应力11
7.7前、后下横梁应力云图12
7.8前、后下横梁变形云图13
7.9吊杆力13
7.10外侧模面板变形计算14
7.11外模强度计算14
7.12外侧模背楞框架应力16
7.13外模托梁计算16
7.14对拉杆力计算16
7.15前上横梁强度计算（2I45B）17
7.16前上横梁刚度变形计算（2I45B）18
7.17挂篮主桁架强度计算18
7.18主桁力算（计算销轴参考力）20
7.19支反力及锚固力计算21
7.20斜拉杆销孔实体模拟22
7.21销轴计算40cr23
8挂篮行走状态计算23
8.1行走最大竖向变形24
8.2行走状态模板托梁滑梁应力云图25
8.3行走状态前后下横梁应力云图25
8.4行走状态主桁应力计算26
8.5行走状态后锚固力26
8.6行走状态下吊杆力27
8.7行走轮计算27
9预压分析计算29
9.1预压总变形30
9.2预压挂篮整体强度计算31
9.3底模板最大应力31
9.4预压吊杆力32
9.5预压锚固力32
10挂篮稳定分析32
10.1预压工况下稳定分析33
10.2行走稳定计算33
11结论34
1概况
40m+64m+40m跨混凝土连续梁梁高5.29m，连续梁顶板宽11.9m，底板宽度5.134-5.740m。
连续梁0#段长8米，节段长为3m，3.5m，挂篮施工节段9节。
节段最大重为119.34t，模板计重30t，人群0.15*4*12+机具=4t，计算荷载按153.34t，预压荷载=1.2*119.34+30=173.32t。
菱形挂篮具有性能可靠、稳定性好、刚度大，操作简单，前面操作空间大，等特点。
本桥为单室斜腹板结构，双线铁路。
挂篮总体结构见“图一～三”。
图一挂篮0#复合结构（侧面图）
图二挂篮横断1
图三挂篮标横图2
2设计荷载
2.1模板按照单线0#计算（侧压力最大H-5.29m）
2.2后下横梁计算按照首跨3m节段计算，（最重）；
2.3滑梁按照3.5m段设计。
2.4挂篮自重由模型自动按重力加速度g=10m/s2加载。
2.5模板侧压力公式取：
（腹板H0=5.29m，底板H1=0.743,顶板H2=0.43）；
2.6钢筋砼比重γ取值为
。
2.7人群及施工荷载，按《公路桥涵设计通用规》取1.5kN/m2；
2.8基本风压：
省
城市名
海拔高度
风压（kN/m2）
雪荷载准永久值系数分区
（m）
n=10
n=50
n=100
市
342.3
0.2
0.35
0.45
III
2.9Wp=0.45kN/m2（百年一遇）；
2.10以上荷载的自重由程序自动加载计算。
3设计参数：
（1）超载系数1.2。
（2）挂篮允许最大累加变形（前横梁及底板）20mm以。
（3）施工时、行走时的抗倾覆安全系数大于2。
（4）自锚固系统的安全系数大于2。
（5）斜拉水平限位系统安全系数大于2。
（6）上水平限位安全系数大于2。
4参照规
4.1设计依据：
本项目工程图；
4.2《钢结构设计规》GB50017—2003；
4.3《钢结构工程施工及验收规》GB50205—2001；
4.4《钢结构焊接规》GB50661-2011
4.5《碳钢焊条》GB/T5118—95GB/T5118—95；
4.6《公路桥涵施工技术规》JTJ041-2000
5钢材设计标准强度
钢材牌号
厚度或直径d（mm）
国标GB50017—2003
抗剪
拉，弯应力
端面承压
Q235B
d≤16
125
215
325
16＜d≤40
120
205
40＜d≤60
115
200
Q345B
d≤16
180
310
400
16＜d≤35
170
295
35＜d≤50
155
265
注：
表中厚度是指计算点的钢材厚度；对轴心受力杆件是指截面中较厚钢板的厚度.
PSB785级精轧螺纹许用应力785/2>390Mpa
6材质参数
序号
杆件
规格
材质
1
底纵梁
I25b,I28b
Q235B
2
前下横梁
2[40b
Q235B
3
后下横梁
2[40b
Q235B
4
吊杆
Φ32
PSB930
5
后锚梁
2[25b
Q235B
6
外模板
面板5mm,背筋[8
Q235B
7
前上横梁
2I45b
Q235B
8
（滑梁）托梁
I32/2[22b
Q235B
9
中横梁
2[20a
Q235B
10
菱形下弦杆
2I28b
Q235B
11
立柱
2[32b
Q235B
12
斜拉杆
2[25b
Q235B
7挂篮有限元分析计算
7.1挂篮加载图
首跨3m施工，后下横梁受力最大工况
模型加载总图1（t/m2）
模型加载总图2（t/m2）
底模板加载图：
t/m2
7.2挂篮施工总体应力云图
浇筑首个3m段整体模型应力分布，最大应力144<215MPa,
浇筑首个3.5m段整体模型应力分布，最大应力141<215MPa,
7.3挂篮总体变形云图计算
首个3m段浇筑最大累加变形19.2mm发生在底模最前端
首个3.5m段浇筑最大累加变形18.3mm发生在底模最前端
7.4底模系统刚度变形计算
3m段底模系统累加总变形19.2mm，位于前下横梁的中间
3.5m段底模系统累加总变形18mm，位于前下横梁的中间
底模系统相对变形1mm
7.5底模系统应力计算云图
首个3m段浇筑底模总体应力云图75Mpa<215Mpa,
首个3.5m节段浇筑底模总体应力云图64Mpa<215Mpa,
7.6底模纵梁最大应力
首个3.5m节段最大60<215Mpa（端部）
首个3m节段跨中最大60<215Mpa（中部）
首个3m节段最大75<215Mpa
7.7前、后下横梁应力云图
浇筑3m节段前下横梁最大应力72Mpa后横梁最大应力47Mpa
浇筑3.5m节段前下横梁最大应力64Mpa后横梁最大应力35Mpa
7.8前、后下横梁变形云图
最大变形19mm（整体累加）
7.9吊杆力
浇筑首个3m节段最大力17t，可配置千斤顶2×20t
浇筑首个3.5m节段最大力13t，可配置千斤顶2×20t
7.10外侧模面板变形计算
横向变形最大累加变形3mm
7.11外模强度计算
3m节段外模系统最大应力位于滑梁位置最大129MPa＜215Mpa，
3.5m节段外模系统最大应力位于滑梁位置最大136MPa＜215Mpa，
3m节段面板局部最大应力31Mpa
3m节段面板局部最大应力31Mpa
7.12外侧模背楞框架应力
3m节段模板框架最大应力104Mpa＜215Mpa，位于托梁下面
7.13外模托梁计算
浇筑3.5m段最大应力102MPa＜215Mpa
7.14对拉杆力计算
（此仅给出最大计算0#段计算值）
对拉杆最大力7t
7.15前上横梁强度计算（2I45B）
首跨3m浇筑最大应力75Mpa＜215Mpa
首跨3.5m浇筑最大应力76Mpa＜215Mpa
7.16前上横梁刚度变形计算（2I45B）
首跨3m浇筑最大累加变形15mm
首跨3.5m浇筑最大变形15mm
7.17挂篮主桁架强度计算
浇筑3m段主桁应力云图：
最大101＜215Mpa
浇筑3.5m段主桁应力云图：
最大99.4＜215Mpa
预压段主桁应力云图：
最大136MPa＜215Mpa
7.18主桁力算（计算销轴参考力）
预压浇筑时最大拉应力92t
首跨3.5m浇筑时最大拉应力67t
首跨3m浇筑时最大拉应力68t
7.19支反力及锚固力计算
首跨3m最大反力78t，最大锚固力38t
首跨3.5m最大反力77t，最大锚固力37t
预压最大反力105t，最大锚固力52t
7.20斜拉杆销孔实体模拟
挂篮桁片浇筑预压时最大轴拉力92t，
斜杆销孔局部压应力189MPa
7.21销轴计算40cr
桁架轴力最大92t，销轴直径70mm，材质40cr
局部压应力大于145MPa应力分布
40Cr允许局部承压值为400MPa
8挂篮行走状态计算
荷载组合：
自重+风载0.45KN/m2（向下）+机具+（人群）=
自重（程序自动加载）+0.55+0.06+1.5=自重+2.11kN/m2，模型加载如下：
自重+机具+风载
8.1行走最大竖向变形
行走最大变形67mm，位于后下横梁
8.2行走状态模板托梁滑梁应力云图
模模板滑梁及托梁应力云图，最大45Mpa
8.3行走状态前后下横梁应力云图
后下横梁局部最大应力166Mpa＜215Mpa，位于吊点位置
8.4行走状态主桁应力计算
挂篮行走状态主桁最大应力65Mpa
8.5行走状态后锚固力
桁片后端锚固力最大9t
8.6行走状态下吊杆力
后吊杆最大7t
8.7行走轮计算
根据前面计算，行走状态下最大反力90KN,为了安全计算按照160kN加载
加载图：
4*4000=160000N
主桁部位最大应力3.6Mpa
行走轮最大应力31Mpa
轨道48Mpa
后轮最大48.3Mpa
前轮最大58Mpa
总体应力58Mpa
9预压分析计算
预压荷载119.34*120%（顶板一半荷载有后端砼承担），G=119.34*1.2-17.5=125.71t
P=125.71*10/5.111/3.64=67.571kN/m2
预压加载图
9.1预压总变形
预压累加总变形35mm
9.2预压挂篮整体强度计算
模型中最大局部应力188Mpa,位于底板的吊点位置，属于局部应力
9.3底模板最大应力
预压状态底板纵梁最大应力83Mpa（局部应力）
9.4预压吊杆力
最大27t，位于箱后吊杆
9.5预压锚固力
锚固力52t,支点反力105t
10挂篮稳定分析
预压为挂篮最不利荷载工况，计算该状态下的稳定，
10.1预压工况下稳定分析
一阶屈曲系数k=11，失稳方向为纵桥向
10.2行走稳定计算
一阶屈曲系数k=4.06，失稳部件为模板后吊挂位置
11结论
1）结构满足刚度，强度，及稳定性要求，
2）后下横梁行走时变形65mm
3）预压为吊杆的最大受力工况，注意观察。
4）56m跨挂篮与64m挂篮设计通用，荷载小于64m跨，不在另行计算。
二〇二〇年九月二十三日
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