浦上大桥挂篮计算.docx

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浦上大桥挂篮计算

福州市浦上大桥主桥锚点横梁

挂篮悬浇施工计算书

设计：

复核：

主管工程师：

总工程师：

中铁大桥局集团浦上大桥项目经理部设计组

2005年11月17日

目录

一、概述…………………………………………………………………………2

二、计算项目说明………………………………………………………………3

三、底模平台受力分析…………………………………………………………4

四、前后吊挂设计……………………………………………………………8

五、前上横梁受力分析………………………………………………………8

六、挂兰主桁系统受力分析……………………………………………………9

七、后锚固系统受力分析……………………………………………………10

八、挂兰抗倾覆稳定分析……………………………………………………11

一、概述

福州市浦上大桥是福州向外疏散西通道的重要走廊，位于福州市城郊，跨越乌龙江。

浦上大桥通航孔主桥长364m，上部结构采用72m+110m+110m+72m的三塔单索斜拉桥，梁高由4.0m变化到3.0m，腹板厚度从80cm渐变为40cm，箱梁底宽为9.566m变化到10.41m，箱梁两翼缘悬臂3.25m和3m，梁体采用三向预应力体系。

浦上大桥通航孔主桥采用悬臂施工方法进行施工，分为11个施工节段，其中1#～3#块长4.5m，4#～6＃块长5m，7#块长4.5m，8＃~11#块长4.0，其中8＃块为锚点横梁，悬臂施工采用挂篮施工。

本桥挂兰包括以下几部分：

1、主桁系统：

主梁由芜湖墩旁托架改制而成，主梁间设置横向联接，单根挂篮主梁长约12m。

每只挂兰由三片主梁组成，中间通过横向联结系组合在一起，主梁中心间距为5.75m。

2、走行系统：

由前后支腿、钢轨组成。

走行时作为挂兰前移滑行设施，节段施工时，将荷载传至梁体上。

3、平衡及锚固系统:

由锚固部件、锚固筋、后锚固分配梁等组成。

4、吊挂系统：

由底模平台吊挂系统，外模吊挂系统组成，除后吊框采用截面为150×20的钢板吊带外，其余全部采用d=32精轧螺纹粗钢筋作吊带。

吊带吊挂在梁体和挂兰前上横梁上。

底模平台吊挂系统由前后上横梁、前吊挂、后吊挂组成。

外模吊挂系统由前吊挂及分配梁组成。

5、底模平台：

由纵向桁梁和前、后下横梁组成整体平台，纵向桁梁由型钢焊接而成。

经计算浇注8#块时，挂兰各构件受力最大，浇注其它块件时，内力和应力不受控制。

故仅以施工8#块时检算挂兰主件内力和应力（8＃块无内、外导梁，计算内、外导梁的控制荷载为4＃块）。

二、计算项目说明

1、通过计算确定底平台纵梁、前后下横梁并求得前后吊点反力，设计吊挂系统。

2、检算外模吊挂梁和内、外导梁的受力情况，求得其前后吊点反力以确定前后吊点受力。

3、通过前后吊点的反力设计前上横梁，然后利用各吊点反力确定施工时后锚固点的平衡力。

4、利用后锚固平衡力设计后锚固分配梁及确定后锚吊带根数。

5、利用前后吊挂反力及后锚固点平衡力来计算主梁受力。

6、计算挂兰空载走行时抗倾覆稳定系数。

7、计算假定：

1）浇注8＃块时箱梁砼的自重均作用在底模平台上，通过吊挂系统分别传至前一节段已施工的箱梁顶板和挂兰前上横梁，两只挂篮前上横梁连接成整体。

2）其他块段箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外模吊挂梁和外导梁分别传至前一节段已施工的箱梁顶板和挂兰主桁前上横梁；箱梁顶板砼、内模及其支架的自重作用在内导梁上；箱梁腹板、底板砼的自重作用在底模平台上，通过吊挂系统分别传至前一节段已施工的箱梁顶板和挂兰前上横梁。

节段施工时主桁主要承受前上横梁反力，其平衡及稳定依靠其后锚固系统。

8、基本荷载：

1）挂兰自重荷载：

a、底模平台系统：

22.83t

b、外侧模及支撑：

6.24t

c、内模及支撑：

7.17t

d、堵头模板：

0.8t

e、外导梁及外吊挂梁系统：

6.2t

f、内导梁系统：

3.95t

g、腹板拉杆及分配梁：

0.8t

h、前上横梁系统：

3.569t

i、后锚固系统：

7.265t

j、主梁联接系统：

2.314t

k、挂兰主桁系统：

26.661t

2）施工荷载：

施工荷载浇注砼时取0.25t/m2，空载走行时取0.1t/m2，不另计振动荷载。

3）风载：

垂直风载取0.02t/m2，风载计算仅考虑节段长度范围内及挂兰底平台伸出部分。

4）节段自重：

由于纵向桁架的布置相同，检算底平台纵桁受力时只取8＃块段进行计算。

5）、抗倾覆稳定系数：

浇注砼时：

K=2.0；空载走行时：

K=3.0

三、底模平台受力分析：

1、荷载

、内、外模和底模（含支架）共重18t，按18.75×4m2面积均布，q=0.24t/m2

、风载：

竖向风载作用在底板上。

q=0.02t/m2

、施工荷载以0.25t/m2

、砼自重荷载：

砼自重荷载通过底板分配至每片纵桁梁，在施工8#块段时自重为266t，按实际砼分布通过计算分配到每片桁。

2、底模计算

、面板计算

底模面板为δ＝6mm的面板，取宽度为1cm，跨度为0.3m，按单向板计算。

砼自重荷载按锚横梁实心段处计算为最不利，梁高3.186m，砼按2.6t/m3计。

砼线荷载为q1=3.186×2.6×10×0.01＝0.828KN/m.

模板及施工荷载等组成的线荷载为q2=0.51×0.01×10＝0.051KN/m

合计Q=0.879KN/m，按三跨连续梁计算：

Mmax＝0.1×0.879×0.32＝0.0079KN.m

满足要求

、小肋计算

小肋为[8组成，放置在底模平台的纵梁上，小肋最大跨度为0.75m。

最大线荷载为Q=3.186×2.6×10×0.35＋0.51×0.35×10=30.78KN/m

按三跨连续梁计算的

Mmax=0.1×30.78×0.752＝1.73KN.m

满足要求

3、底模平台纵梁计算

纵向桁架均为平面桁架体系，上弦杆为2[8槽钢，下弦杆为２∠752×8，斜杆及竖杆均为２∠６32×6角钢。

计算时利用程序进行有限元分析，分别计算出各杆件单元的杆件内力、各节点位移以及桁架支承反力。

材料参数：

2[8Ag=20.5cm2,I=202.6cm4,W=50.6cm3；2∠75Ag=23cm2；2∠63Ag=14.576cm2；底模纵梁每片梁重：

0.37t。

纵梁桁架各类型杆件应力计算结果综合如下:

杆件名称

纵桁

上弦杆2[8

σmax（Mpa）

下弦杆∠75

σmax（Mpa）

腹杆∠63

σmax（Mpa）

fmax

（mm）

K1纵梁

160

131

102

9.21

各片纵梁在前、后下横梁处反力（KN）计算结果如下：

桁片

下横梁

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H7

H8

H9

H10

前下横梁处

13.75

18.41

39.63

39.22

39.27

60.84

61.59

51.62

55.86

56.50

后下横梁处

16.88

19.86

41.60

41.74

42.36

73.76

75.14

57.72

60.54

61.05

桁片

下横梁

H11

H12

H13

H14

H15

H16

H17

H18

H19

H20

前下横梁处

56.47

56.84

60.56

63.15

63.33

60.86

57.54

57.59

58.04

57.17

后下横梁处

61.02

61.41

67.02

78.44

78.63

67.25

62.02

62.06

62.54

61.51

桁片

下横梁

H21

H22

H23

H24

H25

H26

H27

H28

前下横梁处

50.86

60.35

73.07

55.42

53.03

54.48

47.51

57.20

后下横梁处

55.58

72.19

86.89

60.25

55.84

56.19

48.59

58.58

上述件杆σmax=160Mpa<[σ]=170Mpa（可）

通过以上计算，可以确定纵向桁梁的杆件配置是可行的。

4、前、后下横梁计算

底模平台前、后下横梁均为2[40槽钢，A=7504mm2，W=878885mm23，前下横梁通过吊带吊挂于前上横梁，后下横梁通过吊带吊挂于箱梁的底板和翼缘板，底模平台纵桁梁在前、后下横梁处支座反力的大小即为前、后下横梁的荷载大小，由于前后下横梁的吊点设置相同，受力图示如下，前、后下横梁受力工况有两种，工况一：

箱梁浇注时；工况二：

挂篮走行时。

工况一：

、对于后下横梁计算结果为：

弯距：

Mmax＝109KN.m

剪力：

Vmax=179KN

挠度：

fmax=0.89mm

支座反力：

FA=214KN,FB=305KN,FC=251KN

FD=257KN,FE=299KN,FFA=345KN

对于前下横梁计算结果为：

弯距：

Mmax＝103KN.m

剪力：

Vmax=163KN

挠度：

fmax=0.97mm

支座反力：

FA=192KN,FB=271KN,FC=222KN

FD=229KN,FE=266KN,FFA=325KN

结合前、后下横梁2[40a计算结果可得：

最大弯距：

Mmax=109KN.m；最大剪力为Vmax=179KN；最大挠度f＝0.97mm

均满足要求。

工况二：

由于前下横梁在走行时吊挂设置不变，故无需对其进行检算，后下横梁在走行时吊挂于外导梁，外导梁间距为13.4m。

此时后下横梁受力仅为底模系统自重，本挂篮底模系统总重量为22.83t，施工荷载为0.1t/m2，风荷载为0.02t/m2，分别由前后下横梁承受，由布置可得，前后下横梁各程受一半的重量即22.83/2＋0.12×5.38×18.28＝23.22t，后下横梁线荷载q＝23.22/18.28＝12.70KN/m，

通过计算可得：

最大弯距：

Mmax=122KN.m，最大剪力：

Vmax＝85.1KN

均满足要求。

四、前后吊挂受力设计

底模平台前后吊挂系统均采用d＝32的高强精扎螺纹粗钢筋，钢筋标准强度

＝750Mpa，单根d=32的精扎螺纹钢能承受的标准拉力值为F=60t。

前、后下横梁的支座反力大小即为吊挂的拉力值，由以上计算知：

最大反力为34.5t设计时采用2倍的安全系数，当支座反力大于30t时，采用双吊带，当支座反力小于30t时采用单根吊带。

五、前上横梁受力分析

前上横梁主梁由2I45a组成。

由于前上横梁固定于挂兰主梁上，故其支承反力将作为外载直接作用于挂兰主梁上。

将前下横梁的支承反力作为外载，作用于前上横梁。

根据前上横梁的吊挂支撑条件，前上横梁计算时按连续梁计算（两只挂篮前上横梁等强连接成整体）。

前上横梁材料参数：

I45aA=10240mm2,I=322410000cm4,W=1432933cm3。

特征工况：

施工8#段时，前上横梁承担前吊挂反力及前上横梁自重2KN/m。

受力如图：

通过计算可得：

最大弯距：

Mmax=360KN.m，

最大挠度：

fmax＝6.64mm

支座反力（三片主梁支反力）：

ZA=461KN,ZB=480KN,ZC=601KN

均满足要求。

六、挂兰主桁系统受力分析（检算工字型截面主梁）

主梁主要承受前上横梁反力，后锚固力及主桁自重。

主梁荷载主要为：

前上横梁最大支承反力为601KN,主梁自重8.05KN/m，受力图示如下：

计算数据：

主梁为16Mn钢，惯性矩I=842843cm4，截面面积A=734.72cm2W=21070cm3。

通过对主梁C的计算可得：

最大弯距：

Mmax=3733KN.m，

最大剪力：

Vmax＝771KN

最大挠度：

fmax＝-24.06mm

支座反力：

RC1=-727KN,RC2=1424KN

均满足要求。

为计算后锚力，分别计算主梁A和B的荷载ZA=461KN和ZB=480KN作用下后锚梁处的支反力，受力图示同主梁C,通过计算的：

主梁A：

RA1=-560KN,RA2=1118KN

主梁B:

RB1=-583KN,RB2=1160KN

七、后锚固系统受力分析

要进行后锚固系统设计，先须确定最大后锚固力，浇注8＃块时最大后锚固力最大，后锚梁主要承受主梁支座反力RA1=560KN,RB1=583KN,RC1=727KN,自重q＝5.2KN/m，受力模式如下图：

后锚梁采用2组2I45a,材料参数：

I45aA=10240mm2,I=322410000cm4,

W=1432933mm3。

经计算得：

最大弯距：

Mmax=560KN.m，

最大挠度：

fmax＝7.86mm

支座反力：

R1=745KNR2=149KNR3=134KNR1=914KN

故两侧后锚吊带R1和R4处设置4根的d=32的精扎螺纹，R2和R3处各设置2根d＝32的精扎螺纹，每根设计受力30t，考虑螺纹钢特征及后锚固的重要性，后锚固有足够的安全系数。

八、挂兰空载走行抗倾覆稳定性计算

由于挂蓝一次走行时，后锚固仍保持一定的受力状态，所以计算挂兰空载走行抗倾覆稳定性，后锚固力需计算在内，挂兰在走行5米长的块段时最不利，如图所示：

荷载为底模平台前下横梁支反力和内外导梁前吊点得支反力，由于底模平台、内外模及内外导梁总重为50t，作用于前上横梁支反力为F=500×3.05/5.93＝265KN,此支反力由三片主桁承受，每片主桁受力F=265/3×1.15（不均分配系数）＝102KN，作用于挂篮主梁抗倾覆稳定时所需的后锚固力通过电算可知R=26t

而走行时后锚固和打灰时设置相同，后锚梁移动时保留一组后锚梁（每根主梁处2根精扎螺纹），则每根精扎螺纹受力为13t（此时挂篮空载静止），满足要求，挂篮走行时两组后锚梁都受力，此时后锚固精扎螺纹为每片主梁处4根，每根受力6.5t，满足要求，而对走行时要求K=3，则每根螺纹钢筋受力为6.5×3=19.5t，，所以在保留两组后锚固时，挂蓝走行时时安全的，即K>3。