菱形挂篮计算书超经典 实用Word文档格式.docx

1、1.1 设计依据通桥（2008）2368A- 60m+100m+60m无砟轨道预应力混凝土连续梁（双线）相关设计图纸；铁路桥涵施工规范TB10203-2002；钢结构设计规范GB50017-2003铁路混凝土与砌体工程施工规范TB10210-2001铁路桥梁钢结构设计规范TB10002.2-20051.2 工程概况本桥为向莆铁路FJ-3A标连续梁，桥跨结构为60m+100m+60m的变截面单室连续梁，采用垂直腹板。箱梁顶宽13.4m，底宽6.7m，翼缘板长3.35m，支点处梁高为7.85m，跨中梁高为5.046m，梁高及地板厚按二次抛物线变化，腹板厚100cm（支点）60cm（跨中），底板厚度

2、为120cm（支点）40cm（跨中），顶板厚度为40cm。该特大桥箱梁主跨采用悬臂浇筑施工法，边跨采用支架施工。箱梁0#块梁端长度为7m，边、中合拢段长度为2m；设计计算取1#块，重量为158t。该桥箱梁悬臂浇注拟采用菱形挂篮进行施工。1.3 挂篮设计1.3.1 主要技术参数 砼容重GC26kN/m3； 钢容重Gs=78kN/m3，钢弹性模量Es2.1105MPa； 材料容许应力：1.3.2 挂篮构造挂篮为菱形挂篮，菱形主桁片由232b普通热轧槽钢组成的箱形截面杆件构成，前横梁由2I40a普通热轧工字钢组成，底篮前、后横梁由240b普通热轧槽钢组成，底篮纵梁为I28b普通热轧工字钢，吊杆采用精

3、轧螺纹钢。1.3.3 挂篮计算设计荷载及组合（1）悬臂浇筑砼结构最大重量1650kN，钢筋混凝土重力密度取26kN/m3；（2）模板自重按设计图纸中模板自重计算；（2）人群及机具荷载,计算模板板材和小楞时取2.5kPa，计算支撑小楞的纵梁时取1.5kPa。（3）超载系数取 k1=1.05；（4）新浇砼动力系数取 k2=1.2；（5）挂篮行走时的冲击系数取 k3=1.1；（6）抗倾覆稳定系数2.0。1.3.4 梁段截面分区充分考虑挂篮的安全性，根据半桥结构立面图分析，以1#块混凝土砼截面为参考截面得出混凝土混合截面，并以此为研究对象，以2.5m为浇注计算长度。为便于计算，将梁段截面分为如下几个区

4、（见图1.1）由图1.1可以分别计算以上几区的近似载荷：1区载荷： G1=2.60.43.352.5=8.71t；图1.1梁段截面分区示意图2区载荷： G2=2.61.0（7.193+6.85）/22.5=45.64t；3区载荷： G3=2.64.72.5=12.22t；4区载荷：1.22.5=36.66t；一节混凝土全重: G=2*G1+2*G2+G3+G4=157.58t158t；第2部分 底模结构计算2.1面板和小楞验算2.1.1面板和小楞的参数面板支撑在由L50505和8组成的小楞上，每个小格的尺寸为lalb=416mm440mm，面板厚度h=5mm，长宽比lb/la=440/4161

5、.1。2.1.2面板所受荷载由混凝土梁段分区可知，1#梁段下部混凝土对底模面板的压力最大，其值为：P1=cH1=267.193=187kN/m2面板在腹板底部的最小压力为：P2=cH2=266.85=178kN/m22.1.3面板和小楞的计算模型腹板下部模板受力最大，使用Midas civil 对腹板下部面板和小楞系统进行板单元建模，网格划分较密，单元的厚度和长度比小于1/10，故采用厚板单元。在槽钢下部和纵梁接触处的节点出设置竖向支撑，荷载采用根据腹板高度线性变化的均布荷载、模板自重和混凝土振捣荷载，模型如图2.1所示：图2.1 腹板下部面板和小楞计算模型2.1.4强度验算模型的正应力状态如

6、图2.2所示，剪应力如图2.3所示。由图可见，最大正应力：=136.7MPa=140MPa，符合规范要求；最大剪应力=69.9MPa1.3*=1.3*80=104MPa（1.3为临时结构容许应力放大系数），符合规范要求。图2.2 底模正应力图2.3 底模剪应力2.1.5刚度验算（1）L505的变形验算角钢所受最大均布荷载为：q=1870.416=77.8kN/m按保守计算，角钢看作支撑在槽钢上的简支梁，则最大变形为：max=5ql4/384EI=544.81030.444/（3842.110111.12110-7）=0.00093ml/400=0.0011m（2）8的变形验算8支撑在纵梁上，在

7、腹板处的最大跨度为336mm，小于角钢的间距，所以8的变形自动满足规范要求。2.2底模纵梁检算2.2.1 构造底板纵梁选用I36b工字钢，其截面特性为:Wz=9.2110-4m3 Iy=1.657410-4m4以2#块混凝土底纵梁为研究对象，腹板下有4根纵梁，每根纵梁有效作用范围为0.25m，底板纵梁载荷状况见表2.1，底板纵梁荷载见图2.4：表2.1 底板纵梁荷载分析表工况：1#块浇筑1底板砼压力（混凝土腹板下部）kN/m21872底板砼设计载荷（0.25米作用范围）kN/m1.05*1.2*187*0.2558.93施工荷载2.5*0.3=0.754底模自重0.25纵梁自重0.386荷载取

8、值（纵梁间距0.25m）56.1+0.75+0.24+0.3860.2图2.4 底模纵梁受力分析示意图2.2.2 强度分析由上图载荷可知：RA=60.2*2.5*3.25/4.9=99.8kNRB=60.2*2.5-99.8=50.7kN设最大弯矩出现在距离A点x处，则弯矩值为：对弯矩求导，有：当导数为零时，有：x=2.06此时，最大弯矩为：利用Midas civil建模，正应力如图2.5所示，剪应力如图2.6所示，由图可见，最大正应力：max=133MPa=140MPa，符合规范要求。最大剪应力：max=27.4MPa，混凝土浇筑时侧压力的标准值：由式Fc=72v/（v+1.6）取=4m/h

9、（浇筑速度）有：Fc=72*4/（4+1.6）=51.4kN/2，倾倒混凝土时产生的水平荷载设计值为：2kN/3，总荷载设计值为:F0=51.4+2=53.4 kN/3.3侧模面板强度验算侧模可当作支撑在小楞8上的连续梁，8间距400mm，取单宽面板进行强度验算。梁的最大弯矩为：单宽板的截面抵抗矩为：最大正应力：，符合规范要求。最大剪力：Qmax=0.5ql=0.5*53.4*0.4=10.7kNmax=3Qmax/2A=3*10.7*103/（2*0.006*1.0）=2.7MPa3.4侧模横向小肋8计算3.4.1结构特点8的截面面积：A=1.02410-3m2截面抗弯惯性矩：Iy=1.01

10、310-6m4截面抵抗矩：W=2.532510-5m3面板与背肋组成的组合截面（见图3.1）图3.1 侧模肋及面板结构示意图经计算，组合截面的抗弯惯性矩为：惯性中心距离上下边界的距离分别为：y1=15.4mm, y2=70.6mm组合截面的截面抵抗矩为：截面静矩为：Sx=1.11173.4.2载荷分析8与面板组合梁受力分析可以看作为以相邻两竖向桁架为支点的简支梁，均布荷载大小为：3.4.3强度验算：均布荷载作用在简支梁上，最大弯矩为：则最大弯曲应力为：，满足规范要求。最大剪力为：Qmax=0.5*ql=0.5*21.36*0.975=10.4kN最大剪应力为：max=QSz/bIz=10.4*

11、103*1.1117*10-5/（0.005*2.2734*10-6）=10.2MPa可由此得，组合肋强度满足要求。3.4.4挠度验算可由此得，组合肋刚度满足要求。第4部分 挂篮各横梁结构分析4.1 后下横梁结构分析后下横梁由2根工40b组成，承担底板、肋板及部分翼板的荷载。从机械设计手册可查出，每根工字钢的截面特性：A=9.40710-3m2, I=2.278110-4m4。根据施工图及挂篮后下横梁吊点分布的位置可将每根工字钢受力简化为以下的受力模式（图4.1）：图4.1后下横梁简化结构分析示意图图中每个集中荷载代表纵梁对横梁的作用力，由2.2.2分析可知，后横梁所承担的混凝土和模板自重的比

12、例为99.8/（99.8+50.7）=66.3%，前横梁承担的比例为33.7%。根据施工图和挂篮设计图，每个集中荷载可计算如下：采用Midas civil软件对后下横梁进行建模和计算分析，梁单元应力如图4.2所示：图4.2 后下横梁弯矩图后下横梁应力如图4.3所示，由图可见，梁单元在自重、混凝土荷载、施工荷载作用下，最大等效应力：max=51.6MPa图4.3 后下横梁应力图后下横梁变形如图4.4所示，由图可见，梁单元在组合荷载作用下的最大变形：max=1.5mml/400=4700/400=11.75mm，符合规范要求。图4.4 后下横梁变形图后下横梁剪应力如图4.5所示，由图可见，在组合荷

13、载作用下梁单元的最大剪应力：max=35.5MPa图4.5 后下横梁剪应力4.2前下横梁结构分析由于前下横梁和后下横梁均由2根工40b组成，两个横梁所受荷载的位置相同，前下横梁所受荷载值小于后下横梁（约为后下横梁的1/2），后下横梁的强度和变形均符合规范要求，故前下横梁不必验算，自动满足规范要求。4.3 外模滑梁结构分析浇注混凝土时，外模滑梁受力为1#区域混凝土重量加外模重量；根据前面分析，1#区域混凝土重G1=87.1kN，模板和外桁架重57.6kN，则外模滑梁受总力F=87.1+230.5=317.6kN。作用力通过外模桁架，分6个点作用在滑梁上，4个集中力大小分别为F1、F2、F3、F4

14、、F5和F6；外模滑梁由两根25b槽钢组焊而成。（图4.6）图4.6 外模滑梁简化分析示意图外模滑梁在一侧有两根，将外模自重和1#区域混凝土重量按照各桁架所作用的区域分配到一根梁上，有：F1=57.6*（100+975/2）/4300/2=4.0kNF2=57.6*975/4300/2=6.6kNF3=57.6*（200/2+975/2）/4300+1.05*1.2*87.1*（250+200/2）/2500/2=11.7kNF4=57.6*（200/2+975/2）/4300+1.05*1.2*87.1*（975/2+200/2）/2500/2=16.9kNF5=57.6*975/4300+

15、1.05*1.2*87.1*975/2500/2=28.0kNF6=57.6*（100+975/2）/4300+1.05*1.2*87.1*975/2/2500/2=14.7kN采用有限元分析软件Midas civil对外模滑梁进行结构分析。杆件简化为双25b截面，简支结构，左节点施加X，Y位移约束，右节点施加y向约束。经过软件分析，外模滑横梁的变形图见图4.7，正应力图见图4.8，剪应力见图4.9。前点支反力RA=33.2kN，后点支反力RB=51.7kN。图4.7外模滑梁变形图由上图可以看出,外模滑梁最大变形量：max=10.3mmL/250=4900/400=12.5mm，符合规范要求。

16、图4.8外模滑梁正应力图由上图可以看出，外模滑梁所受最大正应力：max=111.3MPa图4.9外模滑梁剪应力图由上图可以看出，外模滑梁所受最大剪应力：max=13.8MPa=80MPa，符合规范要求综合上述分析结果，外模滑梁设计符合要求。4.4 内模滑梁结构分析浇注混凝土时，内模滑梁受力为3#区域混凝土重量加内模重量；根据前面分析，3#区域混凝土重122.2kN，半片为61.1kN，内模重45.8kN，半片为22.9kN。作用力通过内模骨架，分5个点作用在滑梁上，5个集中力大小都为分别为F1、F2、F3、F4和F5；两根内模滑梁分别由两根25b槽钢组焊而成。内模滑梁计算图式如图4.10所示。

17、图4.10 内模滑梁简化分析示意图根据内模自重和梁段的位置，各力数值如下：F1=22.9/4/2=2.9kNF2=22.9/4=5.7kNF3=22.9/4+1.05*1.2*61.1*（2500-988-1036+988/2）/2500=35.6kNF4=22.9/4+1.05*1.2*61.1*（988+1036）/2/2500=36.9kNF5=22.9/4/2+1.05*1.2*61.1*1036/2/2500=18.9kN采用Midas civil对内模滑梁进行建模，杆件简化为双25b截面，简支结构，左节点施加X，Y位移约束，右节点施加y向约束。材料参数为Q235b材质，抗拉强度为1

18、45MPa,抗弯强度为140MPa。模型如图4.11所示。图4.11 内模滑梁Midas建模经过软件分析,内模滑梁的变形图见图4.12，正应力图见图4.13，剪应力见图4.14。由图4.12可见，梁的最大变形为12.9mm4900/250=19.6mm，符合规范要求；由图4.13可见，最大应力为141MPa1.3=182MPa，（1.3为临时结构容许应力放大系数）符合规范要求；由图4.14可见，最大剪应力为17.3MPa后点支反力RA=65kN，前点支反力RB=38kN。图4.12内模滑梁变形图图4.13内模滑梁应力图4.5 前上横梁结构分析前上横梁由I40a工字钢组成，从机械设计手册可查出每

19、根工字钢的参数:A=8.60710-3m2 I=2.1714根据施工图及挂篮前上横梁吊点分布的位置可简化为以下的受力模式（图4.15）：图4.15前上横梁简化结构分析示意图由外模滑梁分析可知：F1=F2=66.4kN由后下横梁中分析和前后下横梁荷载分配比例可知：F3=54kNF4=246.4kN由内模滑梁分析可知：F5=76kN可得主桁架前支点受力大小：F=2*（F1+F2+F3+F4+F5）=2*（66.4+66.4+54+246.4+76）=1018.4kN利用Midas civil对前上横梁进行建模，模型如图4.16所示，前上横梁的变形图见图4.17，正应力图见图4.18，剪应力见图4.

20、19。节点支反力为512.2kN。图4.16前上横梁模型图4.17前上横梁变形图由上图可以看出,前上横梁最大变形量为1.5mmL/400=6160/400=15.4mm，符合规范要求。图4.18前上横梁正应力图由上图可以看出，前上横梁顶面最大应力为118.7MPa140Mpa，符合规范要求。图4.19前上横梁剪应力图由上图可见，前上横梁最大剪应力为89MPa1.3=1.3*80=104MPa，符合规范要求。第5部分 主桁架结构分析5.1构造主桁架为菱形桁架，所有杆件均为32b,主桁结构简化受力分析示意图如下：图5.1主桁架简化结构分析示意图5.2 载荷分析在进行混凝土浇注时，桁架所受的载荷最大

21、。其载荷包括，混凝土砼重，模板重，施工载荷重量（人，工具，机器），由前上横梁计算得出桁架受力F值为512.2kN。5.3建模采用Midas civil对主桁架进行结构分析。杆件简化为双32b截面，菱形桁架结构，A节点施加全约束，C节点施加y向约束。材料参数为Q235b材质，抗拉强度为145Mpa，抗弯强度为140MPa。模型单元选用桁架单元，为可承受拉、压作用的单轴单元。模型如图5.2所示。图5.2主桁模型图5.4 分析，结果提取经Midas civil软件对主桁架分析计算后，各杆件位移图见图5.3，应力图见图5.4。图5.3主桁受力后各杆件位移图由上图可看出，主桁最大变形出现在D节点处，变形

22、量为18.2mm图5.4主桁受力后各杆应力图可以看出，结构最大轴力出现在AC杆，最大拉应力为92.6MPa2，符合规范要求。6.4挂篮行走时轨道的抗倾覆计算因为轨道设计的锚固方式为采用竖向预应力筋锚固，所以，轨道可以在任何有竖向预应力筋的地方锚固。计算轨道锚固抗倾覆时候，只计算轨道锚固定在最后一根竖向预应力筋的情况。挂篮行走时轨道锚固承受下部模板重量和一些施工辅助设施，这部分载荷为500kN；轨道设定锚固9个点（两个相邻竖向预应力钢筋间距为500mm），锚固用PS830级25精轧螺纹钢，有效截面面积为：A=3.140.01252=0.000491则25精轧螺纹钢所受最大拉力为：F=0.0004

23、911080=531kN抗倾覆力矩=F（0.5+1.0+1.5+2.0+2.5+3.0+3.5+4.0+4.5）=40.5531=21505.5kN倾覆力矩=2505.5=1375kN所以挂篮行走时轨道抗倾覆系数：=21505.51375=15.62，满足规范要求。6.5计算前上横梁吊带伸长量新浇混凝土时单片主桁架所受载荷为430kN，每片桁架由2根32精轧螺纹钢传递，则单根吊带载荷为P=4302=215kN。由胡克定律L=PLEA计算精轧螺纹钢的拉伸长度。伸长量：L=21500010.51093.140.0162）=0.014米=14毫米主桁变形+吊带变形=15+14=29mm6.6主桁连接销计算（1）连接销抗剪强度验算通过前面主桁计算可知，后斜杆AC受压力最大，为1007.9kN，则此杆上连接销为最危险，所以只需要计算此位置连接销即可。主桁连接销为76，材料为40Cr，计算其剪切应力大小。单个销子受双32b剪切，所以单个剪切位置F=1007.92=503.9kN所以单个销子的剪应力：=4F/3A=4503900（33838）=148.1MPa230MPa连接销抗剪强度符合规范要求。（2）节点板局部抗压和抗剪计