黄河特大桥挂篮计算书.doc

中交太中银铁路工程 第九项目经理部一分部吴堡黄河特大桥挂篮设计计算第一章：设计说明一、设计依据1、新建铁路太原至中卫（银川）线施工图（吴堡黄河特大桥70+4120+70m刚构连续梁）太中银施桥-49-；2、铁路桥涵施工规范tb102032002 j1622002；3、铁路桥梁钢结构设计规范tb10002.22005 j4612005；4、钢筋混凝土工程施工及验收规范gbj 204-835、结构力学、材料力学；6、桥梁工程；7、midas.civil.cn.6.71。二、工程概况吴堡黄河特大桥主桥上构为70+4120+70m六跨变截面单箱单室刚构连续梁。箱两顶宽11.46m，0#块底宽7.5m，其他号块底板宽6.4米，0#块翼缘板长1.98m，其他号块翼缘板长2.53米，支点处梁高8.9m，跨中梁高4.9m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板厚155cm（支点）50cm(跨中)，底板变厚度100cm（支点3.3m）50cm（跨中），顶板厚度支点处为3.1m，其他号块保持50cm不变。箱梁顶面设2双向横坡。箱梁0#块梁段长度为12m，合拢段长度为2m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为1#块，其重量为195.3t。吴堡黄河特大桥箱梁悬浇段拟采用三角挂篮进行施工。吴堡黄河特大桥箱梁悬浇段各块段基本情况如下：各 梁 段 基 本 情 况名称砼(m3)重量(t)长度(m)高度(m)底板厚(m)腹板(m)顶板(m)1#块75.1195.263.08.560.961.00.52#块71.66186.323.08.0780.8981.00.53#块68.49178.073.07.630.841.00.54#块67.36175.143.07.2160.7861.00.55#块63.43164.923. 06.8360.7441.00.56#块70.88184.293.5.06.490.701.00.57#块64.34167.283.5.06.130.650.820.58#块63.95.8150.6150.820.59#块60.34156.883.5.05.5470.5770.820.510#块58.97153.333.5.05.3250.5550.820.511#块55.63144.643.5.05.150.530.820.512#块58.67152.564.05.0210.5110.7230.513#块54.70142.214.04.930.500.6110.514#块59.51154.700.500.515#块59.51154.700.500.516#块26.4568.772.04.90.500.500.5三、挂篮设计(一)、主要技术参数1、砼自重g砼=26kn/m3；2、弹性模量e钢=2.1x105mpa3、材料容许应力q235钢w=140 mpa，=85 mpa16mn钢w=215 mpa，=120 mpa32精轧螺纹钢w=830 mpa容许应力提高系数：1.3。 (二)、挂篮构造挂篮为三角斜拉带式挂篮，主梁为2i45a工字钢，主梁用210a联系。立柱置于主梁中部，由240c槽钢组成，斜拉带与前后吊带均用16锰钢板制作，斜拉带与主梁、立柱顶端均用销接，立柱下设支腿，尾端设后支腿。挂篮行走时先将轨道接长，再移动整个挂篮。一边挂篮自重约27.0t，其中主桁系统14t，底篮系统13t；模板系统共重15 t。箱梁最重块段为1#块，重量为75.12.6=195.26t。挂篮质量与箱梁块段重之比（挂篮工作系数）：（27+15）/195.26=0.215。挂篮主桁侧面图（单位：mm）挂篮整体示意图（三）、挂篮计算设计荷载及组合1、荷载系数考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数：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；挂篮正常使用时采用的安全系数为1.2；倾倒混凝土产生的荷载为2.0kn/m2；振捣混凝土产生的荷载为2.0kn/m2。2、作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载：取1#块计算。1#块段长度为3.0m，重量为195.62t；人群及施工机械荷载：2.5kpa；挂篮自重：27t；模板系统重：15t；混凝土偏载：箱梁两侧腹板浇筑最大偏差取5m3混凝土，重量为13t。3、荷载组合荷载组合：混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合：挂篮自重+冲击附加荷载荷载组合用于主桁承重系统强度和稳定性计算；荷载组合用于挂篮行走计算。第二章 挂篮底篮及吊带计算挂篮底篮计算：箱梁荷载：取1#块计算。1#块段长度为3.0m，重量为195.26t，人群及施工机具荷载：2.5kpa；一、 1#块段的重量对底篮各项指标进行计算恒载分项系数k1=1.2；活载分项系数k2=1.4。1、腹板下36a工钢纵梁的计算：箱梁高8.56m，36a工钢纵梁间距0.14m，布设5道，即混凝土荷载： q1=q砼k1/nl腹=6501.2/(53)=52kn/m为方便计算，腹板处模板重量取50kn计，荷载：q2=q模k1/ nl腹=501.2/(53)=4 kn/m人群及机具荷载：q3 =2.51.4（13）/(53)=0.7 kn/m倾倒和振捣混凝土产生的荷载：q4 =（2+2）（13）（腹板底面积）1.4/（53）=1.12kn/m加强纵梁上的均布荷载q= q1+ q2+ q3+ q4=57.82 kn/m图2-1 底篮加强纵梁计算简图（单位:m）用midas6.71pj计算结果如下：图2-2 底篮加强纵梁弯曲应力图（单位：kn/m2） 图2-3 底篮加强纵梁剪应力图（单位：kn/m2）图2-4 底篮加强纵梁变形图（单位：m）从以上的计算结果可知：加强纵梁的最大变形=2.1cm；最大弯曲应力为：m=130.4mpa=140 mpa，满足要求；最大剪应力为：q=26.3 mpa=85 mpa，满足要求。2、底板下236槽钢普通纵梁的计算：底板处混凝土重量按箱梁1#块重量扣去腹板处的混凝土重量计，底板处宽4.4m，共布设6道236槽钢纵梁。混凝土荷载q1=q砼k1/nl腹=319.81.2/(63)=21.32kn/m模板重量按5t计，荷载 q2=q模k1/ nl腹=501.2/(63)=3.3 kn/m人群及机械荷载q3 =2.51.4（4.43）/(63)=2.57kn/m倾倒和振捣混凝土产生的荷载：q4 =（2+2）（4.43）1.4/(63)=4.11kn/m底板纵梁上的均布荷载：q= q1+ q2+ q3+ q4=31.3 kn/m图2-5 底篮普通纵梁计算简图（单位：m）图2-6 底篮236a槽钢纵梁弯曲应力图（单位：kn/m2）图2-7底篮236a槽钢纵梁剪应力图（单位：kn/m2）图2-8 底篮236a槽钢纵梁变形图（单位：m）从以上的计算结果可知：236a槽钢纵梁的最大变形=2.0cm；最大弯曲应力为：m=114.8mpa=140 mpa，满足要求；最大剪应力为：q=21.2 mpa=85 mpa，满足要求。3、底篮后横梁受力验算1#块箱梁横断面计算如下图所示：图2-10 底篮后横梁计算截面图(单位：cm)模板模板系统按5t计，人群及机具荷载2.5kn/m2，倾倒和振捣混凝土荷载4.0kn/m2。1#块长3m，从底篮计算可知，后横梁承受箱梁70%的荷载。对a截面，cad中实体查询得q= 24.962670%/1.0=454.3kn/m对b截面，cad中实体查询得q= 1.582670%/0.4=71.89kn/m对c截面，cad中实体查询得q= 10.172670%/3.6=51.42kn/m 模板荷载：q=50/6.4=7.8 kn/m人群及机械荷载q =2.51.4（6.43）/6.4=10.5kn/m倾倒和振捣混凝土产生的荷载：q =41.4（6.43）/6.4=16.8kn/m上述a-c截面为箱梁荷载、人群及机械、倾倒和振捣荷载及模板荷载加载到后横梁上。 图2-10 底篮后横梁计算简图（单位:kn-m）在midas6.71pj绘制的计算简图如下：图2-11 底篮后横梁在midas6.71pj中的计算简图(注:图中为单根工钢承受的荷载)底篮的后横梁为2根i45a的型钢，计算结果如下：图2-12 底篮后横梁弯曲应力图（单位：kn/m2）图2-13 底篮后横梁剪力图（单位：kn/m2）图2-14 底篮后横梁变形图（单位：m）图2-15 底篮后横梁支点反力图（单位：kn） 从midas6.71pj的计算结果可知：底篮的后横梁腹板处变形最大为：f=0.11cml/400=3.25cm；最大弯曲应力为：m=93.1mpa=140 mpa，满足要求；最大剪应力为：q=50.2 mpa=85 mpa，满足要求。二、底篮前横梁受力验算后横梁承受箱梁30%的荷载，其他的见前横梁的计算及图2-10。对a截面，cad中实体查询得q= 24.962630%/1.0=194.69kn/m对b截面，cad中实体查询得q= 1.582630%/0.4=29.63kn/m对c截面，cad中实体查询得q= 10.172630%/3.6=22.04kn/m 模板荷载：q=100/6.4=15.6 kn/m人群及机械荷载q =2.51.4（6.43）/6.4=10.5kn/m倾倒和振捣混凝土产生的荷载：q =41.4（6.43）/6.4=16.8kn/m上述a-c截面为箱梁荷载、人群及机械、倾倒和振捣荷载及模板荷载加载到后横梁上。 图2-16 底篮前横梁计算简图（kn-cm）图中集中力为侧模荷载，按125kg/m2计。图2-17 底篮前横梁在midas6.71pj中的计算简图(注:图中为双槽钢钢承受的荷载)底篮的前横梁为2根40a的型钢，计算结果如下：图2-18 底篮前横梁弯曲应力图（单位：kn/m2）图2-19 底篮前横梁剪应力图（单位：kn/m2）图2-20 底篮前横梁变形图（单位：m）图2-21 底篮前横梁支点反力图（单位：kn）从midas6.71pj的计算结果可知：底篮的前横梁腹板处变形最大为：f=0.006cml/400=3.25cm，满足要求；最大弯曲应力为：m=63.6mpa=140 mpa，满足要求；最大剪应力为：q=26.9 mpa=85 mpa，满足要求。三、吊杆（32精轧螺纹钢）计算：由上前后横梁的反力计算可得吊杆所承受的最大支点反力为：r=241.92=483.8kn吊杆设计为32精轧螺纹钢，其容许承载力为：=830mpa； 吊杆轴向正应力=r/a=储备的安全系数：k= /=1.5(符合要求)第三章 挂篮主桁计算1、计算模型 由底篮前横梁及后横梁计算可得出主桁前横梁及后横梁的吊点处反力，见图3-1、3-2；图3-1 挂篮主桁前横梁荷载分布图（单位：kn）图3-2 挂篮主桁后横梁荷载分布图（单位：kn）1.2主梁计算主梁为2工45a，根据以上模型，在midas6.71pj中计算出主梁内力图及应力图如下：图3-3 主梁轴力图（单位：kn）图3-4 主梁剪力图（单位：kn）图3-5 主梁弯矩图（单位：kn*m）图3-6 主梁剪应力图（单位：kn/）由于z轴方向剪应力最大，最大剪应力为：q=54.9 mpa=85 mpa，满足要求。图3-7 主梁组合弯曲应力图（单位：kn/）最大组合弯曲应力为：m=102.3mpa=140 mpa，满足要求；图3-8 主梁组合变形图（单位：m）由图中可知变形最大位置位于前吊点处：f=2cml/400=3.25cm，满足要求； 综上可得，挂篮主梁强度及刚度均满足施工要求。2.2斜拉带计算斜拉带材料为16锰钢，由222020mm组成，其内力及应力图如下：图3-9 主梁组合拉应力图（单位：kn/）最大拉应力为：m=88.9mpa=215 mpa，满足要求；图3-10 主梁组合变形图（单位：m）由图中可知变形最大位置位于前吊点处：f=1.4cm7.2/400=1.8cm，满足要求；2.3主桁前横梁计算前横梁由2根56工钢组合而成，前横梁长13.0m，强度及刚度验算：图3-11 前横梁剪应力图（单位：kn/）最大剪应力为：q=32.6 mpa=85 mpa，满足要求；图3-12 前横梁组合弯曲应力图（单位：kn/）最大组合弯曲应力为：m=72.8mpa=140 mpa，满足要求；图3-13 前横梁组合变形图（单位：m）由图中可知变形最大位置位于前吊点处：f=2.0cm1300/400=3.25cm，满足要求。2.4 主桁后横梁计算后横梁由2根56工钢组合而成，前横梁长13.0m，强度及刚度验算：图3-11 前横梁剪应力图（单位：kn/）最大剪应力为：q=35.7 mpa=85 mpa，满足要求；图3-12 前横梁组合弯曲应力图（单位：kn/）最大组合弯曲应力为：m=33.1mpa=140 mpa，满足要求；图3-13 前横梁组合变形图（单位：m）由图中可知变形最大位置位于前吊点处：f=1.0cm1300/400=3.25cm，满足要求。2.5立柱计算立柱由240c槽钢,立柱长度4.8m；计算结果如下： 图3-14 立柱剪应力图（单位：kn/）最大剪应力为：q=0.9 mpa=85 mpa，满足要求；图3-15 立柱组合弯曲应力图（单位：kn/）最大组合弯曲应力为：m=78.5mpa=140 mpa，满足要求；图3-16 立柱组合变形图（单位：m）由图中可知变形最大位置位于前吊点处：f=0.67cm480/400=1.2cm，满足要求。第四章 挂篮设计计算成果名称材料（mm）允许最大应力（mp