牵索挂篮算书(1)

1、，广州中山桂州水道大桥牵索挂篮有限元分析报告章丘市明水丰年有限责任公司二二一二二一年七月九日1 工程概况：桂州水道大桥位于广东省中山市，主桥采用单塔双索面混凝土斜拉桥）。混凝土主梁采用型断面。主梁横向宽度18.85m，混凝土梁中心高度为2.3m，桥面板顶板厚度为30cm；最大浇筑索长度为8m，标准索重量117*2.6=304t，0#段浇筑长度19m，箱梁顶面设2单向横坡。纵坡4.5%单塔双索面斜拉桥2 设计参考规范2.1 钢结构设计规范GB500172003；2.2 钢结构工程施工规范GB50755-2012 2.3 钢结构焊接规范(GB50661-2011)。2.4 建筑钢结构焊接规程GB5

2、0661-20112.5 低合金高强度结构钢GB/T15912008；2.6 碳钢焊条GB/T56102.31999；2.7 起重机设计规范GB/T3811-20082.8 建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JG130-20112.9 合同约定的有关的技术要求。3 计算荷载：3.1 混凝土荷载（P1：8m节段重116.26m3*2.6=304t，6m节段重121.63m3*2.6=318t）模板计算根据以下两个公式计算取小值。 公式: 混凝土的重度取26kN/m3；混凝土浇筑的最大高度=2.3m。混凝土标准索设计荷载按304t，重力加速度取g=10kg/s2，荷载提高系数1.20。设计断面图

3、：体积117m33.2 挂篮自重P2取 119t（程序自动加载，重力加速度取10m/s2）3.3 施工荷载施工机具+人群荷载P3=3.5KN/m2 两边各侧取1m，程序按照压力加载。3.4 风载P4=0.60kN/m2，（查全国基本风压表，广州市取百年一遇），由程序按照压力加载，行走时按纵、横、竖向加载，全断面迎风面积3.5 偏载仅在未完成100%浇筑时考虑：箱梁两侧腹板浇注最大偏差取：5方混凝土，P5=5m3=5*26=150KN4 挂篮强度标准：4.1 国标GB500172012钢 材抗拉、抗压和抗弯f抗剪fv端面承压(刨平顶紧)fce牌号厚度或直径(mm)Q235钢16215125325

4、1640205120406020011560100190110Q345钢1631018040016403001704060295165601002901454.2 有限元计算的许用强度取值容许应力法以弹性设计理论为基础，设计准则是：； ，不同载荷组合的容许应力提高系数。牵索挂篮的容许压力取，屈服强度；综合安全系数；表：各国规范安全系数比较表载荷组合ISO 8686DIN 15018JIS B8821FEM 1.001BS 2573GB/T 38111.481.51.51.51.671.481.341.331.31.331.481.341.221.21.151.11.361.22注：“GB/T

5、3811”栏为不同载荷组合的安全系数取值。故Q345B和Q235B两种材料的许用应力分别为：Q345B/1.5=230Mpa(Q345B)和Q235/1.34=175MPa。局部压应力取215-300Mpa4.3 荷载组合荷载组牵索挂篮的工作条件和使用特点，计算载荷可取如下组合：荷载组合: 混凝土荷载+挂篮自重+施工机具和人群荷载;荷载组合: 混凝土重量+挂篮自重+混凝土偏载+施工机具和人群重;（仅在浇筑砼小于100%时考虑）荷载组合: 混凝土重量+挂篮自重+风载;荷载组合I: 挂篮自重+冲击附加荷载+风载。荷载组合用于主桁承重系统强度和稳定性计算; 荷载组合荷载组合用于挂篮行走验算。5 挂篮

6、设计图纸及计算参数5.1 挂篮设计方案图纸见下图：横断面图（一期浇筑）纵断面图6挂篮平面布置图5.2 单元模拟：对拉杆采用桁架单元，吊杆及拉索采用预应力索单元。5.3 主桁架纵梁截面设计尺寸：截面及其力学特性6 有限元分析计算6.1 计算环境：MIDAS/CIVIL WINDOWS VERSION 7.8.0；节点模拟环境：实体模拟ansys15 6.2 挂篮有限元计算模型按照挂篮图纸的每个构件1:1建模。包含拉索（不计重量），钢箱梁筋板按照节点荷载施加于梁单元上。行走轨道系统未计入模型，拉索按照索单元模拟，初紧力按照简支结构静力计算的最小竖向反力推算：T=V/sina。56挂篮整体模型（1:

7、1建模含纵横坡）标准索混凝土加载总图面板加载图横隔墙混凝土加载图风载加载图人群荷载加载图7 计算模拟工况7.1 第一索（6m）施工，牵索挂篮浇注100%7.2 第二索施工，牵索挂篮浇注100%7.3 第十五索施工，牵索挂篮浇注50%7.4 第十五索施工（8m），牵索挂篮浇注100%7.5 牵索挂篮行走受力计算。7.6 预压模拟计算（120%）8 混凝土浇注工况下牵索挂篮受力分析8.1 挂篮预紧初始索力的确定：最小索力的拟定有两种方式：（1）能够满足浇筑混凝土荷载及挂篮荷载时的支点反力，其大小大小可假定拉索前端为支点，然后求得竖向反力（本次计算采用）(2)另外一种是满足变形不变的前提下，推算拉索

8、的最小预紧力：1） 满足支反力大小的计算结果如下：假定拉索简支，三脚架受力在许用范围内索力反求计算模型砼荷载引起的反力大小分布8m节段反力大小分布图：89t，90t，54t，11, 11,54t，共计309304t6m节段砼荷载引起的反力大小分布图：94t，94t，57,11t，12, 57t，共计325318t挂篮自重引起的反力=33+2+2+33+27+27=124t119t8m砼+挂篮自重荷+人群+载引起反力122t,121,85,18,20,85t，累计451304+119+5.6=430t，后吊杆预紧力大小大于17t6m砼+挂篮自重荷+人群+载引起反力121t,121,91,18,1

9、8,91t，累计460318+119+5.6=440t，后吊杆预紧力大小大于17t2） 第一索6m节段预应力施加：拉索位置单侧竖向反力121/sina=122/sin72.16=127t，后吊杆按照91t ， 20t，20t，91t预紧（保证模板结合紧密的最小预紧力）后吊杆按照20t预紧第一索6m节段，加载3） 第二索8m节段预应力施加：拉索位置单侧竖向反力121/sina=122/sin63.41=136t后吊杆按照85t ，20t，20t，85t预紧（保证模板结合紧密的最小预紧力）后吊杆按照20t预紧第二索8m预紧力施加表（程序加载）8.2 模板计算8.2.1 模板刚度变形计算模板累加竖向

10、变形420mm（含主桁变形）内模最大累加横变形13mm8.2.2 模板强度计算外模系统最大应力：154175Mpa (应力分布范围较小)外模210型钢托梁最大应力33175Mpa，位于模板托架处中间内模桁架最大应力40175Mpa8.2.3 400*200*8工字钢强度计算最大应力34175Mpa8.3 第一索施工预紧100%空载下的刚度计算拉索预紧127t，挂篮翘变形10mm8.4 第一索施工预紧100%空载下的强度计算系统总体最大应力131175Mpa(q235b)钢箱梁最大应力64230Mpa(Q345B)8.5 第二索施工挂篮预紧力下100%空载的计算挂篮在调整到位后，精轧螺纹预紧后,

11、尚未浇筑混凝土时，挂篮内力结果如下：8.5.1 挂篮预紧后100%（即136t）浇筑混凝土前的挂篮整体变形拉索及锚杆预紧后，拉索位置模板上挠12mm，拉索位置挂篮模板上挠变形12mm8.5.2 浇筑混凝土前挂篮主桁应力分布挂篮主桁等效应力108175Mpa(Q235)，位于中横梁位置，以上计算表明：一次预紧到承重混凝土荷载100%时，挂篮能满足受力要求，2-7索浇筑过程可一次预紧100%，其后的几索建议采用2次预紧施工。第二索施工浇筑混凝土100%时牵索挂篮计算结果：8.5.3 第二索施工挂篮整体刚度变形计算挂篮竖向总体累加总挠度：420mm挂篮模板竖向累加总挠度3.520mm8.5.4 第二

12、索施工挂篮主桁内力计算主桁弯矩图，最大804kN.m位于边主梁上主桁剪力图，最大289kN前中桁架横梁轴力图，最大292kN8.5.5 第二索施工挂篮主桁强度计算（100%混凝土）挂篮承重主桁应力最大156175Mpa(材质为Q235)挂篮边纵梁最大应力57230Mpa(Q345B)挂篮前中梁最大应力102175Mpa(Q235B)8.5.6 第二索施工拉索及锚杆的内力计算8.5.7 第二索施工中吊杆内力中吊杆的内力（即该处的反力和），分别为85t（预紧85t）中锚杆采用4只32精轧螺纹钢锚固，中间30t（预紧20t），拉索预紧136t，实际131t8.6 第二索施工最小止推力计算挂篮最小止推

13、力58t（单侧）9 第十五索计算第十五索时水平止推力最大的一个工况，需要模拟计算该工况下的索力及止推力大小根据模型分担的竖向力推算。第十五索总索力应取T=V/sinaT=121/sin25.16=287t 其他预紧力大小同前 挂篮初紧紧287t主桁前端上翘35mm可见不能一次预紧100%，分二次进行，假定第一次预紧144t则立模标高计算为：挂篮初紧144t，拉索位置模板上翘13mm（初紧）考虑到分布范围整体上翘，底模可不做调大的整9.1 第十五索索施工挂篮空载强度计算（初紧144t）挂篮初紧144t，主桁最大应力67230Mpa(Q345B)9.2 第十五索施工浇筑50%混凝时的挂篮土加载浇筑

14、浇筑至底板上1.6m，即50%混凝土施工50%时的浇筑高度1.6m施工50%时的浇筑高度1.6m的加载图9.3 第十五索施工挂篮空载浇筑50%混凝土挂篮总体变形计算挂篮边纵梁上翘2mm 位于中间位置挂篮模板拉索部上翘3mm9.4 第十五索施工浇筑50%混凝土挂篮主桁内力图挂篮主桁弯矩图（边纵梁），最大1165kN.m承重主桁最大剪力566kN（拉索位置）9.5 第十五索施工浇筑50%混凝土挂篮主桁强度计算挂篮主桁系统最大应力56230Mpa(Q345B)，位于桁架梁上10 第十五索施工浇筑100%混凝土计算10.1 第十五索施工浇筑100%混凝土挂篮总体变形计算（预紧270t）挂篮前端上挠9m

15、m，挂篮前端模板下挠8mm（预抬值）10.2 第十五索施工浇筑100%混凝土挂篮主桁内力图挂篮主桁弯矩图，最大2258kN.m最大剪力935kN10.3 第十五索施工浇筑100%混凝土挂篮主桁横梁轴力图最大轴力470KN,接头位置225KN10.4 第十五索施工浇筑100%混凝土挂篮主桁强度计算挂篮主桁系统最大应力102Mpa 边主梁最大应力74230Mpa(Q345B)10.5 第十五索施工浇筑100%混凝土挂篮锚固力计算拉索268t，其他依次：85t，2*15t，2*15t，85t10.6 第十五索施工浇筑100%混凝土挂篮支点反力计算挂篮主桁系统各点支反力分布：拉索承担240t荷载，占总

16、荷载的240/440=54% 后端预紧力最小20t10.7 第十五索施工浇筑100%混凝土挂篮止推力挂篮边纵梁后端位置，最小止推力240t11 行走状态11.1 行走工况：整体下放行走状态横断整体下放行走状态纵断冲击荷载系数取1.1，软件自动加载（荷载组合系数取1.1）11.2 行走8m状态下最大变形最大变形23mm(规范没限制行走变形大小)11.3 行走8m挂篮强度计算行走8m时系统最大应力111Mpa11.4 行走8m主桁强度计算主桁吊带最大应力111229t14 预压模拟预压荷载：318*1.2=382t（本次计算：取荷载组合系数1.2）预压分布荷载：382*10/19.25/8=24.

17、8KN/m2 堆载按照实际荷载分布布置14.1.1 预压总体刚度变形预压最大变形17mm14.1.2 预压主桁强度计算预压时，主桁最大应力157175Mpa(位于桁架：Q235B)14.1.3 预压锚固力计算预压时最小预紧力中2*17t，后2*30t，拉索最大竖向支反力2*123t前端拉索承担总荷载246/(246+220)=53%15 补充计算逐索反力大小Rc1Rb1Ra1第一索反力大小分布图（t）Ra1Rb1Rc1第二索反力大小分布图（t）第三索反力大小分布图（t）第四索反力大小分布图（t）第五索反力大小分布图（t）第六索反力大小分布图（t）第七索反力大小分布图（t）第八索反力大小分布图（

18、t）第九索反力大小分布图（t）第十索反力大小分布图（t）第十一索反力大小分布图（t）第十二索反力大小分布图（t）第十三索反力大小分布图（t）第十四索反力大小分布图（t）第十五索反力大小分布图（t）16 挂篮反力统计表挂篮支点反力统计表（t）（夹角为根据图纸量取值，愿图纸复印遮挡，无数据，影响很小）拉索受力索号夹角（a）理论分摊竖向力V(t)T=V/sina一张预紧值（t）二张最大预紧值后支点最大反力总和（t）度ttttRaiRbiRcitM0173.11122127.500 127.500 0.000 11019-24预张M0263.41122136.430 136.430 0.000 982

19、0-6M0357.27122145.026 145.026 0.000 10120-7 M0451.258122156.416 156.416 0.000 10220-7 M0546.533122168.097 168.097 0.000 10220-7 M0642.63122180.137 180.137 0.000 10220-7 M0739.373122192.318 192.318 0.000 10119-7 M0836.621122204.520 102.2599204.520 10119-7 M0934.271122216.655 108.3274216.655 10020-6 M

20、1032.241122228.686 114.3432228.686 9719-5 M1130.47122240.590 120.2949240.590 10420-8 M1228.91122252.361 126.1803252.361 9519-4 M1327.524122264.001 132.0003264.001 9120-2 M1426.282122275.526 137.763275.526 9020-1 M1525.16122286.959 143.4796286.959 17 结论：1） 计算结果的“强度、刚度及稳定性”等有关技术指标，满足现行技术规范要求章丘市明水丰年有限责

21、任公司二二一二二一年七月九日目 录1工程概况：22设计参考规范23计算荷载：34挂篮强度标准：45挂篮设计图纸及计算参数56有限元分析计算76.1计算环境：76.2挂篮有限元计算模型77计算模拟工况98混凝土浇注工况下牵索挂篮受力分析108.1挂篮预紧初始索力的确定：108.2模板计算148.2.1模板刚度变形计算148.2.2模板强度计算158.2.3400*200*8工字钢强度计算178.3第一索施工预紧100%空载下的刚度计算178.4第一索施工预紧100%空载下的强度计算188.5第二索施工挂篮预紧力下100%空载的计算198.5.1挂篮预紧后100%（即136t）浇筑混凝土前的挂篮整体变形198.5.2浇筑混凝土前挂篮主桁应力分布208.5.3第二索施工挂篮整体刚度变