某挂篮结构设计资料

1、一、工程概况二、设计概述1、设置参数：根据本桥荷载分部情况最大节段为 1#块，故挂篮设计按照 1# 块进行设计， 挂篮抗倾覆安全系数为 2。永久荷载为 1.2 ，可变荷载分项系数为 1.4.2、结构描述 采用三角挂篮结构形式，利用 * 挂篮进行改装使用，挂篮底模施工长度考 虑 4m 节段施工预留，端模板距离前吊带水平距离 0.9mm （实际施工会根据梁 底坡度缩短），挂篮后下横梁需要锚入前一个节段底板，考虑锚入点与新旧混凝 土截面水平距离 0.55m （实际施工会根据梁底坡度缩短） 。挂篮采用三个桁片的结构形式，分别作用于每个腹板宽度中点处。 为了方便设计对挂篮各部分构建进行重量假设，底平台及

2、芯模为50t ，上桁架假设 50t，侧模板假设 20t。总计 120t 。二、结构设计1、底模设计根据混凝土荷载及挂篮底模自重进行挂篮设计，已知 1# 块 1-1 断面混凝土 荷载 Q1= 混凝土荷载1.2=928KN/m ，Q2=混凝土荷载1.2=886KN/m ，挂篮芯 模底模自重线性荷载为 Q 低=110KN/m ，根据结构描述，挂篮底平台纵向尺寸 为 5.45m ，则挂篮底平台纵向受力如图：928 8861555035001单位: 集中荷载-kN 集中弯矩-kN m 其他荷载-kN/m剪力包络图弯矩包络图单位 : kN m根据受力分析，挂篮悬臂吊点受力为 1645.21KN ，锚入已完

3、混凝土吊点力 为 2156.04KN ，挂篮底模平台纵梁最大剪力和为 2156.21KN ，最大弯矩为 3285KN/m ；根据以上受力进行挂篮前吊带受力分析。 已知*挂篮前吊带为 16040mm ， 的 Q345 钢带，扣除吊带开孔 50mm ，则吊带计算宽度为 110 40mm 。根据钢 结构规范计算得 f=265Mpa ，则需要 n 个吊带， nAf=2 1645.21KN ，则 n=2.8 ， 即 3 根就满足要求。锚入已完混凝土吊点采用直径 32 精轧螺纹钢，已知精扎罗纹钢抗拉强度为 830Mpa ，需要设 n 根精轧螺纹钢， nAf=2 2156.21KN ，则 n=6.5 。即

4、7 根满足 要求。挂篮底模平台纵梁， *挂篮设计为 窄翼缘 H 型钢: HN350x175(2)窄翼缘 H 型钢 : 钢材牌号 : 钢材强度折减系数 腹板厚度 : 毛截面面积 : 截面惯性矩 : 半截面面积矩 : 回转半径 :截面模量 : 截面模量折减系数 净截面模量 :HN350x175(2) Q2351.00tw = 7.00 mmA = 62.91cm24Ix = 12980.00cm3Sx = 420.42cm3ix = 14.36cmiy = 3.95cmWx = 741.70cm 33 Wy = 112.40cm30.953 Wnx = 704.62cm Wny = 106.78c

5、m 3 22 f = 215.00N/mm 2, fv = 125.00N/mm 2进行结构断面计算，设需要 n 根 H 钢，则f=M/(NWn)= 23285/(704.62n)100043.3 根，由 于布置过密，无法实现腹板处加密处理，故无法使用，考虑更换构建。假设设置 20根，则反算 Wn 值确定选型，Wn=23285/(215 20) 1000=1528 cm3选择贴近此类型号的 H 型钢：中翼缘 H 型钢 : 钢材牌号 : 腹板厚度 : 毛截面面积 : 截面惯性矩 : 半截面面积矩 : 回转半径 :HM400x300Q235 tw = 10.00 mm2A = 133.25cm24

6、Ix = 37363.00cm3Sx = 1057.81cm3 ix = 16.75cm iy = 7.35cm截面模量折减系数 : 0.953净截面模量 :Wnx = 1820.20cm 3Wny = 456.19cm 3窄翼缘 H 型钢 :HN500x200(1)钢材牌号 :Q235腹板厚度 :tw= 9.00 mm毛截面面积 :A =99.29cm2截面惯性矩 :Ix =439628.00cm半截面面积矩 :Sx3= 917.83cm回转半径 :ix =19.98cmiy = 4.31cm 截面模量折减系数 : 0.953 净截面模量 :Wnx = 1518.10cm 热轧普通工字钢 :

7、 I50a 钢材牌号 :Q235腹板厚度 :tw = 12.00 mm 毛截面面积 :A = 119.25cm2截面惯性矩 :Ix = 46472.00cm4 33 Wny = 175.85cm 3 宽翼缘 H 型钢 :HW350x350(1)钢材牌号 :Q235腹板厚度 :tw = 13.00 mm2 毛截面面积 :A = 133.27cm2截面惯性矩 :Ix = 27352.00cm43 半截面面积矩 :Sx = 899.67cm3回转半径 :ix = 14.33cmiy = 8.39cm 截面模量折减系数 : 0.953 净截面模量 :Wnx = 1537.10cm 3iy = 3.07

8、cm截面模量折减系数: 0.953净截面模量 :Wnx = 1765.95cmWny = 134.90cm 热轧普通槽钢 :40a钢材牌号 :Q235腹板厚度 :tw = 10.50 mm毛截面面积 :A = 75.04cm2截面惯性矩 :4Ix = 17577.70cm4半截面面积矩 :3Sx = 524.40cm回转半径 :ix = 15.30cm iy = 2.81cm截面模量折减系数: 0.95净截面模量 :Wnx = 834.95cm 33Wnymin = 74.86cmWny = 507.30cm 3综上所述选择截面面积最小的 窄翼缘 H 型钢: HN500x200(1)后下横梁设

9、计，后下横梁考虑利用 *挂篮后下托梁设计， 以 1-1 断面为，建立计算模型如图，得出得出各部分杆件弯矩和剪力的比例关系4.68 kN/m180.651 k8N1 /kmN/m161.62.29 4 k8N.7/3/m579 .183.4 1k8N4/ mkN/mk 4kN4N/ mk3/mN1./3m3 kN3/1m.44 kN3/31m8.122950 mm 17057 m 0m0m3m m0205m 0m 9m5m02530 mm1580 m.m333 k1N.3/3m3 k1N.3/3m 3k7N./43m44981861 k8N6./5m kN/mN k/Nm/m4.68 kN/mm

10、 2950 mm剪力包络图剪力绝对值为竖向支点力竖向支点力之和 Nhxhl=挂篮底模平台纵梁最大剪力和为 2156.21KN (上节计 算)，2156.21=K1 (n1+n2+n3+n4+n5+n6 )=K1 ( 148.19+ 141.81+167.44+171.97+144.02+150.76)=924.18 K1,得出 K1=2.333，则最大竖向支点力 为 N4=Kn4=171.97 2.333=401.2KN，单根 32 精扎罗纹锚 固力为 668.06KN，最大剪力满足要求；但不满足 2 倍安全系数，所以考虑在两 个箱室中心各增加 1 根精扎罗纹。则总体精扎罗纹为 8 根，修正上

11、面计算 7 根 的考虑。验算后下横梁断面为窄翼缘 H 型钢 :HN400x200(2)钢材牌号 :Q235腹板厚度 :tw = 8.00 mm2 毛截面面积 :A = 83.37cm2截面惯性矩 :Ix = 22775.00cm43 半截面面积矩 :Sx = 642.98cm3回转半径 :ix = 16.53cmiy = 4.56cm3 截面模量 :Wx = 1139.00cm33 Wy = 173.50cm 截面模量折减系数 : 0.953 净截面模量 :Wnx = 1082.05cm 33Wny = 164.82cm 3 22f = 215.00N/mm 2, fv = 125.00N/m

12、m 2则在混凝土浇筑过程中后下横梁最大弯矩 Mmax=44.52K=103.86KNm ，最大剪 力 Nmax=228.912KN ，经过计算均能满足要求。在挂篮走行过程中同 * 挂篮满 足要求。4.68173.18713.94176.1576.93.6.4148 292.694.64292.694.64 33749.74.7.4061165.9990289523070023701200 787 78911571.169.91094787319.7.04.64484 292.694.64292.694.64 374.1748.4.684511574300706 7 8 907003040115

13、7 786 788 1200720307040120072030700230 2895前下横梁设计，考虑利用 * 挂篮后下托梁设计，以 2-2 断面为计算模型， 以 2-2 断面为计算荷载，建立计算模型如图，得出各部分杆件的弯矩和剪力关单位: 集中荷载 -kN 集中弯矩 -kN m 其他荷载 -kN/m剪力包络图单位: kN弯矩包络图单位 : kN m剪力绝对值为竖向支点力竖向支点力和 Nqxhl= 挂篮悬臂吊点受力为 1645.21KN(上节计算)，1645.21=K2( n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7+n8 )=737.59 K2,得出 K2=2.23，则最大竖向支点力 为 N8

14、=K2n8=2.23118=263KN，单根 32 精扎罗纹锚固力为 668.06KN，满足要求。混凝土浇筑及走行状态同后下横梁不再进行计算，满足要求。前上横梁设 计断面大于前下横梁不再进行计算，满足要求。2、桁架设计根据挂篮受力形式为吊点力传递给上部桁片，三个桁片的距离为5.275m，底模平台受力通过吊带传递给前上横梁，前上横梁传递给每个桁片。则可分析 三个桁片受力情况；由于底模平台对吊带总体产生， 挂篮悬臂吊点受力为 1645.21KN 。假设挂篮每个桁片受力为 1#块每个腹板处的支点反力，通过建立力学模型得：3125 mm3125 mmmm1620 mm3 m11m97 m30m305

15、3m05 3m00 m0 1m2m00 mm1574 mm1200剪力包络图弯矩包络图断面砼纵向每延米对下部结构的力 773.708KN 跨中支点最大竖向力 296.13KN 边支点最大竖向力 234.38KN1=296.13/773.708=0.3832=234.38/773.708=0.303则 中 桁 片 受 力 为 0.383 1645.21=630KN ， 边 桁 片 受 力 为 0.303 1645.21=498.5KN设计边桁架需要 498.5KN ，设计中桁架需要 630KN 。根据最大桁架受力剪力模型如图：得出 ad 弦杆受力为 1105.19KN ，ab 弦杆受力为 102

16、0KN ，bd 杆受力为 801KN ，AC 立柱受力为 1390KN ，分别验算对应构件。 *挂篮前后弦杆采用 20 160 Q345 钢制作，扣除开工 50mm ，其计算抗拉强度 265Mpa ，则 FL=160 265202=1696KN 2875KN（边桁片前后弦杆受力为中桁片受力的 0.79 倍，对应杆件受力为中桁片受力的 0.79 倍得出后弦杆受力为 1105 0.79=875KN )，满足要求，但是由于成品弦杆前后梁开孔，断面削减50mm ，考虑补强该部分断面。 考虑在成品弦杆贴开孔处贴 10mm 钢板，钢板强度 Q345， 则钢板尺寸为 225 通过计算的使用挂篮前吊带改装成前

17、弦杆， 前吊带为 40 160 ，扣除吊带 开孔则吊带则计算为 2Fad=2040 与 2fA=2332KN 比较，受力与安全系数积略 小于截面拉力，则满足要求， 使用前吊带改装前弦杆 。后吊带计算相同。 使用 原挂篮吊带改装；*挂篮原中立柱为直径 203 壁厚 14mm 的无缝钢管无法满足本桥梁挂篮要 求，计划将其更换 ，更换为 *挂篮底模淘汰的 窄翼缘 H 型钢 : HN350x175(2)四 拼，两两叠放，两组叠放。 腹板方向同桥纵断方向。验算其压杆稳定：根据计算已经得出斜支撑受力为 N1a=1466.43KN，长度为 L=5.44m，为 2 力杆， HN350x175 窄翼缘 H 型钢

18、组合梁作为斜向支撑，采用排 2 根 H 型钢组 合。窄翼缘 H 型钢 : N350x175(2)2 毛截面面积 : A = 62.91cm2 净截面系数 : 0.902 净截面面积 : An = 56.62cm 钢材牌号 : Q235两主轴平面内约束信息x 平面内y 平面内构件长度l = 4.3m顶端约束铰接铰接底端约束铰接铰接示意图计算长度系数x = 1.00y = 1.00计算长度l0x = 4.3ml0y = 4.3m回转半径ix = 17.5cmiy = 8.75cm强度决定的构件承载力，构件截面的最大厚度为11.00mm, f = 215.00N/mm21.00 215.00 56.

19、62 102N1 = 4 f An =1034 = 4869kNx = li0x = 25， y = li0y = 50，得稳定系数 为 0.953， 为 ，ixiy由于桁架纵向受力为 x 轴取 ， N1 = f A =4640kN，N12Fc=2780KN。N2 = f A =4168kN 为中桁架在走行状态吊装底模系统受力，即立柱 y 轴受 力。验算 bd下弦杆， 取 cd段为自由长度两端铰接考虑，验算 * 挂篮下弦杆计 算模型如下：x 平面内y 平面内构件长度l = 5.47m顶端约束铰接铰接底端约束铰接铰接示意图计算长度系数x = 1.00y = 1.00计算长度l0x = 5.47m

20、l0y = 5.47m回转半径ix = 16.53cmiy = 4.56cm受力状态 : 轴心受压强度决定的构件承载力， f = 215.00N/mm21.00 215.00 75.03 1025.47 10216.53 = 33.09l0xix5.47 1024.56N1 = 1.00 f An =103= 1613.21kN= 119.96 得稳定系数 为 0.437N2 = 1.00f A = 1.00 215.00 0.437 83.37 102 10-3 = 783.33kN 局部稳定翼缘板自由外伸宽度 b与其厚度 t 之比:b 96.00 235 235 bt = 9163.000

21、0 = 7.38 (10+0.1 ) 2f3y5= (10 + 0.1 100.00) 23253.500= 20.00，式中 , 两主轴方向长细比的较大值 ;当 100 时，取 = 100.翼缘稳定满足腹板净高 h0与其厚度 tw 之比:h0 = 348.00 tw = 8.00= 43.50 (25+0.5 )235fy= (25 + 0.5 100.00)235.00=23575.00 两主轴方向长细比的较大值 ; 当 100 时，取 = 100. 腹板稳定满足， 单个构件承载力为 783.33kN，取 2支且结构断面加强 y 轴方向回转半径加大 变大，满足本桥要求挂篮要求， 在挂篮改造过程中需要购置一部分窄翼缘 H 型 钢: HN400x200(2)用于材料下弦杆加长改造。反吊精扎罗纹验算，单个桁片后锚力为 Fb=760.37KN ，考虑 2 倍的安全系 数 2Fb=1520.74KN，选用 830Mpa 直径 32mm 精扎罗纹钢筋锚固，计算需要 2.3 根精扎罗纹，对称取 4 根，即每个桁片后锚需要 4根 32mm 精扎罗纹。中桁架设计：中桁架考虑使用原挂篮底托下来的 HN350x175(2) 作为中桁架 设计杆件， 由于中桁架主要承担挂篮走行过程中底模和侧模总量，侧膜和底模 重量假定为 G=700KN ，假设为简支梁，型心位于