箭杆河大桥菱形挂篮计算书

1、箭杆河大桥菱形挂篮计算书石家庄铁道大学土木工程学院2012年6月箭杆河大桥挂篮计算书目录一、计算简介 . 11.1 工程概况 . 11.2 计算内容 . 21.3 计算依据 . 31.4 计算参数 . 3二、模板计算 . 52.1 底篮模板 . . 52.2 侧模计算 . 62.3 内模计算 . 7三、主要结构计算 . 93.1 荷载分析 .93.2 结构计算模型 . 103.3 计算结果. 123.4 结果分析. 18四、其他结构验算 . 19五、结论. 21第 27 页石家庄铁道大学土木工程学院一、计算简介1.1 工程概况箭杆河大桥是新建长沙至昆明客运专线铁路玉屏至昆明段上的一座大桥。设计

2、荷载为ZK活载。主桥桥跨布置（36+2×64+36）m，为预应力混凝土连续梁桥，主梁采用单箱单室箱形截面，三向预应力体系，采用挂篮悬臂浇筑施工，箱梁顶板宽12.0m，底板宽6.7m，悬浇17#段，为节段长度有四种：3.0m、3.25m、3.5m和4.25m，边跨及中跨合拢段长度均为2m。本桥施工挂篮采用菱形挂篮，由主桁承重系、底篮、悬吊系统、锚固系统、行走系统、平台系统及模板系统等部分组成。如图1和图2所示。图1 挂篮立面图图2 挂篮正面图1.2 计算内容为了保证挂篮施工期间的结构安全，确保挂篮的强度、刚度及稳定性满足施工要求，对本桥施工挂篮进行结构验算。验算主要内容如下：1）挂篮主

3、桁在混凝土浇筑时的强度、刚度和稳定性；2）挂篮底篮、悬吊系统和锚固系统在混凝土浇筑时的强度和刚度；3）挂篮底模和侧模的强度和刚度；4）主桁节点板和销轴的强度；5）挂篮走行时后锚可靠性及结构的稳定性。其中前两项和最后一项采用MIDAS/Civil软件建立空间杆系有限元模型进行分析，三、四项参考相应施工手册手算校核。1.3 计算依据公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）路桥施工计算手册箭杆河大桥施工图设计（中国中铁二院工程集团有限责任公司，2010.12）箭杆河大桥挂篮施工图设计1.4 计算参数1）材料参数 挂篮主桁、前后横梁、底纵梁

4、、前托梁、后托梁、内滑梁及模板等均采用Q235B组合型钢，吊杆32精轧螺纹粗钢筋，销子采用40Cr钢，锚固构件采用32精轧螺纹粗钢筋。表1 挂篮材料参数表项目符号单位钢材精轧螺纹粗钢筋Q235BQ34540Cr弹性模量EMPa2.06×1052.06×1052.06×1052.0×105泊松比-0.30.30.30.3容重kN/m378.578.578.578.5容 许 应 力轴向应力MPa140200-600弯曲应力wMPa145210-剪应力MPa85120220-孔壁承压应力-MPa210300-销子弯应力-MPa-385-提高系数k-1.31.3

5、1.01.0注：1、材料容许应力按规范JTJ025-86取值，Q235和Q345 钢材分别对应A3和16Mn钢，40Cr钢和精轧螺纹粗钢筋的容许应力该规范未给出，按设计取值；2、根据规范JTJ 025-86第1.2.10条，临时结构容许应力应乘以提高系数k。2）荷载取值挂篮结构验算考虑的主要荷载有： 主梁混凝土容重：26kN/m3； 混凝土超载（胀模）系数：1.05； 人群及机具荷载：对直接支撑模板取2.5kPa，计算直接支撑模板的梁时取1.5kPa； 振捣混凝土产生的荷载：对水平面模板2.0kPa，对侧模4.0kPa； 倾倒混凝土对侧模冲击产生的水平荷载取6.0kPa； 挂篮走行冲击系数：1

6、.1。3）其它 悬臂浇筑混凝土最大重量153吨（4#块）； 挂篮总重（包括箱梁内外模板及防护平台）：51.6吨； 挂篮施工、行走时的抗倾覆稳定系数：2.0； 自锚固系统安全系数：2.0； 刚度限值：钢模面板变形1.5mm,结构表面外露的模板及支撑模板的梁挠度为模板构件跨度的1/400。箭杆河大桥挂篮计算书二、模板计算2.1 底模板计算1）面板计算悬浇节段以1#块底板为最大厚度，新浇混凝土对底篮模板的压力标准值：面板自重：施工荷载：振捣荷载：选面板小方格中最不利情况计算，即三面固定，一面简支。由，查表可知最大弯矩系数K1=0.06，最大挠度系数K2=0.0016。取1mm宽的板条作为计算单元，荷

7、载为：A强度计算：最大弯矩最大应力：B挠度计算：，其中为钢材的泊松比。规范要求模板变形不超过1.5mm，所以满足要求。2）横肋计算A强度计算横肋采用槽10，其截面特性：，支撑横肋槽钢的两纵梁最大间距为 300mm，则：B挠度计算2.2 外侧模板计算侧模的纵横肋间距为0.3m。混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇混凝土的最大压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最小值：，式中：F新浇混凝土对模板的最大侧压力()；混凝土的重量密度()；t新浇混凝土的初凝

8、时间(h)，可按实测定。当缺乏实验资料时，可采用计算，在此；T混凝土的温度（°）取25°；V混凝土的浇注速度（）取2；h混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m），取2.8m；外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1；混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85，5090mm时，取1；110150mm时，取1.15。在此取1。所以取40.4进行计算，同时考虑倾倒混凝土产生的水平荷载6，振捣产生的水平荷载4，施工荷载2.5，总荷载为：由，查表可知最大弯矩系数K1=0.06，最大挠度系数K2=0.0016。取1mm宽的板条作为计算单元。 A强度计算：最大弯矩最

9、大应力：B挠度计算：，其中为钢材的泊松比。规范要求模板变形不超过1.5mm，所以满足要求。2.3 内侧模板计算悬浇节段全长顶板厚度不变，新浇混凝土对内模板的压力：面板自重：施工荷载：振捣荷载：选面板小方格中最不利情况计算，即三面固定，一面简支。，查表知最大弯矩系数0.075，最大挠度系数。取1mm板宽做计算单元，。荷载为：A强度计算：最大弯矩最大应力：B挠度计算：规范要求模板变形不超过1.5mm，所以满足要求。三、主结构计算3.1 荷载分析混凝土梁底板荷载主要是通过底篮普通纵梁作用在挂篮上，腹板荷载主要通过加劲纵梁作用在挂篮上，顶板荷载主要通过内滑梁作用在挂篮上，翼缘板荷载主要通过侧模吊梁作用

10、在挂篮上，底部防护平台自重主要通过精轧螺纹钢筋直接作用在底篮前后底横梁上。3.1.1 底篮普通纵梁处荷载分析挂篮底模面板（其他构件重量已计）按3300kg考虑，底模面积6.7×4.8m2。表2 底模纵梁荷载1 块件号项 目1#块（3000mm）4#块（4250mm）1底模板自重kN/m21.031.032底板混凝土重量kN/m218.9814.693(2)项×涨模系数1.05kN/m219.9315.424施工荷载kN/m22.52.55振捣荷载kN/m2226面荷载kN/m225.521.03.1.2 底篮加强纵梁处荷载分析表3 底模纵梁荷载2 块件号项 目1#块（300

11、0mm）4#块（4250mm）1底模板自重kN/m21.031.032单侧腹板砼重量kN/m2138.8498.283(2)项×涨模系数1.05kN/m2145.8103.24施工荷载kN/m22.52.55振捣荷载kN/m2226面荷载kN/m2151.5108.73.1.3 侧模纵梁荷载分析浇注1#块时：箱梁翼板的最大重量：G1=1.19×3.0×26×1.05=97.5kN侧模板自重:G2=38.4kN振捣荷载2kPa，施工荷载1.5kPa转化为重量为:G3=(2+1.5)×3.0×2.65=27.8kN侧模重量G1+G2+G3

12、=163.5kN浇注4#块时：箱梁翼板的最大重量：G1=1.19×4.25×26×1.05=138.1kN侧模板自重:G2=38.4kN振捣荷载2kPa，施工荷载1.5kPa转化为重量为:G3=(2+1.5)×4.25×2.65=39.4kN侧模重量G1+G2+G3=215.9kN3.1.4 内模托梁荷载分析浇注1#块时：箱梁顶部砼通过内模传给单条滑梁的最大荷载：G1=1.39×3.0×26×1.05=113.8kN内模自重传给单条滑梁的荷载约为：G2=28.0kN振捣荷载2kPa，施工荷载1.5kPa转化为重量为

13、：G3=(2+1.5)×3.0×2.55=26.8kN内模总重：G1+G2+G3=168.6kN浇注4#块时：箱梁顶部砼通过内模传给单条滑梁的最大荷载：G1=1.39×4.25×26×1.05=161.3kN内模自重传给单条滑梁的荷载约为：G2=28.0kN振捣荷载2kPa，施工荷载1.5kPa转化为重量为：G3=(2+1.5)×4.25×2.55=38.0kN内模总重：G1+G2+G3=227.3kN3.2 结构计算模型3.2.1 建立模型挂篮为菱形挂篮，菱形主桁杆由228b普通热轧槽钢组成的截面杆件构成，前横梁由2I45

14、b普通热轧工字钢组成的截面杆件构成，底模前、后横梁由2I40a普通热轧工字钢组成的截面杆件构成，底模纵梁由I40a普通热轧工字钢组成，外模吊梁由双236b普通热轧槽钢组合截面构成，内模吊梁由236b普通热轧槽钢组成的截面杆件构成，底模吊带由2×32实心矩形截面组成，其它吊杆采用25精轧螺纹钢。主要结构计算模型如下：图3 结构计算模型3.2.2 荷载施加由上面荷载计算可知：底蓝的最大荷载发生在浇筑1#块，内外侧模的最大荷载发生在浇筑4#块时，为了计算各个构件的最不利情况，在此计算时将底模、内外侧模发生的最大荷载作用于挂篮上。1）腹板下的纵梁受力面荷载为151.5kN/m2，腹板宽0.8

15、m，共四片纵梁承受，则每片承受的均布荷载为：；底板下的纵梁承受面荷载25.5kN/m2，共6片纵梁承受，每片承受的均布荷载：；外侧模的荷载为215.9kN，共6片框架，每个框架承受的集中力为（考虑均由工作导梁承受）F1=36kN；内侧模的荷载为227.3，共6片框架，每个框架承受的集中力为F2=38kN。 图4 荷载施加3.3 结构计算结果底模纵梁图5 底模纵梁的正应力云图（MPa）图6 底模纵梁的位移云图（mm）（前端的主桁架挠度为10.2mm）前底横梁图7 前底横梁位移云图（m）（前端的主桁架挠度为10.2mm）图8 前底横梁正应力云图（MPa）后底横梁图9 后底横梁位移云图（mm）图10

16、 后底横梁正应力云图（MPa）外侧模工作吊梁图11 外侧模工作吊梁位移云图（mm）（前端的主桁架挠度为0.010m）图12 外侧模工作吊梁正应力云图（MPa）内侧模导梁图13 内侧模导梁位移云图（mm）（前端的主桁架挠度为0.0102m）图14 内侧模导梁正应力云图（MPa）顶横梁图15 顶横梁位移云图（mm）（两端的挠度为0.0102m）图16 顶横梁正应力云图（MPa）主桁架图17 主桁架位移云图（mm）图18 主桁架正应力云图（MPa）门架图19 门架杆件正应力（MPa）横联图20 横联杆件正应力（MPa）吊杆图21 吊杆正应力（MPa）3.4 计算结果分析从图18的主桁架应力计算结果来

17、看，可以看出两根拉杆的应力中，只有后边斜杆应力较大，达到74.3MPa。前端斜杆压应力较大，而且最长，长度是5.46m，需要进行压挠稳定检算。截面面积A=45.6*2=91.2(cm2)截面最小回转半径i46cm，自由长度是546cm，那么546/4612，按Q235b类截面查表可得0.98，那么长斜杆的折算应力是74.3MPa/0.9875.8MPa (容许应力140MPa，使用应力适当)。主桁架前端的最大挠度为10.2mm<20mm(可)。主桁架各个杆件的最不利计算结果见表4，按公路钢桥设计规范，临时结构的容许应力可以提高1.3倍。表4 主结构计算结果杆件名称正应力/MPa容许应力/

18、MPa位移/mm容许位移/mm备注主桁架75.314010.220底模纵梁78.714522.8-10.2=12.65250/400=13.1前底横梁62.314522.9-10.2=12.77140/400=17.8后底横梁43.01455.217.8外模吊梁57.714511.95250/400=13.1内模导梁119.014522.6-10.2=12.45250/400=13.1顶横梁68.914517.2-10.2=76480/400=16.2吊杆342/2=171600/横联门架77.2145四、其他构件计算4.1 加工要求下节的计算以下面的加工要求为依据，否则可能导致计算与实际结构

19、的受力有较大的偏差。1挂篮各部件多属组焊件，必须制定合理的加工工艺，减少起焊接变形与焊接次应力。各构件的变形公差不得超过钢结构工程施工及验收规范（GBJ205-92）规定的允许值。2钻孔及孔距公差要求：2.1螺栓孔应采用样板钻孔。2.2钻孔时，工型杆件的孔应以腹板中心为基准；槽钢腹板应分中钻孔；槽钢翼缘上的孔及角钢上的孔，均应以肢背为基准。2.3螺栓孔的孔距公差规定为：（1）同组孔内两相邻孔距±0.25毫米。（2）一组孔（指一块节点板或拼接板）内的极边孔距±0.35毫米。 （3）同一根杆上如包括数组孔，两组相邻孔及该杆的极边距孔±0.5毫米。（4）角钢的钉线边距±0.5毫米。（5）工形（或双槽钢）杆件两个平行竖直面上，同心栓孔的错孔公差为0.25毫米。（6）孔端距（端部孔距杆端）±2.5毫米。（7）孔群中心线与杆件中心线的最大偏差1.5毫米。2.4孔径公差31.5±毫米。2.5螺栓光杆部分的直径公差为30±