孔家寺黄河特大桥（70+128+70）m悬浇箱梁 挂篮设计及验算书

兰永沿黄一级公路第八合同段（70+128+70）m悬浇箱梁挂篮设计及验算30/30目录1、工程概述和计算依据 31.1、工程概述 31.2、设计依据 31.3、材料允许应力及参数 31.4、挂篮主要技术指标及参数 41.5、计算组合及工况 51.6、挂篮计算模型 52、荷载计算 72.1、底篮平台计算 72.1.1、平台加载分析表 72.1.2、底篮平台模型分析（强度与刚度） 102.2、滑梁计算 122.2.1、外滑梁 122.2.2、内滑梁 142.3、前上横梁验算 162.4、挂篮主桁强度及刚度验算 182.5、挂篮主桁内力 192.6、挂篮主桁支点反力 213、挂篮主构件强度、稳定性分析 223.1、挂篮主桁杆件强度计算 223.2、浇筑时主桁抗倾覆计算 234、吊杆验算 234.1、横梁吊杆验算 234.2、滑梁吊杆验算 255、锚固系统验算 266、挂篮行走验算 266.1、挂篮行走受力分析 266.2、后下横梁 276.3、滑梁 286.4、行走吊杆 286.5、反扣轮 296.5.1、反扣轮轴抗弯强度计算 296.5.2、行走主桁抗倾覆计算 297、结论 30孔家寺黄河特大桥（70+128+70）m悬浇箱梁挂篮设计及验算书1、工程概述和计算依据1.1、工程概述主桥上部采用（70+128+70）m预应力混凝土连续箱梁。箱梁断面为单箱单室直腹板断面。箱梁顶宽11.25m，底宽6.5m，翼缘板宽2.375m，根部梁高7.6m，悬浇段腹板厚55cm～80cm，底板厚度为30cm 箱梁0#块在托(支)架上施工，梁段总长13m，边、中合拢段长为2m；挂篮悬臂浇筑箱梁2#～5#块段长3.5m，6#～10#块段长4m，11#～15#块段长4.5m。箱梁悬臂浇注采用菱形挂篮进行施工。1.2、设计依据⑴、《兰州（新城）至永靖沿黄河快速通道建设工程两阶段施工图设计》。⑵、《钢结构设计规范》。⑶、《公路桥涵施工技术规范》。⑷、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》。1.3、材料允许应力及参数钢材弹性模量：E=2.06+QUOTEMPa。密度：γ=7850Kg/m³。泊松比：ν=0.3。线膨胀系数：α=0.000012。表1.钢材允许应力钢材允许应力（Mpa）应力种类符号钢号Q235BQ345B45#(调质）30CrMnTi（贝雷销）40Si2MnV(精轧螺纹钢筋)抗拉、抗压[б]1402002101105抗弯[бw]1452102201105抗剪[τ]85120125585端面承压（磨平顶紧）[бc]210300表2.焊缝允许应力焊缝允许应力（Mpa）焊缝种类应力种类符号构件钢号Q235BQ345B对接焊缝抗拉、抗压[б]140200抗剪[τ]85120贴角焊缝抗拉、抗压和抗剪[τ]120150表3.螺栓和销轴连接允许应力(MPa)螺栓的性能等级、销轴和构件的钢号普通螺栓销轴承压型连接高强度螺栓抗拉[δ]抗剪[τ]承压[δc]抗弯[δ]抗剪[τ]抗拉[δ]抗剪[τ]承压[δc]普通螺栓4.8级145100销轴45号36012540Cr承压型高强度螺栓8.8级21012510.9级构件Q235210Q345300钢材按容许应力取值，临时钢结构提高30%，节点销子的抗弯允许应力在任何荷载作用下不得提高。1.4、挂篮主要技术指标及参数⑴、梁段最大重量按2#算：169.9t；⑵、梁段最大分段长度：4.5m⑶、梁段混凝土重量：2.65t/m³；⑷、人群及机具荷载：2.5KPa；⑸、超载系数取1.05；⑹、新浇砼动力系数取1.2；⑺、挂篮行走时的冲击系数取1.3；⑻、抗倾覆稳定系数2.0。1.5、计算组合及工况⑴、荷载组合：①、砼重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数(强度计算)②、砼重+挂篮自重(刚度计算)③、挂篮自重+冲击附加系数(行走稳定性)⑵、计算工况：根据梁段长度、重量、梁高等参数，设计时按以下三种工况进行计算。工况一：2号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段高度最大、混凝土重量最大。工况二：6号梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段长度较长、混凝土重量较大。工况三：11号梁段完成，挂篮由11号至12号梁段走行工况。此工况挂篮走行距离最长，控制挂篮走行状态抗倾覆稳定及外模、底模走行梁走行状态的强度和刚度。1.6、挂篮计算模型根据设计图纸，对挂篮的主要构造进行了空间建模，采用通用有限元分析程序MIDAS进行空间分析。挂篮浇筑时砼重传力途径如下：⑴、箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外滑梁分别传至前一节段已施工完的箱梁翼板和挂篮主桁的前上横梁承担。⑵、箱梁顶板砼、内模支架、内模重量通过内滑梁分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。⑶、箱梁底板、腹板砼及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。挂篮结构计算模型见下图，包括主桁架、立柱间横向连接系、前上横梁、底篮、导梁等所有的承重系统。挂篮总体布置图菱形挂篮结构计算空间模型2、荷载计算2.1、底篮平台计算2.1.1、平台加载分析表2#底纵梁计算加载：2#块高侧一根底板纵梁荷载分析表2#块低侧一根底板纵梁荷载分析表2#块高侧腹板纵梁荷载分析表2#块低侧腹板纵梁荷载分析表6#底纵梁计算加载：6#块高侧一根底板纵梁荷载分析表6#块低侧一根底板纵梁荷载分析6#块高侧腹板纵梁荷载分析表6#块低侧腹板纵梁荷载分析表11#底纵梁计算加载：11#块高侧一根底板纵梁荷载分析表11#块低侧一根底板纵梁荷载分析表11#块高侧腹板纵梁荷载分析表11#块低侧腹板纵梁荷载分析表2.1.2、底篮平台模型分析（强度与刚度）2#块底篮平台剪应力（单位:Mpa）2#块底篮平台弯应力（单位:Mpa）6#块底篮平台剪应力（单位:Mpa）6#块底篮平台弯应力（单位:Mpa）11#块底篮平台剪应力（单位:Mpa）11#块底篮平台弯应力（单位:Mpa）由计算模型可知：底纵梁受最大弯矩、最大剪力均在1#块，最大弯应力为：169.5MPa＜1.3×145Mpa=188.5Mpa(容许抗弯)，满足强度要求。最大剪应力为：48Mpa＜1.3×85Mpa=110.5Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。由计算模型可知：底篮平台最大挠度为-11.7mm<5800/400=14.5mm,满足刚度要求。2.2、滑梁计算2.2.1、外滑梁外滑梁计算：外滑梁荷载分析表(一根外滑梁2[36a槽钢)滑梁应力验算如下：外滑梁剪应力（单位:Mpa）外滑梁弯应力（单位:Mpa）最大弯应力为：135.4MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa(容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：20.7Mpa＜85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。最大挠度为-10.0mm＜5800/400=14.5mm,刚度满足要求。2.2.2、内滑梁内滑梁荷载分析表(一根外滑梁2[36a槽钢)内滑梁应力验算如下：内滑梁剪应力（单位:Mpa）内滑梁弯应力（单位:Mpa）最大弯应力为：128.6MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa(容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：19.7Mpa＜85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。最大挠度为-9.3mm＜5800/400=14.5mm,刚度满足要求。2.3、前上横梁验算2#块前上横梁剪应力（单位:Mpa）2#块前上横梁弯应力（单位:Mpa）6#块前上横梁剪应力（单位:Mpa）6#块前上横梁弯应力（单位:Mpa）11#块前上横梁剪应力（单位:Mpa）11#块前上横梁弯应力（单位:Mpa）模型可知：最大弯应力为：96.1MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa(容许抗弯)，强度满足要求。最大剪力为：45.8Mpa＜85Mpa(容许抗剪)，强度满足要求。2.4、挂篮主桁强度及刚度验算2#块主桁变形图（单位:mm）6#块主桁变形图（单位:mm）11#块主桁变形图（单位:mm）由计算模型，可知主桁架前支点竖向变形均小于20mm,满足变形要求。2.5、挂篮主桁内力挂篮主桁施工荷载组合条件下内力(销结)块段杆件编号杆件名称杆件长度（mm）轴力（KN）2#块A1下平杆3970883.8A2立柱3800679.9A3后拉杆44601064.0A4前拉杆6000838.3A5前斜杆5350981.16#块A1下平杆3970864.7A2立柱3800703.3A3后拉杆44601097.4A4前拉杆6000864.7A5前斜杆53501011.911#块A1下平杆3970819.5A2立柱3800665.1A3后拉杆44601040.2A4前拉杆6000819.5A5前斜杆5350959.12#块主桁杆件轴力图（单位:KN）6#块主桁杆件轴力图（单位:KN）11#块主桁杆件轴力图（单位:KN）2.6、挂篮主桁支点反力2#块主桁支点反力图（单位:KN）6#块主桁支点反力图（单位:KN）11#块主桁支点反力图（单位:KN）单片主桁后锚最大反力：-666.8KN、前支点反力：1228.7KN3、挂篮主构件强度、稳定性分析3.1、挂篮主桁杆件强度计算主桁截面特性：Ix=2*0.00017578m4Iy=2*0.00000592+0.00015858m4A=2*0.007504m2ix=0.148miy=0.153mWx=2*0.0008789m3⑴、A5杆件受力：轴压力1011.9KN；压杆计算长度为6.77m主桁A5杆件稳定性:①、轴向压应力N/A≤[σ]σ=1011.9/0.007504/2=67.4Mpa＜[140]②、压杆稳定性弯矩平面内稳定性:杆细长比λ—构件在弯作用上的细长比：ix=0.148mλ=L/ix=6.77/0.148=45.7缀板间距按100cm考虑，则单肢对其1-1轴的长细比为：λ1=100/2.8=35.7则换算长细比为：λ=(λy2+λ12)1/2=58.0弯曲系数Φ1=0.818稳定性验算：N/A=67.4Mpa<Φ1[σ]=0.818*140Mpa=114.52Mpa⑵、A3杆拉杆最大受力：轴拉力1097.4KN；轴向拉应力N/A≤[σ]σ=1097.4/0.007504/2=73.12Mpa＜[140]3.2、浇筑时主桁抗倾覆计算⑴、计算简图如下：⑵、浇注砼时的抗倾覆计算：根据计算结果，主纵梁后锚在浇注6#块4米节段砼时锚力最大，主桁架后锚力P1＝666.8KN,由电算模型可知：倾覆P=666.8*4.5/5.8=517.3KN倾覆弯矩M=P*L=517.3*5.8=3000.34KN.m后锚共设4根Φ32精轧螺纹筋，其抗力达到P1=4*500=2000KN抗倾覆弯矩M1=P1*L1=2000*4.5=9000KN.m抗倾覆系数为K=M1/M=2.9>2，满足规范要求。4、吊杆验算4.1、横梁吊杆验算2#块吊杆受力（KN）6#块吊杆受力（KN）11#块吊杆受力（KN）由计算可得底篮吊杆的最大拉力为239.6KN：底篮吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋，A=804.2mm2σ＝N/A=239.6/804.2=297.9MPa<f/2=392.5Mpa，满足2倍安全系数。4.2、滑梁吊杆验算由计算可得内滑梁、外滑梁吊杆的最大拉力为113.9KN：吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋，A=804.2mm2σ＝N/A=113.9/804.2=141.6MPa<f/2=392.5Mpa，满足2倍安全系数。5、锚固系统验算从计算结果可以得到，一个后锚点的最大锚固力为-666.8KN，采用4根直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋。A=804.2mm2×4=3216.8mm2,σ＝N/A=666.8/3216.8=207.3MPa<f/2=392.5MPa故后锚钢筋满足规范2倍安全系数的要求。6、挂篮行走验算6.1、挂篮行走受力分析挂篮行走时,前端还是通过前吊杆、滑梁吊杆把底篮、翼板模板及顶板模板吊在前上横梁上；后端通过竖向平联吊住后下横梁（底篮），翼板、顶板模板后端吊要己浇筑完的箱梁。行走时后下横梁变换成了一根简支梁。内外滑梁为一简支梁，随挂篮的行走跨径在不断变化。内滑梁支承顶板、外滑梁支承侧模。行走模型6.2、后下横梁后下横