工程施工汨罗江特大桥主桥悬浇挂篮计算书

湖南省岳阳至望城高速大路汨罗江特大桥主桥悬浇挂篮计算书编制：审核：二〇一五年三月四日目录一、挂篮设计参数的选取……1--4二、挂篮构件验算……………4--19三、挂篮施工时抗倾覆波动性验算……………19--20四、挂篮空载前移时抗倾覆波动性验算………20-24五、参考文献…………………25一、挂篮设计次要参数选取1、挂篮结构型式挂篮的主体结构为三角形桁架结构。每台挂篮有两片主桁架，主桁架除销子为40Cr钢外，其他均由普通型钢及钢板组焊而成。该挂篮次要由三个系统组成，即主桁系统、底篮和模板系统、走行系统，除内模为钢木组合结构外，其他均为钢结构。2、工程数量制造4台挂篮，分别用于主桥T构箱梁悬臂施工。3、挂篮自重（1）、挂篮桁架及附件—270KN/台；（2）、挂篮模板（含内、外模板、底板钢模）分量—190KN/台；（3）、前上、下横梁分量、精轧螺纹吊杆及其他锚固设备—90KN/台；4、挂篮的次要功能参数（1）、顺应最大梁段分量：1709KN；（2）、顺应最大梁段长：4.00m；（3）、顺应梁高的变化范围：4.517m～2.5m；（4）、顺应梁段横坡:单向2.0%；（5）、走行方式：无均衡重走行。（6）、挂篮自重(550KN)与最大梁段分量(1757.6KN)之比为0.312。5、次要材料（1）、钢板及型钢：接受Q235普通碳素结构钢，符合国家标准（GB/T709—1998）、（GB/T706—1988）和（GB/T707—1988）的有关规定。屈服强度为225-235MPa，设计弹性模量E=2.1×105MPa，[σ]=140MPa，[σw]=145MPa，[τ]=85MPa(注:钢材的允许应力按《大路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)》选用)。（2）、直径32mm精轧螺纹粗钢筋：符合国家标准（GB/T20065—2006）的有关规定。屈服强度为930MPa，设计把握应力接受屈服强度的0.9倍，设计把握拉力673KN，设计弹性模量E=2.0×105MPa。相应锚具接受JLM型或YGM型。（3）、销子：接受40Cr钢，符合国家标准（GB/T3077—1999）的有关规定。屈服强度σs=785MPa，设计弹性模量E=2.1×105MPa，许用应力[σ]=[σs]/1.5=785/1.5=523MPa,[τ]=[σ]/1.5/√3=302（4）、螺栓：接受钢结构用高强度大六角螺栓，符合国家标准（GB1228—84）的有关规定。高强度螺栓的预拉力按《大路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)》选用。6、挂篮设计荷载经过对挂篮各工况2＃梁段（梁重150吨，梁段长3.0m）、5＃梁段（梁重170.9吨，梁段长4.0m）进行计算及分析比较，浇筑混凝土时以工况2（5＃梁段）对前主吊杆产生的力最大，故确定5＃梁段工况荷载作为挂篮设计荷载。二、挂篮设计计算挂篮结构分析计算均接受电算。主桁架横梁与立杆均接受工字钢方式，由于工字钢的截面面积相比同种规格的H型钢大，受力状况更为良好，故选用工字钢结构的方式。主横梁斜撑受力较小，接受合适截面的槽钢即可，这样的结构可以最大限制的达到节省材料，便于拼装、运输的目的。（一）挂篮主桁架计算1、计算阐明：该挂篮主桁架为销焊组合构造，每台挂篮由两片主桁架组装而成。在对主桁架进行强度计算时，考虑到两片主桁架的受力存在肯定的不均匀性，接受不均匀系数1.2进行计算。但在变形计算时，不考虑不均匀系数，即按两片主桁架均匀受力计算。2、计算图式：为简化计算，将结点均看作铰于一点的抱负铰接点，单片主桁架计算图式简化后的计算模型如图一所示：图中L1=5.10m,L2=5.10m，L3=7.21m，L4=7.21m,L5=5.10m。图一主桁架计算模型3、各杆件材料特性表（查型钢截面特性表得知）：单元码材料长度L（m）面积A（㎝2）惯性矩IX（㎝4）抗弯截面模量WX（㎝3）IX/SX（㎝）（1）2×40b工字钢5.10188.14302406160767.2（2）2×40b工字钢5.10188.14302406160767.2（3）4×【16.0槽钢7.21100.62373874.333.5（4）4×【16.0槽钢5.10100.62373874.333.5（5）2×28b工字钢5.10121.9414963.01122.7148.44、荷载计算：单片主桁架承受的荷载计算每片主桁架前端悬臂(前上横梁支点)处承受竖向集中力P按以下公式计算:P=G1/4+kG2+G3/4式中:G1—每台挂篮模板分量和精轧螺纹吊杆及其他锚固设备分量；按挂蓝施工图纸计算：G1=180KN+50KN=230KN；G2—施工时梁段分量安排到每片主桁架上前支点的荷载值，见下表：节段号分量（KN）R腹（KN）R底（KN）R顶（KN）R翼（KN）R前（KN）2#1682188.9107.960.769.3426.85#1758190.9109.967.870.9439.510#1552139.288.970.689.3388.6经过对挂篮各工况进行计算及分析比较可知，当挂篮施工1#梁段(长度为3.5m时，分量2413KN)时，主桁架受力最大，由挂篮前上横梁支点反力计算可知:G2=439.5KN；k——荷载不均衡系数，取k=1.2；G3——挂蓝施工荷载，次要包掴人群荷载和小型机具(如混凝土振捣棒、滑轨等)荷载，按梁段程度投影面积每平方米2.0KN计算:G3=2.0×11.25×3.50=78.75KN(按80KN计)。将数据代入公式得:P=G1/4+kG2+G3/4=230/4+1.2×440+80/2=625.5KN,按625.5KN加载。主桁架的受力简图如图二所示：图二主桁架受力简图5、主桁架各杆件的内力计算：（计算结果由结构力学求解器得出）杆端1杆端2----------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩-----------------------------------------------------------------------------------------------1-625.5000000.000000000.00000000-625.5000000.000000000.000000002-625.5000000.000000000.00000000-625.5000000.000000000.000000003884.5905830.000000000.00000000884.5905830.000000000.000000004884.5905830.000000000.00000000884.5905830.000000000.000000005-1251.000000.000000000.00000000-1251.000000.000000000.00000000----------------------------------------------------------------------------------------------图三轴力图轴力计算：经过上图计算得知N1=-625.5kN,N2=-625.5kN,N3=884.6kN,N4=884.6kN,N5=-1251kN。6、主桁架各杆件的强度计算：（1）、杆件1、2的强度计算:N33.25MPa满足强度要求。（2）、杆件3、4的强度计算:N43.95MPa满足强度要求。（3）、杆件5的强度计算:N102.59MPa满足强度要求。7、主桁架各杆件的总波动性计算(参考<<路桥施工计算手册>>)：主桁架中，N5为压杆，故对N5进行波动性验算：（1）、N5杆件截面为2×28b工字钢焊接构成端面，截面面积A5=121.94cm2，IrIr因：ry0=11.08cm＜rx0=40.08cm,故验算绕Y0轴方向的压杆波动性。N5杆件的压杆波动性验算时，按铰接计算，压杆计算长度为L5=5.10m,则λ=L5/Yy0=5.10/11.08=46.0查中心压杆轴向允许应力拆减系数表可得拆减系数值：ψ=0.927σσ5=102.59MPa＜故主桁架立杆的全体波动性满足要求。8、主桁架变形计算图六主桁架变形图经结构力学求解器计算，得出最大变形在节点3，最大变形量为8mm。（二）前上横梁计算前上横梁截面为2×H450×200×9×14与2×T200×200×8×13的型钢焊接构成端面，相比45b型的工字钢，H型钢的优点在于分量轻1/3，上、下立体宽度比工字钢大，惯性矩大于工字钢，达到节省材料的目的。经计算:σmax=62.09MPa<σ=140MPa，（三）前下横梁计算前下横梁截面为2×[40.0b槽钢焊接构成端面，由于前下横梁受力绝对较小，故选用分量绝对较轻的槽钢作为截面，而且槽钢背对背的方式便于吊杆的穿过。经计算:σmax=19.44MPa<σ=140MPa，S（三）后下横梁计算后下横梁截面为2×[40.0b与2×[25.0b槽钢焊接构成端面，由于后下横梁行走时吊点少，挠度太大，故选用槽钢叠加方式。后下横梁浇筑形态经计算:σmax=15.85<σ=140MPa，S后下横梁行走形态经计算:σmax=16.09<σ=140MPa，Smax=16.01mm，符合要求;（五）底纵梁(底板下)计算底板下底纵梁由9根H344×174×9×6H型字钢组成。由于H型钢的上、下翼缘宽，接触面积大，分量轻，所以选用H型钢经计算:σmax=67.1MPa<σ=140MPa（六）底纵梁(腹板下)计算腹板下底纵梁由3×H400×200×8×13型钢组成。由于H型钢的上、下翼缘宽，接触面积大，分量轻，所以选用H型钢经计算:σmax=89.7MPa<σ=140MPa（七）主桁架销接计算（查《机械设计手册》第三版）销轴材料为40Cr，直径φ80㎜,有效长度110㎜，进行调质处理，由《机械设计手册》可知,抗拉强度σb=980MPa,屈服强度σ1、弯应力计算经计算:σmax=51.15MPa<2、剪应力计算τ=στ=经计算：τ<3、孔壁承压应力的计算σ孔壁的材料为Q235，σ经计算：σP<（八）吊杆受力计算吊杆接受∅32mm精轧螺纹粗钢筋，设计把握应力σ=930×0.9=837MPa,每根吊杆的设计把握吨位为吊杆地位如下图所示。前吊杆地位表示图后吊杆地位表示图经后面计算得知，每根吊杆的拉力如下表所示。序号吊杆拉力（KN）序号吊杆拉力（KN）序号吊杆拉力（KN）序号吊杆拉力（KN）QD122.3QD6138HD122.3HD6138QD2166QD7154HD2166HD7154QD3278QD8278HD3278HD8278QD4154QD9166HD4154HD9166QD5138QD1022.3HD5138HD1022.3经过上表的数据得知，每根吊杆的拉力均小于673KN,符合要求。三、挂篮施工时抗倾覆波动性验算1、后锚强度计算：每榀三角架后部有四根Φ32mm精轧螺纹钢与桥面锚固，由前文知，每榀三角架的最大后锚力为N＝48.5t，而每根Φ32mm精轧螺纹钢的许用拉力为60t。则后锚的安全系数为：＝4.9，故后锚安全。2、后锚梁的强度验算：后锚梁接受2[20a，按最不利状况考虑，每榀三角架后部只要两组Φ32mm精轧螺纹钢与桥面锚固。由CAD计算得：综合上述分析可知，挂篮施工时的抗倾覆波动性牢靠。四、挂篮空载前移时抗倾覆波动性验算当挂篮空载前移到箱梁浇注地位时，此时处于悬伸空载下的挂篮所受的倾覆力最大。参考外模、内模、底盘、下横梁和上横梁的分量，可知三角架前端荷载：T＝18t。则行走后锚负荷F＝18/2=9t。由设计图纸可知，行走后锚与主桁架的连接为φ32精轧螺纹，φ32精轧螺纹许用拉力为60t，满足要求。行走后锚如图：挂篮空载前移时，最不利状况为行走后锚单侧受力：由CAD计算得单侧断面：所受弯矩M=90000×110mm=9900000N.mm挂篮空载前移时,牵引力约为1t，由CAD计算得行走后锚单侧纵断面：满足要求。挂篮空载前移时，由于行走的不同步性可能对挂篮尾部产生横向力，综合分析，此横向力约为5t。由CAD计算得：满足要求。综上所述可知挂篮空载前移时抗倾覆波动性牢靠。参考文献1、湖南省交通规划勘察设计院.湖南省岳阳至望城高速大路其次合同段施工图2、交通部行业标准.大路桥涵设计通用规范(JTJ021-89).北京:人民交通出版社.19893、周水兴,贺兆益,皱毅松等编著.路桥施工计算手册.北京:人民交通出版社.20014、叶见曙主编.结构设