汨罗江特大桥主桥悬浇挂篮计算书

1湖南省岳阳至望城高速公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2目录一、挂篮设计参数的选取……………………………………1--4二、挂篮构件验算……………………………………………4--19三、挂篮施工时抗倾覆稳定性验算……………………………19--20四、挂篮空载前移时抗倾覆稳定性验算………………………20-24五、参考文献…………………………………………………253一、挂篮设计主要参数选取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，其余均由普通型钢及钢板组焊而成。该挂篮主要由三个系统组成，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，其余均为钢结构。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）重量—190KN/台；（3）、前上、下横梁重量、精轧螺纹吊杆及其他锚固设备—90KN/台；4、挂篮的主要性能参数（1）、适应最大梁段重量：1709KN；（2）、适应最大梁段长：4.00m；（3）、适应梁高的变化范围：4.517m～2.5m；（4）、适应梁段横坡:单向2.0%；（5）、走行方式：无平衡重走行。（6）、挂篮自重(550KN)与最大梁段重量(1757.6KN)之比为0.312。5、主要材料（1）、钢板及型钢：采用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:钢材的容许应力按《公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，设计控制应力采用屈服强度的0.9倍，设计控制拉力673KN，设计弹性模量E=2.0×105MPa。相应锚具采用JLM型或YGM型。（3）、销子：采用40Cr钢，符合国家标准（GB/T3077—1999）的有关规定。屈服强度[]，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=302MPa(注:按机械设计手册选用)。（4）、螺栓：采用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《公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)》选用。6、挂篮设计荷载通过对挂篮各工况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。4二、挂篮设计计算挂篮结构分析计算均采用电算。主桁架横梁与立杆均采用工字钢形式，由于工字钢的截面面积相比同种规格的H型钢大，受力情况更为良好，故选用工字钢结构的形式。主横梁斜撑受力较小，采用合适截面的槽钢即可，这样的结构可以最大限度的达到节约材料，便于拼装、运输的目的。（一）挂篮主桁架计算1、计算说明：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一定的不均匀性，采用不均匀系数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理想铰接点，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。1234(1)(2)(3)(4)(5)5.105.107.217.215.105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—每台挂篮模板重量和精轧螺纹吊杆及其他锚固设备重量；按挂蓝施工图纸计算：G1=180KN+50KN=230KN；G2—施工时梁段重量分配到每片主桁架上前支点的荷载值，见下表：通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，重量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，主要包掴人群荷载和小型机具(如混凝土振捣棒、滑轨等)荷载，按梁段水平投影面积每平方米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：节段号重量（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#1552139.288.970.689.3388.66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：通过上图计算得知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:N1A162.×1031.14×10233.2yx1234(1)(2)(3)(4)(5)-625.50-625.50884.59884.59-1251.00625.001234(1)(2)(3)(4)(5)5.105.107.217.215.10733.2140MPa满足强度要求。（2）、杆件3、4的强度计算:N3A34.9×1032×100.62×10243.943.9140MPa满足强度要求。（3）、杆件5的强度计算:N5A5121×103121.94×102102.9102.9140MPa满足强度要求。7、主桁架各杆件的总稳定性计算(参考路桥施工计算手册)：主桁架中，N5为压杆，故对N5进行稳定性验算：（1）、N5杆件截面为2×28b工字钢焊接形成端面，截面面积A5=121.94cm2，Ix194cm4rxo√IXA√194121.9440.0cmIy14963cm4ryo√IyA√14963121.9411.0cm因：ry0=11.08cm＜rx0=40.08cm,故验算绕Y0轴方向的压杆稳定性。N5杆件的压杆稳定性验算时，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查中心压杆轴向容许应力拆减系数表可得拆减系数值：ψ=0.927⌈⌉φ14×0.92134.4285102.9＜⌈⌉φ134.42，故主桁架立杆的整体稳定性满足要求。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的型钢焊接形成端面，相比45b型的工字钢，H型钢的优点在于重量轻1/3，上、下平面宽度比工字钢大，惯性矩大于工字钢，达到节约材料的目的。yx1234(1)(2)(3)(4)(5)9经计算:max62.09[]140，Smax13mm，符合要求;最大弯矩出现在前上横梁的中间,最大挠度出现在梁端头。（三）前下横梁计算10前下横梁截面为2×[40.0b槽钢焊接形成端面，由于前下横梁受力相对较小，故选用重量相对较轻的槽钢作为截面，而且槽钢背对背的形式便于吊杆的穿过。经计算:max19.44[]140，Smax0.21mm，符合要求;最大弯矩出现在腹板中处；最大挠度出现在外侧两根吊杆的中间。11（三）后下横梁计算后下横梁截面为2×[40.0b与2×[25.0b槽钢焊接形成端面，由于后下横梁行走时吊点少，挠度太大，故选用槽钢叠加形式。12后下横梁浇筑状态经计算:max1.[]140，Smax0.19mm，符合要求;最大弯矩出现在腹板中处；最大挠度出现在外侧两根吊杆的中间。后下横梁行走状态经计算:max16.09[]140，Smax16.01mm，符合要求;最大弯矩及最大挠度均出现在横梁中间。13（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，重量轻，所以选用H型钢14经计算:max6.1[]140，Smax4.9mm，符合要求;最大弯矩及；最大挠度出现在5#段的中间。（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，重量轻，所以选用H型钢15经计算:max9.[]140，Smax.6mm，符合要求;最大弯矩及最大挠度出现在5#段的中间。（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[]90,屈服强度[]，机械性能比45#好很多，载荷组合按组合Ⅰ选定，安全系数和许用应力见下表：161、弯应力计算17经计算:max1.1[]7851.523.33，Smax0.04mm，符合要求;最大弯矩及最大挠度出现在销子的中间。2、剪应力计算[][]1.5×√37851.5×√3302.16,22.16N×13×15×1×13×3.14×1121.9经计算：[]，销子的剪应力符合要求。3、孔壁承压应力的计算152×(2×12)19.孔壁的材料为Q235，[]160经计算：[]，孔壁的承压能力符合要求。（八）