挂篮结构计算书

娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书1第一章设计说明1.1、设计依据1、娄双公路施工招标文件及答疑；2、娄双公路《两阶段施工图设计》：3、《公路工程桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011；4、《路桥施工计算手册》1.2、结构简介1）工程概况主桥上部为（30+50+30）m三跨预应力混凝土变截面单箱单室连续箱梁，单幅桥面宽13.75m，箱梁高度主墩中心2m范围高为3.5m，边跨端部6.0m范围内高2.0m，梁高按二次抛物线变化连接。主桥箱梁在墩顶0号块处设置厚度为2m的横隔板，在边跨端部设厚度为1.5m的横隔板。箱梁采用变腹板高度成坡，顶板设置4%的横坡，底板水平。主桥箱梁采用纵向预应力体系。主桥位于半径为700的圆曲线内，以路线中心线控制现浇箱梁纵向长度。箱梁顶板厚度为0.25m；底板厚度由跨中的0.3m按二次抛物线变化至距0号块中心线1m处的0.5m；腹板厚度0.6m。为改善箱梁根部截面受力，在0号块两端附近的截面顶、底板局部加厚。主桥连续箱梁采用双挂篮悬臂浇筑法施工，各单“T”箱梁除0、0b号块采用在支架上现浇外，其余5对梁段，均采用对称平衡悬臂逐段浇筑法施工。箱梁纵向悬浇分段长度为（3×3.5m＋2×4m），箱梁墩顶现浇块件（即0、0b号块）总长11m，中跨合拢段长度为2.0m，边跨合拢段长度为2.0m，边跨现浇段长度为3.92m。悬臂浇筑梁段中最大重量为95.8吨，双挂篮自重按50吨考虑，中跨合拢段施工吊架自重按30吨考虑。山塘大桥箱梁采用C55混凝土，箱梁节段参数见表2-1，其中6#梁段为边跨现浇段，7#梁段为边跨合龙段，8#梁段为中跨合拢段。娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书2表1箱梁节段主要参数表节段号012345678节段长(m)113.503.503.504.04.03.922.02.0方量(m3)123.738.336.133.932.231.652.517.617.6节段重（t）411.695.890.384.880.579131.34444最大悬臂段重量为1号梁段95.8t。第二章挂篮设计及荷载描述山塘大桥（30m+50m+30m）连续梁采用三角挂篮施工，主要构造有主桁架系统、轨道系统、前上横梁、模板系统、导梁、底篮、防护系统等组成。如图图2.1挂篮构造示意图2.1、主桁系统主桁为三角桁片，由立柱、轨道横梁、斜拉带组成。每个挂篮由两片三角形组合梁。两片组合梁由设在立柱间的连接系统形成门架结构。主桁架由2根娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书336a槽钢对扣加工而成。斜拉带与立柱、轨道横梁的连接均采用40Cr插销铰接。上横梁采用2根I50a型钢加工而成（双拼工字钢）。2.2、底篮系统底篮由前横梁、后横梁、纵梁组成。前、后横梁采用2根I36a型钢加工而成（双拼工字钢），纵梁采用I28b焊接在前后横梁上。2.3、模板系统内外侧模板采用吊挂式，底模采用焊接在底纵梁上。均采用δ=6mm钢板。2.4、锚固系统挂篮尾部通过锚杆与箱梁腹板中的Φ32竖向精轧螺纹钢PSB930链接。锚固扁担梁可根据竖向精轧螺纹钢的位置调整，挂篮单根主梁上锚固精轧螺纹钢为4根。2.5、悬吊系统悬吊系统由底篮悬吊和外模悬吊两部分组成。底篮悬吊系统采用精轧螺纹钢作为吊杆。外模悬吊通过精轧螺纹吊挂外导梁形成。2.6、行走系统挂篮的主梁下方分别设有前、后两个支腿及相应配套的滑道，在主桁尾部设有反扣轮支撑在行走轨道上，挂篮的前移可采用穿心式千斤顶或者高强度受拉葫芦。为保证挂篮行走安全，在轨道前端设纤维装置，以防止挂篮滑出轨道或者箱梁前端引起挂篮倾覆。娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书42.7、挂篮设计1、主要技术指标（1）取最重悬浇段1号段（96t）为最不利工况；（2）混凝土容重取26kN/m3；（3）考虑箱梁混凝土浇注时胀模等因素的超重系数取1.05；（4）浇注混凝土时的动力系数取1.2；（5）挂篮空载行走时的冲击系数取1.3；（6）浇注混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数取2；（7）吊带及精轧螺纹钢筋吊杆的安全系数不小于2：（8）施工人员及施工机具产生的荷载标准值取2.5kN/m2：（9）振捣荷载：4kN/m2：（10）挂篮主桁最大重量梁段1.1倍。2、设计参数（1）超载系数、取混凝土浇筑涨模系数1.05；（2）挂篮允许最大变形（包括吊带变形的总和）20mm以内；（3）施工时、行走时的抗倾覆安全系数大于2：（4）自锚固系统的安全系数大于2：3、参数取值（1）风速取最大值10级风速V=34m/s（2）材料性能取值弹性模量E=2140GPa；泊松比μ=0.3；密度ρ=7850kg/m3；剪切模量G=81GPa；Q235钢材抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=205MPa；吊杆PSB930抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=750MPa；抗剪设计强度fv=125MPa。4、荷载组合挂篮悬浇施工中，主要有以下四种工况：娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书5①浇筑即将完成满载情况②底板浇筑完成后，浇筑腹板时混凝土布料高度差形成的偏载③浇筑完成满载且风荷载存在④挂篮行走各工况对应的荷载组合及变形验算时的荷载组合如下。荷载组合I：混凝土重量（考虑动力影响）+挂篮自重+施工荷载；；荷载组合II：挂篮自重（考虑行走冲击影响）+风荷载；荷载组合III：混凝土重量（考虑超载影响）+挂篮自重+施工荷载。荷载组合I用于验算挂篮各构件的强度、稳定性、与抗倾覆性，荷载组合II用于挂篮行走验算，荷载组合III用于变形计算。5、计算模型图2.2挂篮计算模型边界条件：立柱顶端采用铰接，斜拉带与主纵梁连接时释放梁端约束形成铰接。结构自重荷载由程序自动加载计算。娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书6第三章结构计算分析3.1、荷载取值计算：单侧翼缘板混凝土自重G1：面积A1=1.245，长度L=3.5mG1=1.245x3.5x26=113.3kN顶板混凝土自重G2：面积A2=2.278，长度L=3.5mG2=2.278x3.5x26=207.25kN底板混凝土自重G3：面积A3=3.269，长度L=3.5mG3=3.269x3.5x26=297.48kN单侧腹板混凝土自重G4：面积A4=1.98,长度L=3.5mG4=1.98x3.5x26=180.18kN侧模自重G5=46.7kN内模自重G6=56kN底模自重G7=27kN3.2.结构强度验算荷载组合I：混凝土重量（考虑动力系数1.2影响）+挂篮自重+施工荷载（振捣荷载+机具荷载）；结构的拉、压应力如图：娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书7图3.1挂篮结构最大拉、压应力图桁架立柱所受的压应力最大值为110MPa，弯曲应力为78MPa，均小于容许应力205MPa。满足要求。吊杆所受最大拉应力为273.2MPa，小于容许应力750MPa，且吊杆安全系数K=750/273.2=2.742。均满足要求。各构件所受剪应力最大值为62.1MPa，小于容许应力125MPa，安全系数K=125/62.1=2.012；弯曲应力最大值为78.79MPa，小于容许应力205MPa，安全系数K=205/78.79=2.62，均满足要求。图3.2挂篮结构剪应力图娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书83.3结构刚度验算荷载组合I挂篮结构的变形如下图图3.3挂篮变形图由上图可知结构结构在荷载组合I作用下的竖向变形最大为20mm，在下横梁中点处，满足要求。3.4结构稳定性验算荷载组合I：混凝土重量（考虑动力影响）+挂篮自重+施工荷载；立柱采用2根36a槽钢对扣加工而成，立柱高为3.5m，截面面积A=1.361800e-002m^2。立柱所受压力为1497kN。属于压杆稳定验算。Ix=0.4h=14.4Iy=0.5b=9.6λx=L/Ix=350/14.4=24.3λy=L/Iy=350/9.6=36.5稳定系数φx=0.957φy=0.912-0.015-0.010-0.005-0.003-0.001-0.000-0.000-0.000-0.001-0.003-0.005-0.010-0.015-0.017-0.019-0.019-0.020-0.019-0.0150.0340.0340.034-0.020-0.020-0.019-0.0170.0000.0340.0000.0000.000-0.017-0.0170.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000-0.017-0.0170.0000.000-0.013-0.004-0.014-0.014-0.015-0.0150.0000.000-0.0170.0000.000-0.0040.000-0.013-0.015-0.016-0.017-0.015-0.002-0.015-0.019-0.016-0.014-0.014-0.002娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书9fx=N/φxA=1497/(0.957*0.013618)=115.15MPa205MPa。fy=N/φyA=1497/(0.912*0.013618)=119.09MPa205MPa。稳定性满足要求。3.5结构抗倾覆验算3.5.1、施工状态倾覆稳定性验算荷载组合I：混凝土重量（考虑动力系数1.2影响）+挂篮自重+施工荷载（振捣荷载+机具荷载）；图3.4.结构支反力图单根后锚压杆允许受力为600kN。单侧主桁架后锚支反力合力为826.8kN。单侧后锚压杆至少为4根，则自锚固安全系数K=2400/826.8=2.712，满足要求。2、行走状态倾覆稳定性验算荷载组合II：挂篮自重（考虑行走冲击系数1.3影响）+风荷载娄底至双峰公路（双峰段）建设项目经理部山塘大桥挂篮设计计算书10挂篮行走时挂篮后锚部分为反扣轮反勾在组焊的轨道上。挂篮空载时反扣轮需提供的反力合力为R=216.7kN。轨道压杆所需最大压力为216.7kN（至少压两道），行走过程中自锚固安全系数为K=1200/216.7=5.532，满足要求。