移动模架主要结构设计书

中铁十三局集团第五工程有限公司二OO八年一月中泉路桥设备有限公司MSS1800型50m上行式移动模架主要结构设计计算第二部分设计指标第三部分移动模架造桥机设计荷载第四部分移动模架造桥机倾覆稳定性检算第五部分移动模架造桥机主梁设计计算第六部分移动模架造桥机模架检算第七部分吊杆设计计算第一部分设计文件及参考文献第八部分走行轮箱轮压计算第九部分预埋件计算第一部分设计规范及参考文献•《起重机设计手册》中国铁道出版社•《钢结构设计手册》（第二版）中国建筑工业出版社•《机械设计手册》（第四版）•《预埋件设计手册》中国建筑工业出版社1、钢结构容许应力钢号荷载组合类别安全系数厚度（mm）拉、压、弯许用应力[σ]剪切许用应力[τ]端面承压许用应力（刨平顶紧）[σc]Q345B组合I1.5≤16230130415组合I1.5≤35215125390组合I1.5≤50195110350Q235B组合I1.5≤401508527045调质组合I1.540～100215125----第二部分设计指标2、结构验算安全系数•钢结构安全系梁：n≥1.5•抗倾覆稳定系梁：n≥1.53、焊缝容许应力•贴角焊缝剪切容许应力：[τf]=120MPa。第二部分设计指标•3.1竖向荷载•3.1.1现浇混凝土荷载•移动模架各施工节段混凝土方量及钢筋重量见下表，混凝土浇筑工况计算时按容重2.6t/m3计算现浇钢筋混凝土自重，混凝土浇筑前工况按预应力及普通钢筋实际重量加载。表中L1表示跨内浇筑长度，L2表示悬臂浇筑长度。联号梁段类型L1（米）L2（米）现浇C50混凝土预应力及普通钢筋（t）体积（m3）重量（t）第1联第1施工段（45米）34.8410435.33113286.9第2、3、7施工段（50米）4010458.24119184.8第4~6施工段（50米）4010463.90120682.7第8施工段（40米）39.85358.9793365.6第2联第1施工段（60米）49.8510562.911464106.7第2、6施工段（50米）4010458.24119184.8第3~5施工段（50米）4010463.90120683.1第7施工段（47米）407432.81112579.9第8施工段（35米）287331.0986164.6第9施工段（25米）2484231.4060245.2第三部分移动模架造桥机设计荷载•3.1.2移动模架自重荷载•将以下结构重量视为均布荷载：•1、3号主梁（双层，δ24盖板）：q1=2.77t/m•2号主梁（双层，δ30盖板）：q2=3.16t/m•4号主梁（单层，δ20盖板）q3=1.73t/m•1号导梁：q4=1.54t/m•2号导梁：q5=1.17t/m•施工临时荷载：q6=0.2t/m（仅1~3号主梁范围内有，计12.4t）•将以下结构重量视为集中荷载：•主梁接头ZJ1：3.365t（共4个）•主梁接头ZJ2：1.915t（共1个）•导梁接头DJ：1.357t（共2个）•前支腿：15t•中支腿：15.4t•后支腿：14.3t•导梁前端鼻架：0.3t•挑梁及吊臂：共30点，每点71.04/30=2.368t•底模：共26点（除墩顶散模），每点32.015/26=1.231t•侧模及翼模：共30点，55.935/30=1.865t•底模架：共26点，61.63/26=2.37t•侧模架：共30点，48.17/30=1.606t•安全走道：共26点，4.89/26=0.188t•内模：按1t/m估算，2.1t/m第三部分移动模架造桥机设计荷载•3.1.3冲击系数•造桥机工作时，每次浇筑的混凝土重量相对于整机自重很小，新浇混凝土的冲击力可忽略不计；造桥机主机走行是由油缸顶推前进，轨道平顺良好，其走行的冲击力可以忽略；支腿重量相对较小，其走行的冲击力也可以忽略不计。第三部分移动模架造桥机设计荷载3.2水平荷载水平荷载仅考虑风力的影响。3.2.1计算风压工作状态计算风压造桥机走行时的计算风压取7级风的最大风压：q1=25kg/m2非工作状态计算风压造桥机在非工作状态时，要求支承稳固，此时计算风压取11级风的最大风压：q2=80kg/m2第三部分移动模架造桥机设计荷载3.2.2挑梁、主梁及导梁承受的风荷载（1）横桥向风荷载0.594.3152.24.3122.599.41.81.653.065.5895.2迎风面积A1=423m2主梁形状系数C取1.4风压高度变化系数Kh取1.71非工作状态风荷载Pwf1=C·Kh·q2·A1=1.4×1.71×80×423=81013kg工作状态风荷载Pwg1=C·Kh·q1·A1=1.4×1.71×25×423=25316kg风荷载高度方向作用点在主梁纵移方钢踏面以上2.44m处。（2）纵桥向风荷载（略）第三部分移动模架造桥机设计荷载3.2.3模架和模板承受的风荷载（1）模架开启状态横桥向风荷载61.512.51.863.12.11.92.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.12.11.92.11.92.12.12.1迎风面积A2=61.51×2.5+61.51×1.86×0.6+3.1×2.1×0.6×15=281m2非工作状态风荷载Pwf2=C·Kh·q2·A3=1.4×1.71×80×281=53817kg工作状态风荷载Pwg2=C·Kh·q1·A3=1.4×1.71×25×281=16818kg风荷载作用点在主梁纵移方钢踏面以下y=3.67m（2）纵桥向风荷载（略）第三部分移动模架造桥机设计荷载4.1主梁纵向抗倾覆稳定性检算造桥机主梁纵向倾覆稳定性最不利情况出现在主梁纵移过程中，取两种不利工况进行纵向抗倾覆稳定性计算。工况一：中支腿吊挂前移至桥面安装后，整机前移13.8米。第四部分造桥机抗倾覆稳定性检算53.1240.2R3M倾=3590t-m，后支腿反力R3=58.45tM稳=3590+40.2×58.45=5940t-mK稳=M稳/M倾=5940/3590=1.65＞1.5（满足要求）工况二：整机前移13.8m后，中支腿油缸与主梁转换牛腿顶紧，前支腿吊挂至前墩墩顶，但尚未与前墩墩顶预埋件连接。52.837.95R3•M倾=5023t-m，后支腿反力R3=16.51t•M’稳=5023+37.95×16.51=5650t-m•K稳=M稳/M倾=5650/5023=1.12•后支腿设2根Φ32精轧螺纹钢筋利用桥面吊杆孔进行张紧锚固，如须达到1.5倍的安全系数，则有：•M稳=1.5×M倾=1.5×5023=7535t-m•结论：主梁的纵向抗倾覆稳定性满足要求。•由此精轧螺纹钢筋需提供总拉力T为：•M稳=5023+37.95×（16.51+T）=7535•T=(7535-5023-37.95×16.51)/37.95•=49.7t•则单根精轧螺纹钢筋需提供拉力T1=49.7/2=24.85t•由单根Φ32精轧螺纹钢筋（Ⅳ级钢筋）容许外力大于50t（满足要求）第四部分造桥机抗倾覆稳定性检算第五部分移动模架造桥机主梁设计计算5.1.11号、3号主梁截面性质1、3号主梁梁高5580，上下盖板为δ24厚，材质Q345B（16Mn）。毛截面面积A=0.30465m2毛截面惯性矩Ix=1.4553m4截面绕x轴抗弯模量Wx=0.518m35.1.22号主梁截面性质2号主梁梁高5580，上下盖板为δ30厚，材质Q345B（16Mn）。毛截面面积A=0.3292m2毛截面惯性矩Ix=1.6371m4截面绕x轴抗弯模量Wxup=0.583m35.1.34号主梁截面性质4号主梁梁高3062，上下盖板为δ20厚，材质Q345B（16Mn）。毛截面面积A=0.1927m2毛截面惯性矩Ix=0.2997m4截面绕x轴抗弯模量Wxup=0.183m35.1.41号导梁截面性质1号导梁为等截面空腹箱梁，梁高3062，上下盖板为δ12厚，材质Q345B（16Mn）。毛截面面积A=0.1703m2毛截面惯性矩Ix=0.2458m4截面绕x轴抗弯模量Wxup=0.148m35.1.52号导梁截面性质2号导梁为变截面空腹箱梁，上下盖板为δ12厚，材质Q345B（16Mn）。始端截面参数同1号导梁。末端：毛截面面积A=0.126m2毛截面惯性矩Ix=0.0577m4截面绕x轴抗弯模量Wxup=0.064m35.1主梁截面性质5.2主梁钢结构整体稳定性检算5.2.1.检算原则按两端简支及悬臂的箱形截面受弯构件进行检算。5.2.2.简支截面高度h与两腹板间距b0之比h/b0=5580/2000=2.796按两端简支形式检算受压翼缘的自由长度l1与b0之比l1/b0=50000/2000=2565不需计算箱梁整体稳定性。5.2.3悬臂按整机前悬臂54.1米形式检算时，需满足下式Mx/（φbWx）≤f式中：Mx—移动模架造桥机纵移过程中内主梁最大悬臂弯矩Mx=5023t-mWx=0.583m3φb—绕强轴弯曲所确定的整体稳定系数近似取φb=0.9f—钢材的强度设计值，对Q345B钢，f=290MPaMx/（φbWx）=5023E5/（0.9×0.583E7）=95.7MPaf=215MPa结论：主梁整体稳定满足要求.第五部分移动模架造桥机主梁设计计算5.3主梁钢结构局部稳定性检算5.3.1.腹板局部稳定性检算腹板高度h0与腹板厚度δh的比值h0/δh=5452/12=454.3=146腹板应：①设置横向加劲肋②受压区设置三道纵向加劲肋（包括上下层拼接板）腹板应力情况考察标准截面最大剪力处腹板的平均剪应力τmax=Qmax/（2×h0×δh）式中：Qmax=792tτmax=792E4/（2×5452×12）=60.5MPa最大弯矩处腹板计算高度边缘的弯曲压应力σ=My1/Ix式中：M=8609t-my1=2.747mIx=1.6371m4σ=8609E-2×2.747/1.6371=144.5Mpa第五部分移动模架造桥机主梁设计计算•受压翼缘与纵向加劲肋之间的区格•h1≤==1118mm•实际取h1=800mm•将第一道纵向加劲肋以下，对称于原中性轴的部分视作新梁的腹板，•其计算高度为h01=h0-2h1=5452-2×800=3852mm•其受压边缘的弯曲压应力为σ’=（1-2h1/h0）σ=42.4MPa•h1’≤==2064mm•实际取h1’=800mm•将第二道纵向加劲肋以下，对称于原中性轴的部分视作新梁的腹板，其计算高度为h02=h01-2h’1=3852-2×800=2252mm•同理可得,取h1’’=870mm，•则受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格•则h2’’=h02-h’’1=2252-870=1382mm•=896＜1200mm•按构造确定腹板横向加劲肋（横隔板）的间距0.5h’’2=691mm≤a≤2h’’2=2764mm•取a=2100mm，满足要求。第五部分移动模架造桥机主梁设计计算h1120'1120h4.421211205.1441211205.60121382''2hh•5.3.2腹板加劲肋的截面检算•横隔板周边宽度b不小于244mm，板厚δ=8mm•b=244mm≥h0/30+40=221mm•由b/δ=30.515•故横隔板周边需镶边补强，镶边板-8mm×100mm•横隔板及其镶边截面对腹板中心的惯性矩•Iz=11785cm4•3h0δh3=2826cm4•Iz≥3h0δh3（满足要求）•腹板纵向加劲肋尺寸-16×150•a/h0=210/545.2=0.390.85•腹板纵向加劲肋截面对腹板边缘的惯性矩•Iy=1800cm4•1.5h0δh3=1413cm4•Iy＞1.5h0δh3（满足要求）第五部分移动模架造桥机主梁设计计算•5.3.3受压盖板局部稳定性检算•盖板厚度分别为δ24和δ36的两种主梁盖板均配置相同的纵向加劲肋，故仅检算δ24主梁受压盖板宽厚比即可。•盖板自由外伸部分的宽厚比