挂篮计算书(白鹤滩)

'四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书第1章设计计算说明1.1设计依据1、宁南县葫芦口至白鹤滩公路工程---大洪水沟特大桥2、《钢结构设计规范》GB50017-2003；3、《路桥施工计算手册》；4、《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》；5、《机械设计手册》；1.2工程概况本工程主桥桥跨组成为(90+160+90)m单箱单室连续梁。箱梁顶宽10m，翼缘板长2m，支点处梁高10m，跨中梁高3.5m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板厚165cm至50cm折线变化，底板厚度为80cm至50cm按直线线性变化，顶板厚度为28cm。箱梁0#块梁段长度为13m，中跨合拢段长度为2.0m,边跨现浇直线段长度为9m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为1#块，其重量为156.81t。该特大桥箱梁悬臂浇注段采用三角形挂篮施工。1.3挂篮设计1.3.1主要技术参数①、钢弹性模量Es＝2.1×105MPa；②、材料强度设计值：Q235钢f=140MPa，fV=100MPaQ345钢f=210MPa，fV=145MPa1.3.2挂篮构造挂篮为三角形挂篮，三角形架各杆件采用2[32a和2[40a普通热轧槽钢组焊，前横梁由2HN500×200×10×16热轧H型钢组焊，中横梁采用2HN500×200×10×16热轧H型钢组焊，底托系统前托梁由2HN500×200×10×16热轧H型钢组焊，后托梁由2HN500×200×10×16热轧H型钢组焊，底纵梁由HN400×200×8×13热轧H型钢组焊。主桁系统约重12.5t、行走系统约重7t、前横梁重3.6t、中横梁重3.1t、底托系统重16.1t（含底模模板重量）、内模系统重6t（含模板重量）、内滑梁及提吊系统约重9t（吊杆重量估算）、侧模重11t。1.3.3挂篮计算设计荷载及组合①、荷载系数17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数：1.05；浇筑混凝土动力系数：1.2；挂篮空载行走时的冲击系数1.3；浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0。恒载分项系数K1=1.2；活载分项系数K2=1.4。②、作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：取1#块、4#块、8#块分别计算混凝土荷载；施工机具及人群荷载：2.5kN/m2；挂篮自重（不含行走及主桁架系统）：48.8t；③、荷载组合荷载组合Ⅰ：混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合Ⅱ：挂篮自重+冲击附加荷载；荷载组合Ⅰ用于主桁承重系统强度和稳定性计算，荷载组合Ⅱ用于挂篮系统行走算。1.3.4内力符号规定轴力：拉力为正，压力为负；应力：拉应力为正，压应力为负；其它内力规定同结构力学的规定第2章挂篮底托系统计算2.1底纵梁计算2.1.1腹板下纵梁的计算腹板下纵梁按6#梁段计算。6#梁段两端截面高度分别为5.578m和5.224m，箱梁平均腹板厚0.725m，腹板每侧荷载由4根底纵梁承担，纵梁间距为0.28m。腹板处混凝土线荷载为：模板重量按1.0kN/m2计，模板荷载为：17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书人群及机具荷载为：倾倒和振捣混凝土产生的荷载；6#块每根腹板下纵梁的荷载为：腹板下纵梁的受力及计算模型如图1。图1腹板下纵梁受力计算图支点反力分别为RA=45.25××4.016×2.985/5.395=100.16kNRB=45.25××4.016×2.409/5.395=80.84kN最大弯矩底纵梁选用HN400×200×8×13，查表知其截面特性参数为：强度计算：刚度计算：17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书由以上计算可知，腹板下纵梁强度和刚度均满足要求。2.1.2底板下纵梁的计算底板下纵梁按1#梁段计算。计算混凝土厚度0.65m～0.6m，底板荷载由4根纵梁承担。底板混凝土荷载：模板重量按1kN/m2计，模板荷载为：人群及机具荷载：倾倒和振捣混凝土产生的荷载：每根底板下纵梁的荷载为：计算模型如图2所示：图2底板下纵梁受力计算图支点反力分别为RA=30.9××4.016×2.985/5.395=68.4kNRB=30.9××4.016×2.409/5.395=55.2kN最大弯矩17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书底纵梁选用HN400×200×8×13，查表知其截面特性参数为：强度计算：刚度计算：由以上计算可知，底板下纵梁强度和刚度均满足要求。2.2底托梁计算2.2.1后托梁浇注状态（按1#梁段计算）由底板下纵梁的计算可知，支座反力RA=68.4KN,RB=55.2KN，。因此前托梁承担底部荷载的44.66%，后托梁承担底部荷载的55.34%。故在此只对后托梁在浇注状态进行受力分析。底纵梁自重：4.28KN故，对于后托梁：腹板处每根底纵梁的集中荷载：kN同理：底板处每根底纵梁的集中荷载：kN后托梁自重产生的荷载为2.88KN/m用结构计算软件进行受力分析，后托梁浇注状态受力模型如图3所示：图3后托梁结构计算模型17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书图4后托梁弯矩图(单位:kN·m)图5后托梁剪力图(单位:kN·m)后托梁由2HN500×200×10×16热轧H型钢组成，截面形式如图6所示：图6后托梁型钢组合截面型钢组合截面特性参数为：强度计算：刚度计算：图7由钢结构计算软件计算可知，最大竖向位移产生在单元1（6）的端头，如图7所示。17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书由以上计算可知，后托梁在浇注状态下，强度和刚度均满足要求。2.2.2后托梁行走工况行走工况下，后托梁承担底模模板及纵梁荷载的1/2。纵梁集中荷载力为3.57KN后托梁自重产生的均布荷载为2.88KN/m计算模型图如图8所示：图8图9弯矩图(KN·m)图10剪力图(KN)强度计算：17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书刚度计算：由钢结构计算软件计算可知，最大挠度出现在单元杆件2的中央部位，如图11所示。图11位移图(mm)最大挠度值为由以上计算可知，后托梁在行走工况下，强度及刚度均满足要求。吊杆强度计算：吊杆采用直径32mm精扎螺纹钢，规格PSB930，则[σ]=372MP，σ<[σ]，因此吊杆满足受力要求。2.3前横梁2.3.1前横梁浇注工况下受力计算前横梁计算取5#块，节块长度为4m。5#梁段各计算所需各项数据如下：底板混凝土荷载286KN腹板混凝土荷载1084KN顶板混凝土荷载221KN翼缘板混凝土荷载216KN底托系统自重荷载160KN内模系统自重荷载60KN内滑梁及提吊系统自重荷载50KN外滑梁及提吊系统自重荷载35KN前吊带自重荷载5KN17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书挂篮外侧模自重荷载110KN前横梁自重3.6KN/m为简化计算，将外侧模及底模吊带按集中荷载考虑计算简图如图所示：图2-13前横梁浇注工况下力学模型图图13弯矩图(KN·m)图14剪力图(单位:kN)前横梁采用2HN500×200×10×16型钢组焊而成，截面图如下所示：17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书图15组合型钢截面型钢组合截面特性参数为：强度计算：σW=刚度计算：由钢结构计算软件计算可知，最大挠度出现在单元杆件1(4)的杆端位置，如图所示。最大挠度值为<5760/400=14.4mm图16位移图（单位：mm）由以上计算可知，前横梁在浇注工况下强度及刚度均满足受力要求。2.3.2前横梁倒退行走工况下受力计算前横梁行走到合拢段过程中，只有两端的前吊带受力，且只承担底托自身荷载及侧模荷载。底托系统自重为160KN，侧模自重为110KN，底模自重为30KN每根吊带承担受力模型图如下：17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书图17前横梁倒退行走工况下计算模型图图18弯矩图(KN·m)图19剪力图（KN）强度计算：σW=刚度计算：图20位移图（单位:mm）由钢结构计算软件计算可知，最大位移出现在单元杆件1(4)的端头，如图20所示。杆端最大位移值为由以上计算可知，前横梁在合拢段行走工况下强度及刚度均满足受力要求。行走时采用前横梁两端吊带，吊带规格为-25mm×150mm，材质Q345B吊带强度校核：σ=<[σ]=310MP第三章挂篮主桁架计算1．浇筑最重块（1号块）时受力计算17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书经过对典型梁段，1#节块、5#节块和10#节块的分析，挂篮在5#块时前吊点的荷载最大，以下对挂篮在浇注5#块时的前吊点进行检算：①混凝土重量+浇注动力荷载+超载：经计算，前吊点承担混凝土荷载的44.66%计算，即：=2065.14×44.66%=922.29kN②挂篮荷载：前横梁自重36KN前吊点承担底托系统、侧模、内模、端模、操作平台的50％荷载：P1=34.5×10×1.2×50％=217.35kN③前吊点承担人群和机具荷载的50％：P2=2.5×13.9×3.5×1.4×50％=85.14kN④倾倒和振捣混凝土荷载的50％，P3=4×13.9×3.5×1.4×50％=136.22kN⑤主桁前吊点荷载则单片主桁前吊点荷载为：F=Q/2=736.5KN（1）挂篮后锚力计算：图21结构计算简图主构架采用7根精轧螺纹钢筋后锚，采用在顶板预埋形式。后锚群的锚固力按70%折减，设每根精扎螺纹钢实际受力为P，则有：（6.75×P+6.25×P+5.75×P+5.25×P）×70%=736.5×5.4解得：P=195.4KN17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书选用φ32mm规格PSB930的精轧螺纹钢。单根后锚钢筋的实际应力：，故满足要求。2.主构架各杆件计算按浇注1#节块时的状态计算单片三角桁架杆件内力得：图22轴力图(KN)主构架各杆件采用2[32a、2[40a组焊，组合后的型钢截面如图23所示：图23型钢截面截面参数如下：2[32a：A=9572.6933mm2Wx=923260.3279mm3I=147721652.4609mm42[40a：A=14799.7821mm2Wx=1725786.5781mm3I=345157315.6250mm42.1杆件强度计算单元杆件5与单元杆件3均为受拉杆件，其中单元杆件5轴向拉力最大，N=1273.80KN17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书2.2压杆稳定性计算单元杆件1、2、4均为受压杆件，其中单元杆件2轴向压力最大，N=1545.48KN长细比，属于强度问题。2.3结构位移计算图24位移图（单位:mm）由力学计算软件计算可知，最大位移出现在主构架前端，最大竖向位移为8.7mm<20mm，满足要求。由以上计算可知，主构架的各杆件强度及结构变形量均满足受力要求。3、主构架销轴计算3.1.销轴抗弯强度验算销轴采用40Cr，φ79销轴，其受力简图如下如25所示：图25主构架销轴受力简图17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书，故满足要求。3.2.销轴抗剪强度验算剪应力：，满足要求。3.3.节点板销孔承压计算节点板板厚为20mm，每块节点板单面焊20mm厚补强板，销孔直径D=80mm，压力P=1545.48/2=772.74KN压应力：，满足要求。3.4.杆件销孔承压计算槽钢腹板厚为9mm，槽钢腹板内侧焊25mm厚补强板，销孔直径D=80mm，压力P=1545.48/2=772.74N压应力：，满足要求。4．浇注状态下中横梁受力计算由于在浇注5#块时，挂篮前吊点荷载最大，此时挂篮前支点位置的荷载也是最大的，即挂篮的2片主桁作用在挂篮顶板位置的集中力达到最大值。在挂篮前支点位置设中横梁，将两侧主桁作用力的位置分配到箱梁两侧的腹板上，是挂篮前支点的轨道处在腹板的竖向竖向预应力钢筋的位置，将前移滑板设在中横梁，挂篮前支点与反扣轮分配，以各自的轨道行走，同时利用中横梁悬吊底托系统行走。现对中横梁在浇注5#块时受力做如下分析计算：设节点2（前支座）处的支座反力为R,则由力矩平衡可知：R×4.7=736.5×(5.35+4.7)解得：R=1574.86KN挂篮前支点处中横梁(即分配梁)在浇注5#块时的受力如下：17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书中横梁支点布置受力简图(KN)中横梁各单元位移：位移图经受力分析，最大Y向位移值出现在单元杆件1（3）杆端，为Y=4.06mm。5．挂篮空载行走时受力计算(1)行走受力计算挂篮空载前移时，靠反扣轮平衡其倾覆力。轴承采用30211型，基本额定荷载90.8KN（机械设计手册第四版第2卷7-370）。反扣轮系统有2个轴承，按最不利情况考虑，假设挂篮行走时，只有一个轴承受力，每个反扣轮轴承的极限承载力为90.8KN。挂篮的底模系、侧模、内模、端模、吊带系统以及操作平台等总重48.8吨，故作用于主构架前吊点的荷载为：P1=48.8×50%=24.4t，挂篮前进时冲击荷载系数取1.3，单片主桁前吊点荷载为：17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书P=24.4×10×1.3/2=158.6kN主桁结构计算简图如下图所示，图26主构架行走工况受力计算模型图设单侧小车轮实际受力为Q，则有：4Q×4.7=158.6×5.35解得：Q＝45.13KN安全系数为S=90.8/45.13=2.02>2，符合要求。(2)小车轮压的局部影响及计算行走轨道为2[25b槽钢上焊有-20mm盖板，下焊有-10mm盖板，且两槽钢之间有横向加强筋，取100mm为计算单元，腹板上边缘引起的局部挤压力按悬臂梁计算：最大弯矩M=Qx=45.13×0.08=3.61KN·m弯曲应力，满足要求。(3)小车轮采用直径为55mm,材质为40cr。按最不利条件计算，即挂篮行走是只有2个轮子受力，则，故满足要求。(4)固定座轴强度计算：销轴采用材质为40Cr，直径50mm.17 四川宇通路特机械设备有限公司白鹤滩项目大洪水沟特大桥挂篮计算书σ=M/W=346.69MP2≤[σ]=406MPa，故满足要求。τ=0.5P/A=0.5×127×103/(3.14×502/4)=32.36MP≤[τ]=234MPa,满足要求。(5)行走架挤压力计算：单挤压面得挤压应力，满足要求。17'