山周挂篮计算书

第1页共20页山周公路（沪青平公路～松江区界）新建工程G50跨线桥大桥预应力钢筋混凝土箱梁三角形挂篮计算书第2页共20页1、设计计算说明1.1设计依据①、山周公路（沪青平公路～松江区界）新建工程G50跨线桥施工图；②、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2011；③、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86；1.2工程概况主桥上部结构为（45+66+45）m的三跨预应力混凝土变高度连续箱梁，分东西两幅，双向分离式布置，单幅桥为单箱双室结构，桥面全宽19.8m。单幅桥全宽19.67m（扣除护栏悬臂0.13m后），底宽13m，箱梁翼缘板悬臂3.335m。箱梁根部梁高4.0m，高宽比为1/16.5；跨中梁高1.8m，高宽比1/36.7m；箱梁高度从距墩中心3.0m处到合拢段处按二次抛物线变化。箱梁顶板厚28cm；悬臂板端部厚20cm；根部厚73cm；腹板厚60~80cm；底板厚为30~60cm，按二次抛物线变化。1.3挂篮设计1、主要技术参数①、砼自重GC＝26.5kN/m3；②、钢板自重Gs＝78.5kN/m3；③、钢弹性模量Es＝2.06×105MPa；④、材料容许应力：[][][][][][][][][]MpaMPaMPaMpaMPaMpaQMPaMPaMPaQσ,220σ#45120τ200σ,210σ34585τ140σ,145σ235=========钢钢钢2、挂篮构造第3页共20页挂篮为三角形挂篮，整个挂蓝系统主要由3片主桁架，上、下横联，前后上横梁，前、后下横梁，前后及小纵梁及轨道行走和模板、吊带及其他小构件组成。三角桁架主纵梁为双拼56b工字钢，立柱为双拼H30型钢，斜拉杆为30b工字钢组成。前上横梁为双拼45b工字钢，后上横梁采用双拼45b工字钢，前下横梁为双拼45b工字钢，后下横梁亦为双拼45b工字钢，小纵梁采用30b工字钢。吊带为Q235B钢板吊带和32精轧螺纹钢筋。挂篮总体见图1-1及1-2所示。图1-1侧立面图图1-2前断面图3、挂篮计算设计荷载及组合①、荷载系数第4页共20页考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数：1.05；浇筑混凝土时的动力系数：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；②、作用于挂篮主桁架的荷载箱梁荷载：本桥箱梁2#块节段长3.5米，混凝土体积为63.81m3，混凝土重为169.1t,为本桥重量最大的节段，挂篮验算以2#节段为验算对象。图1-3主桥节段纵向分段示意图及节段参数表(边跨)施工机具及人群荷载：2.5kPa；挂篮荷载自重：约51.802t；外侧模一套自重：15.5t；内膜每套5.5t。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：混凝土重量+超载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合I用于主桁承重系统强度和稳定性计算；荷载II用于刚度计算（稳定变形）计算。第5页共20页第2章挂篮底模及吊杆计算2.1底模系统荷载及模型1、底模系统组成底模前后横梁均为双拼45b工字普通热轧工字钢，底模纵梁为工30b(加密纵梁间距为0.25m,其它纵梁的间距为0.9m),上部为底模面板。钢材均为Q235B。2、底模荷载Ⅰ.箱梁自重2#块段长度为3.5m，重量为169.1t。根据2#块的截面图和挂篮模板情况，将2#块分为9个荷载传递分布区，A1和A9的重量直接由翼缘模板直接传给模板支架系统，其他区域根据其荷载传递特征，全部传到底模模板并通过小纵梁传给挂篮系统。2#块荷载传递见图2-1。图2-12#梁段荷载分布图Ⅱ.人群及机具荷载为：22/5.2mkNq=Ⅲ.倾倒和振捣混凝土产生的荷载；23/0.2mkNq=3、结构模型底模系统采用有限元软件Midas进行计算，采用梁单元建立模型，建立包括底模小纵梁，底模前下横梁和底下模后横梁，其中，底模纵梁分为腹板下小纵梁和底板第6页共20页下纵梁，腹板下纵梁在强度和刚度中起控制作用，按照两端支撑于前、后横梁的简支梁来计算；而前下横梁、后横梁则按照吊杆支撑的多跨连续梁来计算，计算简图见图2-2所示。(a)底模纵梁计算简图(b)2#梁段前下横梁计算简图(c)2#梁段后下横梁计算简图图2-2挂篮系统计算简图模型2.2底模系统计算及结果1、小纵梁计算：小纵梁计算，小纵梁采用30b工字钢，根据计算简图2-1简图（a）所示进行计算。荷载设计值=1.2×（1.05混凝土自重+模板系统自重+工字钢自重）+1.4（人群机具荷载+混凝土倾倒振捣荷载）根据计算：A2、A4、A5、A7、A8区域下工字梁荷载设计值和荷载标准值如表2-1所第7页共20页示：表2-1小纵梁验算荷载（KN/m）所在区域A2A4A5A7A82#梁段工字梁荷载设计值28.937.825.537.828.92#梁段工字梁荷载标准值23.930.821.130.823.9对比2#梁设计荷载，以4#梁设计荷载情况对工字钢进行验算，以下计算结果如下所示。（1）、应力底模小纵梁应力计算结果如下：图2-32#底模A2下小纵梁正应力图(KPɑ)图2-42#底模A2下小纵梁剪应力图(KPɑ)图2-52#底模A4下小纵梁正应力图(KPɑ)第8页共20页图2-62#底模A4下小纵梁剪应力图(KPɑ)图2-72#底模A5下小纵梁正应力图(KPɑ)图2-82#底模A5下小纵梁剪应力图(KPɑ)图2-92#底模A7下小纵梁正应力图(KPɑ)第9页共20页图2-102#底模A11下小纵梁剪应力图(KPɑ)图2-112#底模A8下小纵梁正应力图(KPɑ)图2-122#底模A8下小纵梁剪应力图(KPɑ)根据上述计算结果，可知2#块底模A2下小纵梁正应力和剪应力最大，最大值分别为:max125.71.3145188.5MPaMPamax34.051.385110.5MPaMPa注：1.3为临时结构的容许应力提高系数。2、变形底模小纵梁变形计算结果如下：图2-132#底模A2下小纵梁变形图(m)第10页共20页图2-142#底模A4下小纵梁变形图(m)图2-152#底模A5下小纵梁变形图(m)图2-162#底模A7下小纵梁变形图(m)图2-172#底模A8下小纵梁变形图(m)根据计算可知，2#梁A4下小纵梁竖向位移最大，位移为8.04mm＜[L/400]=11.75mm（L=4700，为小纵梁跨度）。因此变形满足要求。由上述计算可知，底模小纵梁系统的结构强度刚度均满足规范要求。第11页共20页2、前下横梁验算（1）、应力2#段底模前下横梁应力计算结果如下：图2-182#底模前下横梁正应力图(KPɑ)图2-192#底模前下横梁剪应力图(KPɑ)根据上述计算结果，可知底模前下横梁正应力和剪应力最大值分别为：max25.921.3145188.5MPaMPamax24.001.385110.5MPaMPa注：1.3为临时结构的容许应力提高系数。（2）、变形2#段底模前下横梁变形计算结果如下（荷载采用标准值）：图2-202#底模前下横梁变形图(m)由图可知：底模前下横梁竖向最大位移为0.35mm[L/400]=6.0mm（L=2400mm，第12页共20页为前下横梁最大位移跨对应跨度）。由上述计算可知，底模前下横梁的结构强度刚度均满足规范要求。3、后下横梁验算（1）、应力1#段底模后下横梁应力计算结果如下：图2-212#底模后下横梁正应力图(KPɑ)图2-222#底模后下横梁剪应力图(KPɑ)根据上述计算结果，可知底模后下横梁正应力和剪应力最大值分别为：max49.61.3145188.5MPaMPamax37.11.385110.5MPaMPa注：1.3为临时结构的容许应力提高系数。（2）、变形2#段底模后横梁变形计算结果如下（荷载采用标准值）：第13页共20页图2-232#底模后下横梁变形图(m)由图可知：底模前后横梁竖向最大位移为1.16mm[L/400]=12.4mm（L=4985mm为后下横梁最大位移跨对应跨度）。由上述计算可知，底模下横梁的结构强度刚度均满足规范要求。2.3吊带、吊杆验算根据横梁计算可以得到1#下横梁计算的支座反力，其中下横梁的支座反力即为吊带和吊杆受到的拉力。根据吊杆和吊带受力进行截面应力验算，计算如下：图2-244#底模前下横梁反力图(KN)图2-254#底模后下横梁反力图(KN)其中：在2#段荷载作用下，前下横梁吊带受到的最大拉力为324.2KN，后下横梁吊带受到的最大拉力为528.6KN（注：下横梁为双拼45b工字钢，下横梁计算按单工字钢进行计算，因此最大拉力为上述下横梁支座反力2倍。）钢板吊带采用Q245B钢板，厚度为25mm，宽度为250mm，销孔直径为50mm，对钢板吊带净截面进行验算。第14页共20页528600132.1520025(25050)NMPaMpaA前后下横梁吊杆用φ32精轧螺纹钢，其应力为：(精轧螺纹钢控制应力取706.5MPa)。前下横梁吊杆最大应力：324200403.8706.5804.3NMPaMpaA因此，根据验算，吊杆、吊带强度满足要求。2.4上横梁验算上横梁分前上横梁和后上横梁，主要承受吊带和吊杆传来的混凝土重量和挂篮和模板系统的重量。其受到的荷载就是吊带和吊杆传来的拉力，在横梁上表现为向下的集中力，根据其受力特征，作计算简图进行计算，验算结果如下。1、上横梁应力验算结果根据计算简图和MIDAS有限元计算结果，前、后上横梁的应力计算结果如下：图2-264#梁段前上横梁正应力图(KPɑ)图2-274#梁段前上横梁剪应力图(KPɑ)根据上述计算结果，前上横梁最大正应力和最大剪应力分别为：max142.71.3145188.5MPaMPamax40.71.385110.5MPaMPa第15页共20页图2-282#挂篮后上横梁正应力图(KPɑ)图2-292#挂篮后上横剪应力图(KPɑ)根据上述计算结果，后上横梁最大正应力和最大剪应力分别为：max39.41.3145188.5MPaMPamax3.211.385110.5MPaMPa注：1.3为临时结构的容许应力提高系数。2、上横梁变形验算结果根据计算简图和MIDAS有限元计算结果，前、后上横梁的变形计算结果如下（荷载采用标准值）：图2-30挂篮2#前上横变形图(m)第16页共20页图2-31挂篮2#后上横变形图(m)由图可知：前上横梁跨内最大位移为5.0mm[L/400]=15.25mm(L=6100mm,为前上横梁跨内最大跨度)；悬臂段最大为13.7mm[L/200]=22.65mm（L=4530mm，为前上横梁悬臂最大跨度）。后上横梁竖向最大位移为9.8mm[L/200]=22.65mm（L=4530mm，为前上横梁悬臂最大跨度）。由上述计算可知，挂篮前、后上横梁系统的结构强度刚度均满足规范要求。第17页共20页第3章挂篮主桁架计算3.1挂篮主桁架计算模型本挂篮由3片主桁架组成，主桁架由主纵梁、立柱和斜拉杆组成，根据挂篮设计图，挂篮主桁架计算简图如图3-1。前横梁的支座反力就是前吊点受到的拉力，根据上述横梁的计算结果，三片主桁架中中间主桁架受最大前吊力，大小为398.5KN，因此主桁架验算选择中间主桁架进行验算。（注:主桁架为双拼结构，计算时采用单钢结构进行计算。）图3-1主桁架计算模型3.2计算结果1、应力计算结果根据模型计算简图，采用MIDAS有限元软件进行计算，得到杆件正应力，见图3-2：图3-2桁架杆件正应力(KPɑ)第18页共20页剪应力图见3-3：图3-3桁架杆件剪应力(KPɑ)根据计算可知，主桁架杆件的最大正应力和最大剪应力为：max186.81.3145188.5MPaMPamax40.11.385110.5MPaMPa中竖杆为轴心受压杆，稳定系数为0.936，则：186.81.3145188.5PaMPa