三角形挂篮设计计算.docx

1、三角形挂篮设计计算白鹤滩水电站对外交通工程武家小河沟大桥三角挂篮设计计算书 编 制： 复 核： 审 核： 批 准： 中铁隧道集团有限公司宁南县葫白公路一标项目经理部第1章 设计计算说明1.1 设计依据两阶段施工设计图（第二册第三分册）公路桥涵施工规范（TB10203）；公路混凝土与砌体工程施工规范（TB10210）；钢结构设计规范GB50017；路桥施工计算手册；桥梁工程、结构力学、材料力学；其他相关规范手册。1.2 工程概况上部结构为62+110+62m预应力混凝土连续刚构箱梁桥，横断面为单箱单室箱形断面，箱梁根部高度6.6m，跨中梁高2.8m，其间梁高按1.8次抛物线变化。采用纵向、竖向三

2、向预应力体系。箱梁顶板为0.28m，底板由跨中0.32m按1.8次抛物线变化至根部1.0m，箱梁顶板宽10m,底板宽6m，腹板分别为0.45m、0.65m，桥墩顶部范围内箱梁顶板厚0.5m，底板厚1.0m，腹板厚0.9m，除桥墩顶部箱梁内设2道横隔板外，其余均不设横隔板。连续刚构箱梁采用挂篮悬臂浇筑法施工，各单“T”箱梁除墩顶块件外，分14对梁段，即5X3.0+6X3.5+3X4m进行对称悬臂浇筑，桥墩上块件长12.0m，中孔合拢段长2.0m，边孔现浇段长5.86m。梁段悬臂浇筑最大块件重量131.85吨，挂篮自重按60.0吨考虑。挂篮与梁段悬浇块件重量比宜控制在0.5以内，中孔合拢段吊架重量

3、控制在20吨以内。下部桥墩采用薄壁空心桥墩，横桥向宽6m，顺桥向单薄壁5m及2.3m，壁厚顺桥向0.9m，横桥向0.7m。采用三角形挂篮施工悬浇段。1.3 挂篮设计1.3.1 主要技术参数砼自重GC26kN/m3；钢弹性模量Es2.1105MPa；材料容许应力：1.3.2 挂篮构造挂篮为三角形挂篮，三角形桁片下平杆由440b组成，其他杆件由240b普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成，前上横梁采用2块2cm钢板4块14cm钢板组焊而成，底模前、后横梁采用2块2cm钢板2块14cm钢板组焊而成，底模纵梁为由236a，吊杆采用32精轧螺纹钢。1.3.3 挂篮计算设计荷载及组合荷载系数考虑箱梁混凝土浇

4、筑时胀模等系数的超载系数：1.05；预压时动力系数：1.1挂篮空载行走时的冲击系数1.4；浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0；施工荷载箱梁荷载：1#段箱梁混凝土为重为116.7t，考虑1.05超灌系数，重量为122.6t；施工机具及人群荷载：2.5kPa；预压荷载：131.67*1.2=158.004t荷载组合荷载组合I：挂篮自重+预压荷载重+冲击附加荷载；荷载组合：混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+施工荷载；荷载组合：混凝土重量+超载+挂篮自重+施工荷载；荷载组合：挂篮自重+冲击附加荷载；荷载组合I用于挂篮预压时计算；荷载组合用于刚度计算（稳定变形）计算；荷载组合用于主桁

5、承重系统强度和稳定性计算；荷载组合IV用于挂篮系统行走时计算。第2章 挂篮底模系统及吊杆计算底模系统的计算考虑2种工况、3种荷载组合，具体见下表：底模计算荷载组合列表工况工况描述荷载组合 荷 载 描 述计 算 内 容11.2倍预压混凝土重量、超载、动力附加荷载、挂篮自重、施工荷载底模面板、底模横肋、底模纵梁、底模前后横梁、吊杆强度2砼浇筑混凝土重量、超载、挂篮自重、施工荷载底模面板、底模横肋、底模纵梁、底模前后横梁、吊杆强度2砼浇筑挂篮自重、预压荷载重、冲击附加荷载底模面板、底模横肋、底模纵梁、底模前后横梁刚度根据上表描述的工况及荷载组合，对底模系统分别计算，以下为计算过程。2.1 底模板面板

6、计算荷载计算荷载按三种荷载组合分别计算。荷载组合预压荷载预压时全部荷载作用到挂篮底模上，预压荷载按节段混凝土重量的1.2考虑，模板荷载考虑底模板荷载，按1Kpa估算，施工人员荷载按1Kpa考虑，冲击系数按1.1考虑，则底模板面荷载为：q=(（1254*1.2）/4.5/6.6+1+1)*1.1=57.9KN/m2荷载组合混凝土浇筑荷载（考虑冲击系数）混凝土浇筑时，底模板计算考虑2部分，一部分为腹板下，一部分为底板下，施工荷载如下：1号段腹板下：施工荷载按“施工荷载”项取用，底模板面板荷载为：q1=（3.909*26*1.05+2.5）*1.2=131.05KN/m21号段底板下：施工荷载按“施

7、工荷载”项取用，底模板面板荷载为：q2=（0.6*26*1.05+2.5）*1.2=22.66KN/m2荷载组合混凝土浇筑荷载（不考虑冲击系数）1号段腹板下：q1=（3.909*26*1.05+2.5）=109.22KN/m21号段底板下：q2=（0.6*26*1.05+2.5）=18.88KN/m2采用荷载综合以上荷载计算结果，计算强度时采用荷载组合，腹板下q1=131.05Kpa，底板下q2=22.66Kpa计算刚度时采用荷载组合，腹板下q1=109.22Kpa，底板下q2=28.88Kpa。2.2底模板横肋计算2.2.1. 预压荷载作用下底模横肋计算计算简图横肋采用8，间距30cm，按支

8、撑于底模纵梁的连续梁计算，其计算简图如下：计算荷载按底模板荷载计算，面板荷载q=57.9KN/m2q1=57.9*0.3=17.37N/mm计算结果按上述荷载与图示，计算结果为：Mmax=0.736KN*mQmax=6.138KN8的截面几何特性为：I=101cm4 W=25.3cm3A=10.2cm2 A0=5*（80-8*2）=320mm2 max= Mmax /W=0.736106/25.3103=29.1N/ mm2145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=6.138103/320=19.2N/ mm285 N/ mm2支点反力R1=4384.3N;R2=40

9、91.8N;R3=8674.8N;R4=10500.6N;R5=11254.5N;R6=12394.2N; R7=12041.4N;结论：在预压荷载作用下，底模横肋采用8，间距30cm可满足施工要求！2.2.2. 浇筑混凝土时底模板横肋的计算计算简图横肋采用8，间距30cm，采用1号段后部断面计算，按支撑于底模纵梁的连续梁计算，其计算简图如下：计算荷载按底模板荷载计算，腹板下面板面荷载q=131.05Kpa倒角下面板面荷载q=（2.629*26*1.05+2.5）*1.2=89.1Kpa底板下面板面荷载q=（1.0*26*1.05+2.5）*1.2=35.76Kpaq1=131.05*0.3=

10、39.315KN/m=39.315N/mmq2=89.1*0.3=26.736KN/m=26.736N/mmq2=35.76*0.3=10.728KN/m=10.728N/mm计算结果按上述荷载与图示，结算结果为：Mmax=0.8285KN*mQmax=8.0894KN8的截面几何特性为：I=101cm4 W=25.3cm3A=10.2cm2 A0=5*（80-8*2）=320mm2 max= Mmax /W=0.8285106/25.3103=32.7N/ mm2145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=8.0894103/320=25.3N/ mm285 N/ m

11、m2支点反力R1=9864N;R2=9617.3N;R3=18504.7N;R4=11829.3N;R5=6208.7N;R6=7833.6N; R7=7347.6N;结论：在混凝土荷载作用下，底模横肋采用8，间距30cm可满足施工要求！2.3底模纵梁计算2.3.1. 预压荷载作用下底模纵梁计算计算简图底模纵梁采用236a，按支撑于底模前后横梁上的简支梁计算，预压荷载满布于底模，其计算简图如下：计算荷载由计算模型可知，横肋支点反力支点作为荷载施加到底模纵梁上，按底模横肋计算结果，支点反力R1=4384.3N;R2=4091.8N;R3=8674.8N;R4=10500.6N;R5=11254.

12、5N;R6=12394.2N; R7=12041.4N，将集中荷载按集度300mm转化成均布荷载，则q1=4384.3/300=14.614N/mm，q2=4091.8/300=13.639N/mm，q3=8674.8/300=28.916N/mm，q4=10500.6/300=35.002N/mm，q5=11254.5/300=37.515N/mm，q6=12394.2/300=41.314N/mmq7=12041.4/300=40.138N/mm计算结果按上述荷载与计算简图计算，第6根与第8根纵梁的荷载最大，检算上述2根纵梁即可，按上述荷载与图示，结算结果为：Mmax=91.770KN*m

13、Qmax=72.127KN236a的截面几何特性为：I=2*11870=23740cm4 W=2*660=1320cm3A=2*60.9=121.8cm2 A0=2*10*（360-16*2）=6560mm2 max= Mmax /W=91.770106/1320103=69.5N/ mm2145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=72.127103/6560=11.0N/ mm285 N/ mm2支点反力第一、十三根纵梁支点反力：前支点反力R1=25.513KN 后支点反力R2=18.362KN第二、十二根纵梁支点反力：前支点反力R1=23.811KN 后支点反力R

14、2=17.137KN第三、十一根纵梁支点反力：前支点反力R1=50.482KN 后支点反力R2=36.331KN第四、十根纵梁支点反力：前支点反力R1=61.107KN 后支点反力R2=43.978KN第五、九根纵梁支点反力：前支点反力R1=65.494KN 后支点反力R2=47.136KN第六、八根纵梁支点反力：前支点反力R1=72.127KN 后支点反力R2=51.909KN第七根纵梁支点反力：前支点反力R1=70.074KN 后支点反力R2=50.431KN结论：在预压荷载作用下，底模纵梁采用236a，间距700mm可满足施工要求！2.3.2. 浇筑1#段混凝土时底模纵梁的计算计算简图底

15、模纵梁采用236a，按支撑于底模前后横梁上的简支梁计算，其计算简图如下：计算荷载利用底模板横肋计算结果，将横肋的支点反力作为施加于纵梁上的荷载考虑，并将集中力按300mm集度转化成均布荷载，支点反力及荷载见下表：1号段纵梁荷载表纵梁编号1、132、123、114、105、96、87备注支点反力（N）986496171850411829620878347348计算强度用对应均布荷载值（N/mm)32.8832.0661.6839.4320.6926.1124.49计算强度用支点反力（N）82208014154209858517365286123计算刚度用对应均布荷载值（N/mm)27.4026.

16、7151.4032.8617.2421.7620.41计算刚度用计算结果按上述荷载与图示，第3、11根纵梁受力最大，计算结果为：Mmax=137.008KN*mQmax=107.681KN236a的截面几何特性为：I=2*11870=23740cm4 W=2*660=1320cm3A=2*60.9=121.8cm2 A0=2*10*（360-16*2）=6560mm2 max= Mmax /W=137.008106/1320103=103.8N/ mm2145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=107.681103/6560=16.4N/ mm285 N/ mm2支点

17、反力第一、十三根纵梁支点反力：前支点反力R1=57.402KN 后支点反力R2=41.312KN第二、十二根纵梁支点反力：前支点反力R1=55.971KN 后支点反力R2=40.282KN第三、十一根纵梁支点反力：前支点反力R1=107.682KN 后支点反力R2=77.498KN第四、十根纵梁支点反力：前支点反力R1=68.837KN 后支点反力R2=49.542KN第五、九根纵梁支点反力：前支点反力R1=36.121KN 后支点反力R2=25.996KN第六、八根纵梁支点反力：前支点反力R1=45.583KN 后支点反力R2=32.806KN第七根纵梁支点反力：前支点反力R1=42.755

18、KN 后支点反力R2=30.770KN结论：在混凝土荷载作用下，纵梁采用236a截面形式，强度与刚度均满足施工要求！2.3.3. 浇筑4#段混凝土时底模纵梁的计算计算简图底模纵梁采用236a，按支撑于底模底模前后横梁上的简支梁计算，其计算简图如下：计算荷载利用底模板横肋计算简图，荷载按4号段后断面计算，q1=71.6N/mm；q2=20.455N/mm；q3=9.598N/mm，横肋支点反力为：R1=17613N;R2=19619N;R3=28390N;R4=10386N;R5=5491N;R6=7023N; R7=6566N,将横肋的支点反力作为施加于纵梁上的荷载考虑，并将集中力按300mm

19、集度转化成均布荷载，支点反力及荷载见下表：4号段纵梁荷载表纵梁编号1、132、123、114、105、96、87备注支点反力（N）17613196192839010386549170236566计算强度用对应均布荷载值（N/mm)58.7165.4094.6334.6218.3023.4121.89计算强度用支点反力（N）1467816349236588655457658535472计算刚度用对应均布荷载值（N/mm)48.9354.5078.8628.8515.2319.5118.24计算刚度用计算结果按上述荷载与图示，第3根、第11根纵梁受力最大，计算结果为：Mmax=230.170KN*

20、mQmax=174.473KN236a的截面几何特性为：I=2*11870=23740cm4 W=2*660=1320cm3A=2*60.9=121.8cm2 A0=2*10*（360-16*2）=6560mm2 max= Mmax /W=230.170106/1320103=174.4N/ mm2145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=174.473103/6560=26.6N/ mm285 N/ mm2fmax=7.8mm4542/400=11.3mm支点反力第一、十三根纵梁支点反力：前支点反力R1=108.246KN 后支点反力R2=97.349KN第二、十二

21、根纵梁支点反力：前支点反力R1=120.581KN 后支点反力R2=108.442KN第三、十一根纵梁支点反力：前支点反力R1=174.473KN 后支点反力R2=156.910KN第四、十根纵梁支点反力：前支点反力R1=63.830KN 后支点反力R2=57.405KN第五、九根纵梁支点反力：前支点反力R1=33.740KN 后支点反力R2=30.344KN第六、八根纵梁支点反力：前支点反力R1=43.162KN 后支点反力R2=38.817KN第七根纵梁支点反力：前支点反力R1=40.359KN 后支点反力R2=36.297KN结论：在混凝土荷载作用下，纵梁采用236a截面形式，强度与刚度

22、均满足施工要求！2.3.4. 浇筑8#段混凝土时底模纵梁的计算计算简图底模纵梁采用236a，按支撑于底模底模前后横梁上的简支梁计算，其计算简图如下：计算荷载利用底模板横肋计算简图，荷载按8号段后断面计算，q1=77.2N/mm；q2=12.3N/mm；q3=8.02N/mm，横肋支点反力为：R1=18865N;R2=21907N;R3=28720N;R4=7663N;R5=4674N;R6=5848N; R7=5497N,将横肋的支点反力作为施加于纵梁上的荷载考虑，并将集中力按300mm集度转化成均布荷载，支点反力及荷载见下表：8号段纵梁荷载表纵梁编号1、132、123、114、105、96、

23、87备注支点反力（N）1886521907287207663467458485497计算强度用对应均布荷载值（N/mm)62.8873.0295.7325.5415.5819.4918.32计算强度用支点反力（N）1572118256239336386389548734581计算刚度用对应均布荷载值（N/mm)52.4060.8579.7821.2812.9816.2415.27计算刚度用计算结果按上述荷载与图示，第3根、第10根纵梁受力最大，计算结果为：Mmax=242.013KN*mQmax=180.614KN236a的截面几何特性为：I=2*11870=23740cm4 W=2*660=

24、1320cm3A=2*60.9=121.8cm2 A0=2*10*（360-16*2）=6560mm2 max= Mmax /W=267.253106/1492103=179.1N/ mm2145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=231.799103/6560=35.3N/ mm285 N/ mm2fmax=8.3mm4542/400=11.3mm支点反力第一、十三根纵梁支点反力：前支点反力R1=118.636KN 后支点反力R2=132.978KN第二、十二根纵梁支点反力：前支点反力R1=137.767KN 后支点反力R2=154.422KN第三、十一根纵梁支点反

25、力：前支点反力R1=180.615KN 后支点反力R2=202.449KN第四、十根纵梁支点反力：前支点反力R1=48.187KN 后支点反力R2=54.012KN第五、九根纵梁支点反力：前支点反力R1=29.395KN 后支点反力R2=32.949KN第六、八根纵梁支点反力：前支点反力R1=36.772KN 后支点反力R2=41.217KN第七根纵梁支点反力：前支点反力R1=34.564KN 后支点反力R2=38.743KN结论：在混凝土荷载作用下，纵梁采用236a截面形式，强度与刚度均满足施工要求！2.4底模后横梁计算2.4.1. 预压荷载作用下底模后横梁计算计算简图底模后横梁采用2块2c

26、m钢板2块14cm钢板组焊而成，截面型式如下如：建模时考虑该杆件与后吊杆、后锚杆的协调变形，按组合结构建模，横梁采用梁单元模拟，锚吊杆采用杆系单元模拟，其计算简图如下：计算荷载计算荷载取用底模纵梁后支点反力，P1=18.362KN，P2=17.137KN，P3=36.331KN，P4=43.978KN，P5=47.136KN，P6=51.909KN，P7=50.431KN计算结果1底模后横梁按上述荷载与图示，计算结果为：Mmax=165.189KN*mQmax=221.707KN横梁截面几何特性为：I称为截面对主轴（形心轴）的截面惯性矩（cm4）。基本计算公式如下：，积分后得I=47822cm

27、4W称为截面抵抗矩（cm3），它表示截面抵抗弯曲变形能力的大小，基本计算公式如下： W=2125cm3I=47822cm4 W=2125cm3A=200.8cm2 A0=2*10*（450-20*2）=8200mm2 max= Mmax /W=165189106/2125103=77.7N/mm2145*1.3=188.5 N/ mm2max= Qmax /A0=221.707103/8200=27.0N/ mm285 N/ mm2fmax=4.8mm6000/400=15mm2锚吊杆R1=54.85KN，R2=292.923KN支点反力支点反力 R1=54.85KN，R2=292.923KN

28、结论：在预压荷载作用下，底模后横梁采用2块2cm钢板2块14cm钢板组焊截面，可满足施工要求！2.4.2. 浇筑混凝土时底模后横梁的计算底模后横梁采用2块2cm钢板2块14cm钢板组焊而成，建模时考虑该杆件与后吊杆、后锚杆的协调变形，按组合结构建模，横梁采用梁单元模拟，锚吊杆采用杆系单元模拟，其计算简图如下：计算荷载计算荷载取用1#、4#、8#段底模纵梁后支点反力，如下表：支点反力表（KN）支点1#段4#段8#段备注P141.31297.349132.978后支点反力P240.282108.442154.422P377.498156.910202.449P449.54257.40554.012P525.99630.34432.949P632.80638.81741.217P730.77036.29738.743计算结果底模后横梁按上述荷载与图示，计算结果为：受力计算计算表受力1#段4#段8#段弯矩（max）133.102181.292203.205剪力（max）241.509410.067504.421锚吊杆反力R142.31854.85559.867锚吊杆反力R2325.139562.270697.266最不利为8#节段，按8#节段计算：截面几何特性为：I=47822cm4 W=2125cm3A=200.8cm2 A0=2*10*（450-20*2）=820