三角形挂篮设计计算.docx

资源描述

三角形挂篮设计计算.docx

《三角形挂篮设计计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三角形挂篮设计计算.docx（43页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

三角形挂篮设计计算.docx

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

①两阶段施工设计图（第二册第三分册）

②《公路桥涵施工规范》（TB10203）；

③《公路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210）；

④《钢结构设计规范》GB50017；

⑤《路桥施工计算手册》；

⑥《桥梁工程》、《结构力学》、《材料力学》；

⑦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

⑴砼自重GC＝26kN/m3；

⑵钢弹性模量Es＝2.1×105MPa；

⑶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4[40b组成，其他杆件由2[40b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2[36a，吊杆采用φ32精轧螺纹钢。

1.3.3挂篮计算设计荷载及组合

⑴荷载系数

考虑箱梁混凝土浇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；

⑵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

⑶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Ⅱ：

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Ⅲ：

混凝土重量+超载+挂篮自重+施工荷载；

荷载组合Ⅳ：

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Ⅱ用于刚度计算（稳定变形）计算；荷载组合Ⅲ用于主桁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

1.2倍预压

Ⅰ

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

砼浇筑

Ⅱ

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

砼浇筑

Ⅲ

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底模板面板计算荷载

计算荷载按三种荷载组合分别计算。

⑴荷载组合Ⅰ—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

⑵荷载组合Ⅱ—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/m2

1号段底板下：

施工荷载按“施工荷载”项取用，底模板面板荷载为：

q2=（0.6*26*1.05+2.5）*1.2=22.66KN/m2

⑶荷载组合Ⅲ—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/m2

1号段底板下：

q2=（0.6*26*1.05+2.5）=18.88KN/m2

⑷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Ⅱ，腹板下q1=131.05Kpa，底板下q2=22.66Kpa计算刚度时采用荷载组合Ⅲ，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

⑴计算简图

横肋采用[8，间距30cm，按支撑于底模纵梁的连续梁计算，其计算简图如下：

⑵计算荷载

按底模板荷载计算，面板荷载q=57.9KN/m2

q1=57.9*0.3=17.37N/mm

⑶计算结果

按上述荷载与图示，计算结果为：

Mmax=0.736KN*m

Qmax=6.138KN

[8的截面几何特性为：

I=101cm4W=25.3cm3

A=10.2cm2A0=5*（80-8*2）=320mm2

σmax=Mmax/W=0.736·106/25.3·103=29.1N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=6.138·103/320=19.2N/mm2

<85N/mm2

⑷支点反力

R1=4384.3N;R2=4091.8N;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

⑴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：

⑵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=35.76Kpa

q1=131.05*0.3=39.315KN/m=39.315N/mm

q2=89.1*0.3=26.736KN/m=26.736N/mm

q2=35.76*0.3=10.728KN/m=10.728N/mm

⑶计算结果

按上述荷载与图示，结算结果为：

Mmax=0.8285KN*m

Qmax=8.0894KN

[8的截面几何特性为：

I=101cm4W=25.3cm3

A=10.2cm2A0=5*（80-8*2）=320mm2

σmax=Mmax/W=0.8285·106/25.3·103=32.7N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=8.0894·103/320=25.3N/mm2

<85N/mm2

⑷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

⑴计算简图

底模纵梁采用2[36a，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：

⑵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=11254.5N;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/mm

q7=12041.4/300=40.138N/mm

⑶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

Qmax=72.127KN

2[36a的截面几何特性为：

I=2*11870=23740cm4W=2*660=1320cm3

A=2*60.9=121.8cm2A0=2*10*（360-16*2）=6560mm2

σmax=Mmax/W=91.770·106/1320·103=69.5N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=72.127·103/6560=11.0N/mm2

<85N/mm2

⑷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R2=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2[36a，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

⑴计算简图

底模纵梁采用2[36a，按支撑于底模前后横梁上的简支梁计算，其计算简图如下：

⑵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、13

2、12

3、11

4、10

5、9

6、8

备注

支点反力（N）

9864

9617

18504

11829

6208

7834

7348

计算强度用

对应均布荷载值（N/mm）

32.88

32.06

61.68

39.43

20.69

26.11

24.49

计算强度用

支点反力（N）

8220

8014

15420

9858

5173

6528

6123

计算刚度用

对应均布荷载值（N/mm）

27.40

26.71

51.40

32.86

17.24

21.76

20.41

计算刚度用

⑶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*m

Qmax=107.681KN

2[36a的截面几何特性为：

I=2*11870=23740cm4W=2*660=1320cm3

A=2*60.9=121.8cm2A0=2*10*（360-16*2）=6560mm2

σmax=Mmax/W=137.008·106/1320·103=103.8N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=107.681·103/6560=16.4N/mm2

<85N/mm2

⑷支点反力

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=42.755KN后支点反力R2=30.770KN

结论：

在混凝土荷载作用下，纵梁采用2[36a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

⑴计算简图

底模纵梁采用2[36a，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：

⑵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、13

2、12

3、11

4、10

5、9

6、8

备注

支点反力（N）

17613

19619

28390

10386

5491

7023

6566

计算强度用

对应均布荷载值（N/mm）

58.71

65.40

94.63

34.62

18.30

23.41

21.89

计算强度用

支点反力（N）

14678

16349

23658

8655

4576

5853

5472

计算刚度用

对应均布荷载值（N/mm）

48.93

54.50

78.86

28.85

15.23

19.51

18.24

计算刚度用

⑶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*m

Qmax=174.473KN

2[36a的截面几何特性为：

I=2*11870=23740cm4W=2*660=1320cm3

A=2*60.9=121.8cm2A0=2*10*（360-16*2）=6560mm2

σmax=Mmax/W=230.170·106/1320·103=174.4N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=174.473·103/6560=26.6N/mm2

<85N/mm2

fmax=7.8mm<4542/400=11.3mm

⑷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2[36a截面形式，强度与刚度均满足施工要求！

2.3.4.浇筑8#段混凝土时底模纵梁的计算

⑴计算简图

底模纵梁采用2[36a，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：

⑵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、13

2、12

3、11

4、10

5、9

6、8

备注

支点反力（N）

18865

21907

28720

7663

4674

5848

5497

计算强度用

对应均布荷载值（N/mm）

62.88

73.02

95.73

25.54

15.58

19.49

18.32

计算强度用

支点反力（N）

15721

18256

23933

6386

3895

4873

4581

计算刚度用

对应均布荷载值（N/mm）

52.40

60.85

79.78

21.28

12.98

16.24

15.27

计算刚度用

⑶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*m

Qmax=180.614KN

2[36a的截面几何特性为：

I=2*11870=23740cm4W=2*660=1320cm3

A=2*60.9=121.8cm2A0=2*10*（360-16*2）=6560mm2

σmax=Mmax/W=267.253·106/1492·103=179.1N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=231.799·103/6560=35.3N/mm2

<85N/mm2

fmax=8.3mm<4542/400=11.3mm

⑷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2[36a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

⑴计算简图

底模后横梁采用2块2cm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：

⑵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

⑶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*m

Qmax=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=47822cm4

W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=2125cm3

I=47822cm4W=2125cm3

A=200.8cm2A0=2*10*（450-20*2）=8200mm2

σmax=Mmax/W=165189·106/2125·103=77.7N/mm2

<145*1.3=188.5N/mm2

τmax=Qmax/A0=221.707·103/8200=27.0N/mm2

<85N/mm2

fmax=4.8mm<6000/400=15mm

2锚吊杆

R1=54.85KN，R2=292.923KN

⑷支点反力

支点反力R1=54.85KN，R2=292.923KN

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：

⑵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

41.312

97.349

132.978

后支点反力

40.282

108.442

154.422

77.498

156.910

202.449

49.542

57.405

54.012

25.996

30.344

32.949

32.806

38.817

41.217

30.770

36.297

38.743

⑶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）

133.102

181.292

203.205

剪力（max）

241.509

410.067

504.421

锚吊杆反力R1

42.318

54.855

59.867

锚吊杆反力R2

325.139

562.270

697.266

最不利为8#节段，按8#节段计算：

截面几何特性为：

I=47822cm4W=2125cm3

A=200.8cm2A0=2*10*（450-20*2）=820

展开阅读全文