漭街渡大桥挂篮计算书.docx

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漭街渡大桥挂篮计算书

云南小湾水电站漭街渡大桥

挂

篮

设

计

计

算

书

中交二航局二公司漭街渡大桥项目经理部

2007年10月

漭街渡大桥挂篮设计计算书

一、计算依据

【1】《茫街渡大桥大桥两阶段施工图设计文件》

【2】《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

【3】《公路桥涵通用设计规范》（JTGD60-2004）

【4】《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）

【5】《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）

二、计算基本资料

1．荷载系数：

根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000），荷载系数取值如下：

、考虑箱梁砼浇注时胀膜等因素的超载系数取1.05；

、浇注砼时的动力系数取1.2；

、挂篮空载行走时冲击系数取1.3；

、浇筑砼和挂篮行走系数时抗倾覆稳定系数取1.5。

2、作用于挂篮的荷载：

、箱梁砼荷载：

浇注箱梁时最大浇注重量为边跨1号块件，其重量为2680KN；

、施工机具及人群荷载2.5kn/m2；

、挂篮自重:

1000KN；

、风荷载:

设计基本风速U10＝26.0m/s;（设计图纸资料提供）。

3、荷载组合：

荷载组合Ⅰ：

砼重量+动力附加荷载+挂篮自重+人群和施工机具重；

荷载组合Ⅱ：

砼重量+挂篮自重+风载；

荷载组合Ⅲ：

砼重量+挂篮自重+人群和施工机具重；

荷载组合Ⅳ：

挂篮自重+冲击附加荷载+风载；

荷载组合I~Ⅱ用于挂篮主承重系统强度和稳定性计算；荷载组合Ⅲ用于刚度计算，荷载组合Ⅳ用于挂篮行走验算。

三.荷载计算：

根据设计图纸，最不利荷载为1号节段，混凝土方量为103方。

节段长度为3.5米，挂篮自重按100吨计，施工荷载取3.0吨。

T1=103×26x1.05+1000+6x6x2.5=3901.9KN

T2:

风荷载

根据JTGD60-2004，结合小弯地区地形有：

地面粗糙度类别：

D（属地面起伏较大的丘陵地）

基本风速：

V10＝26m/s（设计图纸提供）

挂篮高度：

大桥挂篮位于空中，距地面高度为高度为182m。

故

计算风压为：

m/s

挂篮上模板所受风力

将挂篮模板上所受风力平均分布在挂篮侧面各节点上。

上式中：

Fwk为横桥向风荷载计算值（KN）

W0为基本风压（KN/m2）

Wd为设计基准风压（KN/m2）

Awh为横桥向迎风面积（m2）

V10桥梁所在地区的设计基本风速（m/s）

Vd高度为Z处设计的基本风速（m/s）

γ空气密度（KN/m3）

K0设计风速重现期换算系数，属于施工架设期，取值0.75

K3地形、地理条件系数，由于施工地处长江上，且施工挂篮属于对风荷载比较敏感的重要结构，按《公路桥涵通用设计规范》的规定，地形地理条件系数K3取值为1.2。

T=T1+T2=3901.9+61.2=3963KN

四.主要结构验算：

4.1主桁计算

A.主桁结构简图

其中：

G——为挂篮主桁前结点受到的施工载荷（含挂篮自重）；

R1——为挂篮后锚系统拉力；

R2——为挂篮前支点压力。

α1=37.60α2=40.00α3=180-37.6-40=102.40

AC=757cmBC=718cm

B.主桁内力计算:

1.重心计算:

侧模：

取0.1t/m2（实际0.087/m2），总重＝6（长）×12.5（高）×4（块）×0.1＝30t，

重心离挂篮前支点2.75m。

顶模及支架：

综合取0.15t/m2（实际0.012/m2）总重＝（长）×7.6（宽）×0.15＝6.8t，

重心离挂篮前支点2.75m。

底篮：

含底模，主次纵梁，前后下横梁。

模板取0.1t/m2（实际0.073/m2）底模重量＝6×6×0.1＝3.6t；

主纵梁I40，共8根，重量＝8×6×0.0676＝3.2t；

次纵梁I32，共5根，重量＝5×6×0.0527＝1.6t；

前后下横梁H60，共4根，平均长10m，重量＝4×10×0.106＝4.2t；

底篮总重＝3.6＋3.2＋1.6＋4.2＝12.6t，重心离挂篮前支点2.75m。

挂篮主桁，含吊带及分配梁、前后横梁、平联、后锚等，取43t，其重心离挂篮前支点取0.5m。

工作平台及堵头模板，估取7.6t，重心离挂篮前支点取3.5m。

挂篮重心位置＝[（30＋6.8＋12.6）×2.75＋43×0.5＋7.6×3.5]÷[30＋6.8＋12.6＋43＋7.6]＝183.95÷100＝1.84m。

即挂篮计算重心离前支点1.75m，偏安全地取为2m。

所以：

G=103×2.6/2×（3.5/2+0.5）/6.0+100/2×2/6.0+9×（3.5/2+0.5）/6.0+6.12×（3.5/2+0.5）/6.0=72.56t=725.6kn

R2=725.6×12/6=1451.2KN

R1=1451.2-725.6=725.6KN

按节点法计算：

Nac=1189.2knNab=-944.8knNbc=1431.6knNcd=-1647.8kn

强度验算：

主梁AB：

采用2HN600*200*11/17的型钢。

截面积为W=2×135.2=270.4cm2ix=2×4.41cml0=12.0m

因为主梁是受压杆，应先计算稳定性

λ=l0/ix=1200/8.82=136.1＜［150］

查表得ψ=0.367

σ=Nab/w=34.9Mpa≤ψk2［215］/k1=0.367×0.9×215/1.2=59.2Mpa

注：

k1为构件安全系数1.2；k2为构件锈蚀折减修正系数。

满足要求

立柱CD采用2HN600*200*11/17的型钢。

截面积为W=2×135.2=270.4cm2ix=2×4.41cml0=4.62m

λ=l0/ix=462/8.82=52.4＜［150］

查表得ψ=0.758

σ=Ncd/w=61.0≤0.758k2［215］/K1=0.758×0.9×215/1.2=122.2Mpa

满足要求

斜拉杆AC、BC杆:

截面积：

A＝2.5×25＝62.5cm2

σac=Nac/A=1189.2/62.5=190.3Mpa≤K2［310］/K1=232.5

满足要求

σbc=Nbc/A=1431.6/62.5=229.1Mpa≤K2［310］=232.5

满足要求

主桁杆件截面特性及受力如下表：

杆件名称

主梁

前斜拉

后斜拉

立柱

截面面积（cm2）

270.4

62.5

62.5

270.4

轴力（kn）

－944.8

1431.6

1189.2

-1647.8

应力（MPa）

－34.9

229.1

190.3

－61.0

C.栓孔及销子计算

由挂篮构造，取前斜拉BC、立柱CD底部的栓孔及销子作为控制验算对象。

前斜拉BC：

40Cr销子直径d=110mm，截面积F＝9503mm2，剪力V=1431.6kn，

Q345拉杆局部加强后板厚t＝25＋16×2＝57mm，则：

销子剪应力τ＝143.16×104/2/9503＝75.3MPa<[τb]/K1=105.8Mpa

局部挤压应力：

σ＝143.16×104/57/110＝228.3MPa

<[σc]/K1=258.75MPa

立柱：

剪力V=1647.8kn，Q235板厚t＝25×2＝50mm，则：

销子剪应力τ＝164.78×104/2/9503＝86.7MPa<[τb]/K1=105.8Mpa

局部挤压应力：

σ＝164.78×104/50/110＝299.6MPa

<[σc]/K1=310.5MPa

注：

1.40Cr设计强度fv＝190MPa，荷载分项系数取1.35，构件锈蚀折减修正系数0.9,则允许剪应力[τb]＝190/1.35×0.9＝127MPa

2.Q345局部承压（B类孔）强度设计值fc＝510MPa，荷载分项系数取1.35，构件锈蚀折减修正系数0.9,则允许挤压应力[σc]＝510/1.35*0.9＝310.5MPa，若为Q235，则[σc]＝270MPa

D.接点板验算：

接点板采用2□600×500×12和2□600×150×12

M=725.6×0.5=362.8kn.m

Q=725.6kn.m

接点板面积:

A=2×600×12=14400mm2

2Ix=1/12bh3=2×625×107mm4

2W=1/6bh2=2×2.5×107mm3

弯曲应力σ=M/W=362.8/5=72.56Mpa≤K2［215］/K1=161.25

轴向撕裂应力σ=1.1N/A=1.1×944.8/144=72.23Mpa≤K2［215］/K1=161.25

剪切应力τ=3/2Q/A=1.5×725.6/144=75.79Mpa≤K2［125］/K1=93.75

满足要求

E.焊缝计算:

取hf=0.8cmlw=lb-1.0=220-1=219cm

τv=Q/0.7hflw=725.6/0.7×0.8×219=59.28Mpa

τm=6M/0.7hflw2=90.8Mpa

τ=√τv　2+τm2=108.4Mpa≤K2［160］=144Mpa

满足要求

F．支点计算：

挂篮前支点在箱梁肋板上支点反力R2=1541.2KN。

混凝土强度等级为C60，其抗压设计强度fc=32.5Mpa

需要支点处的面积：

A=R2/fc=1541.2/32.5=474.2cm2

2HN600*200*11/17所受压力

σ=R2/A=1541.2/270.4=57Mpa

为保证传力，需在支点处加设加劲板。

G．挂篮竖向变形计算：

挂篮竖向变形是指在施工载荷活载（新浇砼）作用下，挂篮底篮吊杆锚固位置的下沉量，它包括由挂篮主桁引起的变形和吊杆伸长引起的变形。

Ⅰ．挂篮主桁竖向变形f1

由图乘法，全部荷载作用下吊杆位置主梁变位:

=[944.82×12/270.4＋1431.62×7.18/62.5

＋1189.22×7.57/62.5＋1647.82×4.62/270.4]÷（68.0×2.1×105）

=32.3mm

则活载（新浇砼）作用下主梁变位：

f1=32.3×54.8/68.0=26mm

注：

N’是与位移相对应的单位力引起的桁杆内力，N是荷载G引起的桁杆内力，l是桁杆长度；已求得G＝73.0t时（含自重）位移，则新浇砼（不含自重）引起的位移可求。

Ⅱ、挂篮底篮吊带变形f2

挂篮底篮前吊带计算长度取L=13.5m

吊带活载受力取为P=440.4kn

吊带截面积A=π×3.22/4=8.1cm2

f2=NL/EA

=35.2mm

Ⅲ、挂篮竖向弹性变形总和f

f=f1+f2=32.3+8.0=40.3mm

4.2．底模计算

底模计算以最不利的块件1号为依据进行，该节段长度为3.5米，混凝土重为268吨

1.横肋计算：

由于底模板同时受竖腹板和底板混凝土重量，故横肋计算分为底板和腹板两种情况。

1.底板处：

底板处横肋间距50cm，其受力按4跨连续梁计算，其受力简图如下：

底板混凝土荷载：

P1=（1.268+2.3）×1.0×26=46.4kn/m2

振捣荷载P2=4.0kn/m2

施工荷载：

P3=2.5kn/m2

所以P=46.4+4.0+2.5=52.9kn/m2

q=0.5×52.9=26.45kn/m

M=-0.107ql2=-0.107×26.45×1.52=6.4kn.m

Va=0.393ql=15.6kn

Vb=-0.607ql=24.1kn

Vc=-0.464ql=18.4kn

取［10作为横肋:

则：

WX=39.66cm3

IX=198.3cm4

强度验算：

σ=M/WX=6.4/39.66=161.4Mpa＜〔210〕/k1=175

挠度验算:

f=0.632×ql4/100EI=0.632×26.45×1.54/100×2.1×105×198.3=2.0mm＜〔f〕=l/400=3.75mm

所以满足要求

（4）.腹板处:

受力简图如下:

腹板混凝土荷载：

P1=13.5×1.0×26=351kn/m2

振捣荷载P2=4.0kn/m2

施工荷载：

P3=2.5kn/m2

所以P=351+4.0+2.5=357.5kn/m2

q=0.5×357.5=178.75kn/m

M=1/8ql2=1/8×178.5×0.72=10.9kn.m

Va=1/2ql=62.5kn

Vb=1/2ql=62.5kn

取2［10作为横肋:

则：

WX=2×39.66cm3

IX=2×198.3cm4

强度验算：

σ=M/WX=10.9/79.32=137.4Mpa＜〔210〕/1.2=175

挠度验算:

f=5ql4/384EI=5×178.75×0.74/384×2.1×105×396.6=0.7mm＜〔f〕=l/400=1.75mm

所以满足要求

2.面板计算:

面板按均布荷载作用下的两边固定,两边简支的弹性薄板取区格为500×700mm。

由a/b=5/7=0.714查表得：

Mx=-0.0376My=-0.0077ω=0.00241　　

Mb=Mb0.qa2=0.0077×178.75×0.52=0.344kn.m

Ma=Ma0.qa2=0.0376×178.75×0.52=1.7kn.m

WX/=Ma/f=4.95cm3

取δ=6mm钢板；WX=6.0cm3;IX=1.8cm4

强度验算：

σ=M/WX=1.7/6.0=173.3Mpa＜〔210〕/1.2=175

挠度验算:

f=ω.ql4=0.00241×178.75×0.54/4.154=2.6mm＜〔f〕

满足要求

3.底模平台计算:

底模平台不仅是底模的支撑平台,同时也是翼缘模板的支撑平台和施工平台,平台由型钢安置在前后下横梁上形成.

平台的受力计算可分为腹板下和底板下纵梁两种情况进行.

1.腹板下纵梁:

腹板下纵梁主要承受腹板混凝土的荷载及部分底模混凝土荷载和底模自重.其受力简图如下:

以1号节段为最不利节段

腹板处混凝土荷载

q1=357.5×0.7=250.25kn/m

部分底板混凝土荷载

q2=52.9×1.0=52.9kn/m

底模荷载

q3=3.0kn/m

所以q=q1+q2+q3=250.25+52.9+3.0=306.2kn/m

Va=669.8knVb=401.9kn

M=669.8×2.7-306.2×2.2×2.2/2=1067.5kn.m

弯矩图如下：

取4I40为腹班板纵梁

w=4×1085.7cm3I=4×21714cm4

强度计算：

σ=M/W=1067.5/4342.8=245.8Mpa≥K2［215］=193.5

不满足要求

选择3I50计算：

W=3×1860cm3I=3×46470cm4

σ=M/W=1067.5/5580=191.3Mpa≤K2［215］=193.5

挠度计算：

在均布荷载中心处作用单位力，得单位荷载内力图如下：

图乘法fm=∫MM1/EI×dx=∑Wiyi/EI=（0.5×334.9×1/2×0.3125/2+2.0×803.8×1/2×0.75/2+334.9×3.5/2×0.86+334.9×3.5/2×1.08+2/3×3.5/2×904.2×0.998+2/3×3.5/2×904.2×1.163+234.45×3.5/2×1/2×0.86+234.45×3.5/2×1/2×1.08）/EI=（13.1+301.43+504.2+632.96+1052.79+1226.85+176.42+221.56）/EI=4129.31/2.1×3×46470=14.1mm≤l/400=15mm

满足要求

所以腹板处主纵梁选取3I50

2.底板处纵梁：

底板处纵梁主要受底板处混凝土荷载及底板系统自重.以1号节段计算应力，以5.0米长节段验算挠度。

其受力简图如下：

底板混凝土荷载：

P1=（1.268+2.3）×1.0×26=46.4kn/m2

振捣荷载P2=4.0kn/m2

施工荷载：

P3=2.5kn/m2

所以P=46.4+4.0+2.5=52.9kn/m2

q1=52.9×1.125=59.5kn/m

底模荷载

q2=3.0kn/m

q=q1+q2=59.5+3.0=62.5kn/m

Va=136.72knVb=82.03kn

M=136.72×2.7-62.5×2.2×2.2/2=217.9kn.m

弯矩图如下：

取I32为底班板纵梁

w=692.2cm3I=11075.5cm4

强度计算：

σ=M/W=217.9/692.2=314.8Mpa≥K2［215］=193.5

不满足要求

选择I50计算：

W=1860cm3I=46470cm4

σ=M/W=217.9/1860=117.2Mpa≤K2［215］=193.5

挠度计算：

以均布荷载简支梁计算：

fm=5ql4/384EI=5×62.5×64/384×2.1×46470=10.8mm≤l/400=15mm

满足要求

4.3侧模计算：

1.设计荷载

根据1号块混凝土方量和混凝土生产能力，预计混凝土在6小时内完成，又设拌和物入仓温度为200C，则：

V=13.66/5=2.732m/h

V/t=2.732/20=0.137＞0.035

而pm=krh,其中：

h=1.35+3.8v/t=1.35+3.8×0.137=1.87m

K=1.2（添加外加剂）

所以pm=1.2×26×1.87=58.34kn/m2

振捣产生的水平荷载：

PZ=4kpa

倾倒混凝土产生的水平荷载：

Pd=2kpa

所以：

P=pm+PZ+Pd=58.3+4+2=64.3kn/m2

2.横肋计算:

横肋作为侧模的主肋承受混凝土的侧压力,横肋间距取50厘米,其跨距为竖肋的间距100厘米,其受力按5跨连续梁计算,其受力简图如下

q=64.3×0.5=32.15kn/m

M=-0.105ql2=-0.105×32.15×1.02=-3.38kn

VB=VC=1.1×32.15×1.0=35.37KN

WX/=M/f=3.38/210=16.07cm3

取［8作为横肋，则：

WX=25.33cm3IX=101.3cm4

强度验算：

σ=M/WX=3.38/25.33=133.4Mpa＜〔210〕/1.2=175

挠度验算:

f=0.644×ql4/100EI=0.644×32.15×1.04/100×2.1×105×101.3=0.97mm＜〔f〕=l/400=2.5mm

所以满足要求

3.竖肋计算：

竖肋的跨距既为对拉螺杆的间距120cm其受力可以认为是支撑在横肋上的连续梁，可简化为3跨连续梁计算：

q=64.3×1.2=77.16kn/m

M=-0.1ql2=-0.1×77.16×1.22=-11.1kn

VB=VC=1.1×77.16×0.5=38.58KN

WX/=M/f=11.1/210=52.86cm3

取2［10作为竖肋，则：

WX=2×39.66=79.32cm3

IX=2×198.3=396.6cm4

强度验算：

σ=M/WX=11.1/79.32=139.94Mpa＜〔210〕/1.2=175

挠度验算:

f=0.677×ql4/100EI=0.677×77.16×1.24/100×2.1×105×396.6=1.3mm＜〔f〕=l/400=3.0mm

所以满足要求

4.面板计算

面板按均布荷载作用下的两边边固定两边简支的弹性薄板取区格为500×600mm。

由a/b=5/6=0.833查表得：

Ma0=-0.0645Mb0=-0.0555W=0.00175

Mb=Mb0.qa2=0.0555×64.3×0.52=0.89kn.m

Ma=Ma0.qa2=0.0645×64.3×0.52=1.04kn.m

WX/=Ma/f=4.95cm3

取δ=6mm钢板；WX=6.0cm3;IX=1.8cm4

强度验算：

σ=M/WX=1.04/6.0=173.3Mpa＜〔210〕

挠度验算:

f=W.ql4=0.00175×64.3×0.54/4.154=1.7mm＜〔f〕

满足要求

5.对拉螺杆计算：

1号块外侧模的对拉螺杆分10层，层距1.2米，间距1米，对拉螺杆采用Ⅰ级钢筋加工而成。

对拉螺杆的受力按均布荷载作用下的3跨连续梁计算其受力，其受力简图如下：

q=64.3×1.0=64.3kn/m

Vb=Vc=kql=1.1×64.3×1.2=84.88kn

Va=Vd=kql=0.4×64.3×1.2=30.86kn

由此可知中间层对拉螺杆受力最大每根受力为Nt=84.88kn

选取￠32的圆钢为对拉螺杆，其有效直径为：

de=d-13/24×√3.p（p取3mm）=32-2.8=29.2mm

其承载力为：

Ntb=πde2/4×fy=3.14×2.922/4×210=140.6＞84.88kn

满足要求

4.4前下横梁计算：

前下横梁主要承受箱梁混凝土及底平台自重的一半，其受力简土图如下：

q1=136.72×5/6=113.9kn/m

q2：

为施工平台和施工荷载

q2=3.0×2.1=6.3kn/m

P：

为腹板处的集中荷载

P=401.9KN

为简化计算q取120kn/mP=402KN

受力简图如下：

在C、D、E、F点分别作用一单位力，可得单位荷载简图如下：

列力法典型方程如下：

δ11x1+δ12x2+δ13x3+δ14x4+△1p=0

δ21x1+δ22x2+δ23x3+δ24x4+△2p=0

δ31x1+δ32x2+δ33x3+δ34x4+△3p=0

δ41x1+δ42x2+δ43x3+δ44x4+△4p=0

δ11=δ22=1/2×1.225×0.94×2/3×0.94+1/2×4.075×0.94×2/3×0.94=0.36+1.2=1.56/EI

δ12=δ21=1/2×1.225×0.94×2×/3×0.28+1/2×1.225×0.28×2/3×0.94+2.85×0.28×0.61+1/2×2.85×0.66×0.5=0.11+0.11+0.49+0.47=1.8/EI

δ33=δ44=1/2×1.45×1.45×2/3×1.45+1/2×5.3×1.45×2/3×1.45=1.02+3.71=4.73/EI

δ13=δ31=δ24=δ42=1/2×1.225×0.94×1.23+1/2×4.075×0.94×0.74=-（0.71+1.42）/EI=-2.13/EI

δ34=δ43=1/2×5.3×1.45×1/3×1.45=1.86/EI

δ14=δ41=23=δ32=1/2×1.225×0.94×0.22+1/2×4.075×0.94×0.60=0.13+1.15=-1.28/EI

△1p=△2p=246.6×1.225×1/2×0.94-2/3×1.22