移動模架主要結構設計書.ppt

中鐵十三局集團第五工程有限公司,二oo八年一月,mss1800/50m上行式移動模架 主要結構設計計算,中泉路橋設備有限公司,武吉高速公路筆架山大橋50m上行式移動模架施工技術方案論證會,mss1800型50m上行式移動模架主要結構設計計算,第二部分 設計指標,第三部分 移動模架造橋機設計荷載,第四部分 移動模架造橋機傾覆穩(wěn)定性檢算,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,第六部分 移動模架造橋機模架檢算,第七部分 吊桿設計計算,第一部分 設計文件及參考文獻,第八部分 走行輪箱輪壓計算,第九部分 預埋件計算,第一部分 設計規(guī)范及參考文獻,起重機設計手冊 中國鐵道出版社 鋼結構設計手冊（第二版） 中國建筑工業(yè)出版社 機械設計手冊（第四版） 預埋件設計手冊 中國建筑工業(yè)出版社,1、鋼結構容許應力,第二部分 設計指標,2、結構驗算安全系數(shù),鋼結構安全系梁：n1.5 抗傾覆穩(wěn)定系梁：n1.5,3、焊縫容許應力,貼角焊縫剪切容許應力：f=120mpa。,第二部分 設計指標,3.1 豎向荷載 3.1.1 現(xiàn)澆混凝土荷載 移動模架各施工節(jié)段混凝土方量及鋼筋重量見下表，混凝土澆筑工況計算時按容重2.6t/m3計算現(xiàn)澆鋼筋混凝土自重，混凝土澆筑前工況按預應力及普通鋼筋實際重量加載。表中l(wèi)1表示跨內(nèi)澆筑長度，l2表示懸臂澆筑長度。,第三部分 移動模架造橋機設計荷載,3.1.2 移動模架自重荷載 將以下結構重量視為均布荷載： 1、3號主梁（雙層，24蓋板）： q1=2.77 t/m 2號主梁（雙層，30蓋板）： q2=3.16 t/m 4號主梁（單層，20蓋板）q3=1.73 t/m 1號導梁：q4=1.54 t/m 2號導梁：q5=1.17 t/m 施工臨時荷載：q6=0.2t/m（僅13號主梁范圍內(nèi)有，計12.4t） 將以下結構重量視為集中荷載： 主梁接頭zj1：3.365 t（共4個） 主梁接頭zj2：1.915 t（共1個） 導梁接頭dj： 1.357 t（共2個）,前支腿： 15 t 中支腿： 15.4 t 后支腿： 14.3 t 導梁前端鼻架：0.3 t 挑梁及吊臂：共30點，每點71.04/30=2.368 t 底模：共26點（除墩頂散模），每點32.015/26=1.231 t 側模及翼模：共30點，55.935/30=1.865 t 底模架：共26點，61.63/26=2.37 t 側模架：共30點，48.17/30=1.606 t 安全走道：共26點，4.89/26=0.188 t 內(nèi)模：按1t/m估算，2.1t/m,第三部分 移動模架造橋機設計荷載,3.1.3 沖擊系數(shù) 造橋機工作時，每次澆筑的混凝土重量相對于整機自重很 小，新澆混凝土的沖擊力可忽略不計；造橋機主機走行是由油 缸頂推前進，軌道平順良好，其走行的沖擊力可以忽略；支腿 重量相對較小，其走行的沖擊力也可以忽略不計。,第三部分 移動模架造橋機設計荷載,3.2 水平荷載 水平荷載僅考慮風力的影響。 3.2.1 計算風壓 工作狀態(tài)計算風壓 造橋機走行時的計算風壓取7級風的最大風壓： q1=25 kg/m2 非工作狀態(tài)計算風壓 造橋機在非工作狀態(tài)時，要求支承穩(wěn)固，此時計算風壓取11級風的最大風壓： q2=80 kg/m2,第三部分 移動模架造橋機設計荷載,3.2.2 挑梁、主梁及導梁承受的風荷載 （1）橫橋向風荷載,迎風面積 a1=423 m2 主梁形狀系數(shù)c取1.4 風壓高度變化系數(shù)kh取1.71 非工作狀態(tài)風荷載 pwf1=ckhq2a1 =1.41.7180423 =81013 kg,工作狀態(tài)風荷載 pwg1=ckhq1a1 =1.41.7125423 =25316 kg 風荷載高度方向作用點在主梁縱移方鋼踏面以上2.44m處。 （2）縱橋向風荷載（略）,第三部分 移動模架造橋機設計荷載,3.2.3模架和模板承受的風荷載 （1）模架開啟狀態(tài)橫橋向風荷載,迎風面積 a2=61.512.5+61.511.860.6+3.12.10.615=281 m2 非工作狀態(tài)風荷載 pwf2=ckhq2a3 =1.41.7180281 =53817 kg,工作狀態(tài)風荷載 pwg2=ckhq1a3 =1.41.7125281 =16818 kg 風荷載作用點在主梁縱移方鋼踏面以下y=3.67m （2）縱橋向風荷載（略）,第三部分 移動模架造橋機設計荷載,4.1 主梁縱向抗傾覆穩(wěn)定性檢算 造橋機主梁縱向傾覆穩(wěn)定性最不利情況出現(xiàn)在主梁縱移過程中，取兩種不利工況進行縱向抗傾覆穩(wěn)定性計算。 工況一：中支腿吊掛前移至橋面安裝后，整機前移13.8米。,第四部分 造橋機抗傾覆穩(wěn)定性檢算,m傾=3590 t-m，后支腿反力r3=58.45 t m穩(wěn)=3590+40.258.45=5940 t-m k穩(wěn)=m穩(wěn)/m傾=5940/3590=1.651.5 （滿足要求）,工況二：整機前移13.8m后，中支腿油缸與主梁轉換牛腿頂緊，前支腿吊掛至前墩墩頂，但尚未與前墩墩頂預埋件連接。,m傾=5023 t-m，后支腿反力r3=16.51 t m穩(wěn)=5023+37.9516.51=5650 t-m k穩(wěn)=m穩(wěn)/m傾=5650/5023=1.12 后支腿設2根32精軋螺紋鋼筋利用橋面吊桿孔進行張緊錨固，如須達到1.5倍的安全系數(shù)，則有： m穩(wěn)=1.5m傾=1.55023=7535 t-m,結論：主梁的縱向抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。,由此精軋螺紋鋼筋需提供總拉力t為： m穩(wěn)=5023+37.95（16.51+t）=7535 t=(7535-5023-37.9516.51)/37.95 =49.7 t 則單根精軋螺紋鋼筋需提供拉力t1=49.7/2=24.85 t 由單根32精軋螺紋鋼筋（級鋼筋）容許外力大于50 t（滿足要求）,第四部分 造橋機抗傾覆穩(wěn)定性檢算,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,5.1.1 1號、3號主梁截面性質(zhì) 1、3號主梁梁高5580，上下蓋板為24厚，材質(zhì)q345b（16mn）。 毛截面面積a=0.30465 m2 毛截面慣性矩ix=1.4553 m4 截面繞x軸抗彎模量wx=0.518 m3 5.1.2 2號主梁截面性質(zhì) 2號主梁梁高5580，上下蓋板為30厚，材質(zhì)q345b（16mn）。 毛截面面積a=0.3292m2 毛截面慣性矩ix=1.6371 m4 截面繞x軸抗彎模量wxup=0.583 m3 5.1.3 4號主梁截面性質(zhì) 4號主梁梁高3062，上下蓋板為20厚，材質(zhì)q345b（16mn）。 毛截面面積a=0.1927m2,毛截面慣性矩ix=0.2997 m4 截面繞x軸抗彎模量wxup=0.183 m3 5.1.4 1號導梁截面性質(zhì) 1號導梁為等截面空腹箱梁，梁高3062，上下蓋板為12厚，材質(zhì)q345b（16mn）。 毛截面面積a=0.1703m2 毛截面慣性矩ix=0.2458 m4 截面繞x軸抗彎模量wxup=0.148 m3 5.1.5 2號導梁截面性質(zhì) 2號導梁為變截面空腹箱梁，上下蓋板為12厚，材質(zhì)q345b（16mn）。 始端截面參數(shù)同1號導梁。 末端： 毛截面面積a=0.126 m2 毛截面慣性矩ix=0.0577 m4 截面繞x軸抗彎模量wxup=0.064 m3,5.1 主梁截面性質(zhì),5.2 主梁鋼結構整體穩(wěn)定性檢算,5.2.1.檢算原則 按兩端簡支及懸臂的箱形截面受彎構件進行檢算。 5.2.2.簡支 截面高度h與兩腹板間距b0之比 h/b0=5580/2000=2.796 按兩端簡支形式檢算受壓翼緣的自由長度l1與b0之比 l1/b0=50000/2000=2565 不需計算箱梁整體穩(wěn)定性。 5.2.3懸臂 按整機前懸臂54.1米形式檢算時，需滿足下式 mx/（bwx）f 式中：mx移動模架造橋機縱移過程中內(nèi)主梁最大懸臂彎矩 mx=5023 t-m wx=0.583 m3b繞強軸彎曲所確定的整體穩(wěn)定系數(shù) 近似取b=0.9 f鋼材的強度設計值，對q345b鋼，f=290mpa mx/（bwx）=5023e5/（0.90.583e7）=95.7 mpaf=215mpa,結論：主梁整體穩(wěn)定滿足要求.,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,5.3 主梁鋼結構局部穩(wěn)定性檢算,5.3.1.腹板局部穩(wěn)定性檢算 腹板高度h0與腹板厚度h的比值h0/h=5452/12=454.3=146腹板應： 設置橫向加勁肋 受壓區(qū)設置三道縱向加勁肋（包括上下層拼接板） 腹板應力情況 考察標準截面最大剪力處腹板的平均剪應力 max=qmax/（2h0h） 式中：qmax=792t max=792e4/（2545212）=60.5 mpa 最大彎矩處腹板計算高度邊緣的彎曲壓應力 =my1/ix 式中：m=8609 t-m y1=2.747 m ix=1.6371 m4 =8609e-22.747/1.6371=144.5 mpa,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,受壓翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格 h1 = =1118 mm 實際取h1=800 mm 將第一道縱向加勁肋以下，對稱于原中性軸的部分視作新梁的腹板， 其計算高度為h01=h0-2h1=5452-2800=3852 mm 其受壓邊緣的彎曲壓應力為=（1-2 h1/ h0）=42.4 mpa h1 = =2064 mm 實際取h1=800mm 將第二道縱向加勁肋以下，對稱于原中性軸的部分視作新梁的腹板，其計算高度為h02=h01-2h1=3852-2800=2252 mm 同理可得,取h1=870mm， 則受拉翼緣與縱向加勁肋之間的區(qū)格 則h2= h02- h1=2252-870=1382 mm =8961200mm 按構造確定腹板橫向加勁肋（橫隔板）的間距0.5h2=691mma2h2=2764mm 取a=2100 mm，滿足要求。,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,5.3.2 腹板加勁肋的截面檢算 橫隔板周邊寬度b不小于244mm，板厚=8mm b=244mmh0/30+40=221 mm 由b/=30.515 故橫隔板周邊需鑲邊補強，鑲邊板-8mm100mm 橫隔板及其鑲邊截面對腹板中心的慣性矩 iz=11785 cm4 3h0h3=2826 cm4 iz3h0h3 （滿足要求） 腹板縱向加勁肋尺寸-16150 a/h0=210/545.2=0.390.85 腹板縱向加勁肋截面對腹板邊緣的慣性矩 iy=1800 cm4 1.5h0h3=1413 cm4 iy1.5h0h3 （滿足要求）,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,5.3.3 受壓蓋板局部穩(wěn)定性檢算 蓋板厚度分別為24和36的兩種主梁蓋板均配置相同的縱向加勁肋，故僅檢算24主梁受壓蓋板寬厚比即可。 蓋板自由外伸部分的寬厚比 b/=4.4/2.4=1.8333，須設置縱向加勁肋 設置兩道縱向加勁肋，加勁肋截面-16150 b0/=63.4/2.4=26.433 （滿足要求）,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,5.4.1 混凝土澆筑狀態(tài)主梁內(nèi)力及變形 控制工況下主梁的最大內(nèi)力及變形： mmax=8609 t-m qmax=792 t max=7.5 cm 主梁最大應力： max=8609e-2/0.583=147.7 mpa=215 mpa （滿足） 腹板最大剪應力max= 式中qmax=792 t（截面最大剪力） s=0.303 m3（最大剪力截面中性軸以上部分對中性軸靜矩） ix=1.4553 m4（最大剪力處毛截面慣性矩） h=212mm（腹板厚度） 則max= =68.7 mpa=130 mpa （滿足） 撓跨比=75/50000=1/6671/600 （滿足）,5.4 主梁強度剛度計算,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,5.4.2 上下層主梁間剪力螺栓及焊縫強度校核 （1）采用m24-10.9級精制螺栓雙剪方式連結。螺栓孔24 m24-10.9級精制螺栓的承剪能力： 單剪ndv12t； 雙剪nsv24t。 根據(jù)剪應力互等定理，上下層主梁結合面高度上的剪應力 = 式中：vmax=792 t （截面最大剪力） s=0.3 m3（結合面以上部分毛截面對中性軸面積矩） ix=1.4553 m4（最大剪力處箱梁毛截面慣性矩） h=212mm（腹板厚度） = =68.0 mpa 螺栓間距按17.5cm布置，橫向每腹板兩側各布置一顆計2顆 則單栓單剪內(nèi)力nv nv= =7.14 tndv=12 t （滿足要求） （2）腹板與對接法蘭板間為k=8mm雙面貼角焊縫，焊縫剪切抗力qf： qf=217.50.60.712010-2 =17.64 tnv=7.14t （滿足要求）,5.5.1.接頭設計原則 主梁鋼箱梁接頭處實際內(nèi)力乘以系數(shù)1.1進行接頭設計。 接頭zj1的強度設計值：mj=1.18248=9073 t-m qj=1.1648=713 t 接頭zj2的強度設計值：mj=1.12100=2310 t-m qj=1.1254=280 t 采用m24-10.9級精制螺栓雙剪方式連結。 m24-10.9級精制螺栓的承剪能力： 單剪qd=10 t 雙剪qs=20 t 5.5.2 zj1接頭的設計計算 腹板分配彎矩 接頭毛截面慣性矩： ix= 1.6371 m4 腹板對截面中性軸的慣性矩：if=0.403 m4 腹板按剛度分配彎矩mf=（if/ ix）mj=（0.403/1.6371）9073 =2233 t-m,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,5.5 主梁接頭設計計算,蓋板分配的彎矩mg= mj-mf=9073-2233=6840 t-m （1）蓋板接頭的設計計算 上下蓋板接頭螺栓及節(jié)點板布置基本相同，另在貼板上布置有螺栓，故下蓋板接頭螺栓數(shù)量偏少，按下蓋板進行接頭設計計算。 蓋板的拉壓內(nèi)力：n=mg/h 式中：h蓋板中心距，h=5.47 m n=6840/5.47=1250 t 所需螺栓的數(shù)量：n=1250/20=62.5個 確定使用108個m24-10.9級精制螺栓。,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,第五部分 移動模架造橋機主梁設計計算,第六部分 移動模架造橋機模架計算,模架設計為兩片一組空間桁架梁結構，模架分左右兩半跨，澆筑混凝土時兩半跨在跨中對接，上下弦對接采用m30螺栓連接。模架與挑梁之間采用60的吊桿(材質(zhì)為45號鋼調(diào)質(zhì)處理)連接。 按照二維梁單元建立挑梁、吊臂及側模架平面有限元模型，按照三維梁單元建立底模架空間有限元模型，采用通用有限元程序進行分析計算。模架結構自重按換算重度由程序自動加載，模板及混凝土荷載以節(jié)點力加載在底模架節(jié)點上；由于采用混凝土斜向分層澆筑，混凝土側壓力對滿載工況影響不予考慮。 挑梁、吊臂及側模架平面有限元模型及底模架空間有限元模型見下圖。,側模架空載有限元模型,側模架澆筑狀態(tài)有限元模型,底模架空載有限元模型,底模架澆筑狀態(tài)有限元模型,第六部分 移動模架造橋機模架計算,6.1挑梁、吊臂、及側模架計算,6.1.1 開模過孔狀態(tài)結構計算，各桿件單元編號及軸力如下圖。,其中主要桿件軸力： 4號單元n4=3.5 t（-） 19號單元n17=4.2 t（-） 12號單元n12=4.8 t（-）,第六部分 移動模架造橋機模架計算,6.1.2 澆筑完成狀態(tài)結構計算，各桿件單元編號及軸力如下圖。,其中主要桿件軸力： 3號單元n3=33.6 t（+） 24號單元n24=12.2 t（-）,第六部分 移動模架造橋機模架計算,6.1.3 主要桿件強度及穩(wěn)定性計算 （1）4號單元，桿件型號210， 截面積a=25.5cm2 ix=3.94 cm iy=2.72 cm l0=1.0297=297 cm max=y= l0/ iy=297/2.72=109=150（滿足） 強度計算=n4/a=3.5e2/25.5=13.7mpa=150mpa（滿足） 整體穩(wěn)定計算，q235鋼，b類截面，查表得=0.499 =n4/（a）=3.5e2/（0.49925.5）=27.5mpa=150mpa（滿足） （2）19號單元，桿件型號1086， 截面積a=19.23cm2 i=3.61 cm l0=1.0192=192 cm =l0/ i=192/3.61=53.2=150（滿足） 強度計算=n19/a=4.2e2/19.23=21.9mpa=150mpa（滿足） 整體穩(wěn)定計算，q235鋼，a類截面，查表得=0.907 =n19/（a）=4.2e2/（0.90719.23）=24.1mpa=150mpa（滿足）,第六部分 移動模架造橋機模架計算,（3）12號單元，桿件型號2636扣焊， 截面積a=14.6cm2 i=2.4 cm l0=1.0200=200 cm =l0/ i=200/2.4=83.3=150（滿足） 強度計算=n12/a=4.8e2/14.6=32.9mpa=150mpa（滿足） 整體穩(wěn)定計算，q235鋼，b類截面，查表得=0.668 =n12/（a）=4.8e2/（0.66814.6）=49.2mpa=150mpa（滿足） （4）3號單元，桿件型號214a 截面積a=37.02cm2 強度計算=n3/a=33.6e2/37.02=90.8mpa=150mpa（滿足） （5）24號單元，桿件型號216a， 截面積a=43.9cm2 ix=6.28 cm iy=3.17 cm l0=1.0122=122cm max=y= l0/ iy=122/3.17=38.5=150（滿足） 強度計算=n24/a=12.2e2/43.9=27.8mpa=150mpa（滿足） 整體穩(wěn)定計算，q235鋼，b類截面，查表得=0.905 =n24/（a）=12.2e2/（0.90543.9）=30.7mpa=150mpa（滿足）,第六部分 移動模架造橋機模架計算,6.1.4 挑梁安裝銷軸強度檢算 混凝土澆筑完成工況挑梁支承反力如下圖,銷軸雙剪內(nèi)力為q= =33.0t 設計采用60銷軸，材質(zhì)為調(diào)質(zhì)45號鋼，剪切面積a=28.26cm2 銷軸剪切應力=q/2a=33e2/(228.26)=58.4 mpa=125mpa（滿足） 挑梁鉸板孔壁承壓應力 c=33e2/（261.6）=172mpac=415 mpa（滿足） 主梁鉸板孔壁承壓應力 c=33e2/（63.6）=153mpac=390 mpa（滿足）,第六部分 移動模架造橋機模架計算,6.2.1 開模過孔狀態(tài)結構計算，主桁各桿件單元編號及軸力如下圖。,主要桿件軸力很小，此工況下無須檢算。,6.2底模架計算,第六部分 移動模架造橋機模架計算,6.2.2 澆筑完成狀態(tài)結構計算，主桁各桿件單元編號及軸力如下圖。,澆筑完成狀態(tài)受力最大縱向聯(lián)接系 各桿件單元編號及軸力如右圖其中 主要桿件軸力： 170號單元n170=13.2 t（-） 82號單元n82=10.7 t（-） 139號單元n139=13.1 t（+） 171號單元n171=12.0 t（+） 43號單元n43=1.6 t（-）,第六部分 移動模架造橋機模架計算,6.2.3 主要桿件強度及穩(wěn)定性計算 （1）170號單元，桿件型號210， 截面積a=25.5cm2 ix=3.94 cm iy=1.42cm（因無綴板，故按單根槽鋼計算） l0=1.0137=137 cm max=y= l0/ iy=137/1.42=96.5=150（滿足） 強度計算=n170/a=13.2e2/25.5=51.8mpa=150mpa（滿足） 整體穩(wěn)定計算，q235鋼，b類截面，查表得=0.575 =n170/（a）=13.2e2/（0.57525.5）=90.0mpa=150mpa（滿足） （2）82號單元，桿件型號2636扣焊， 截面積a=14.6cm2 i=2.4 cm l0=1.0222=222 cm =l0/ i=222/2.4=92.5=150（滿足） 強度計算=n82/a=10.7e2/14.6=73.3mpa=150mpa（滿足） 整體穩(wěn)定計算，q235鋼，b類截面，查表得=0.601 =n82/（a）=10.7e2/（0.60114.6）=121.9mpa=150mpa（滿足）,第六部分 移動模架造橋機模架計算,（3）139號單元，桿件型號212.6 截面積a=31.37cm2 強度計算=n139/a=13.1e2/31.37=41.8mpa=150mpa（滿足） （4）171號單元，2636扣焊, 截面積a=14.6 cm2 強度計算=n171/a=12e2/14.6=82.2mpa=150mpa（滿足） （5）43號單元，桿件型號636， 截面積a=7.3cm2 i=1.24 cm l0=0.7210=147cm =l0/ i=147/1.24=119=150（滿足） 強度計算=n43/a=1.6e2/7.3=21.9mpa=150mpa（滿足） 整體穩(wěn)定計算，q235鋼，b類截面，查表得=0.442 =n43/（a）=1.6e2/（0.4427.3）=49.6mpa=150mpa（滿足）,第六部