天津特大橋菱形掛籃設計計算附圖

1、60+100+60m菱形掛籃計算說明書目錄第1章 設計計算說明31.1 設計依據(jù)31.2 工程概況31.3 掛籃設計31.3.1 主要技術參數(shù)31.3.2 掛籃構造41.3.3 掛籃計算設計荷載及組合41.3.4 內(nèi)力符號規(guī)定5第2章 掛籃底托系統(tǒng)計算62.1底托系統(tǒng)計算6主縱梁的計算（腹板）6次縱梁的計算（底板）82.1.3 底托梁計算9吊帶（桿）計算：12后托梁行走工況142.2前橫梁計算15澆筑狀態(tài)前橫梁計算（按4#梁段計算）152.22行走狀態(tài)前橫梁計算162.3掛籃主桁架計算17后錨系統(tǒng)的抗傾覆安全計算17主構架各桿算192.3.3 銷軸計算20掛籃空載行走時受力計算21側面吊架的計

2、算22主構架點板焊縫強度計算26豎桿軸心受壓穩(wěn)定性計算27第1章 設計計算說明1.1 設計依據(jù)1、無砟軌道(60+100+60)m預應力混凝土連續(xù)梁圖紙，圖號：通橋（2008）2368A-2、公路橋涵施工技術規(guī)范JTJ041-2000；3、鋼結構設計規(guī)范GBJ17-88；4、起重機設計規(guī)范GB3811-88；5、鐵路橋涵施工技術規(guī)范TB10203-2002； 1.2 工程概況主橋橋跨組成為60+100+60m的單箱單室連續(xù)梁。箱梁頂寬12m，翼緣板長2.65m，支點處梁高7.85m，跨中梁高4.850m，梁高及底板厚按二次拋物線變化。腹板厚100cm（支點）至60cm折線變化，底板厚度為120

3、cm（支點）至40cm按直線線性變化，頂板厚度40cm。 0#塊梁段長度為14m，合攏段長度為2.0m,邊跨直線段長度為9.75m；掛籃懸臂澆注箱梁最重塊段為4#塊，其重量為159噸，第一塊重為157噸。該特大橋箱梁懸臂澆注段采用菱形掛籃施工。1.3 掛籃設計 主要技術參數(shù)砼自重GC26kN/m3；、鋼彈性模量Es2.1105MPa；、材料強度設計值：Q235鋼 =140Mp，w=145Mp，=85MpQ345鋼 =200N/mm2，w=210Mp，=120 N/mm2 掛籃構造掛籃為菱形掛籃，由236a普通熱軋槽鋼組成的方形截面桿件構成，前橫梁由雙HN500*200*10*16型鋼組成，底籃

4、前托梁由2I36a普通熱軋槽鋼組成，底籃后托梁由2I36a普通熱軋槽鋼組成，底籃腹板下縱梁為HN400*200*8*13型鋼，吊桿采用32精軋螺紋鋼，吊帶采用25mm的鋼帶（Q345B）。主桁系統(tǒng)重13.5t、前橫梁3.9t，行走系統(tǒng)重5.5t、底籃14.5t（包括底模重）、側模重16.9t、內(nèi)模系統(tǒng)重5.07t、端模重0.5t（估算），外側模吊提梁、吊桿及其他吊具重5.74t，整個掛籃系統(tǒng)重65.61t。 掛籃計算設計荷載及組合 、荷載系數(shù)混凝土澆筑時超灌系數(shù)：1.05；掛籃空載行走時的沖擊系數(shù)1.3；預壓最大載荷系數(shù)1.3、主要設計參數(shù)：允許最大變形（含吊桿或吊帶變形的總和）：20mm；澆

5、筑混凝土和掛籃行走時的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：2.0。、作用于掛籃主桁的荷載箱梁荷載：箱梁荷載取1#塊計算。1#塊段長度為2.7m，按140t計算載荷；施工機具及人群荷載：2.5kN/m2；、荷載組合掛籃澆注混凝土時強度計算：掛籃自重+砼重+施工機具及人群荷載澆注混凝土剛度計算：砼重量+掛籃自重掛籃前進時穩(wěn)定性計算：掛籃自重+沖擊荷載（0.3*掛籃自重）說明，為提高安全性，剛度計算時的荷載按強度的荷載計算。 內(nèi)力符號規(guī)定軸力：拉力為正，壓力為負；應力：拉應力為正，壓應力為負；其它內(nèi)力規(guī)定同結構力學的規(guī)定第2章 掛籃底托系統(tǒng)計算2.1底托系統(tǒng)計算1#塊梁段長度為2.5m，重量為154.778t，4#塊梁

6、長3.0m，重量為159.625噸。主縱梁的計算（腹板）箱梁梁段兩端高度分別為7.193m和6.895m，主縱梁間腹板寬1.0m（每邊由4片主縱梁承受），主縱梁間距為0.2m，模板重量按1.46kN/m2計，模板荷載為：人群及機具荷載為：傾倒和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載；第1塊兩端混凝土線性荷載分別為： 1#塊每根腹板下主縱梁的荷載為：主縱梁的受力及計算模型如圖2-1、2-2所示。1#塊支點反力分別為：RA=99852.69N（99852.69/155594.9764）RB=55712.28N（1-6436）跨中彎矩為： 圖2-1（1#塊） 圖2-2（1#塊彎矩圖）底縱梁選用HN400200813，

7、查表知其截面特性參數(shù)為：應力為：f=145N/mm2 ,滿足要求。 根據(jù)上述模型計算結果可得，縱梁在荷載作用下產(chǎn)生的最大豎向撓度為：4930/400=12.33mm由以上計算可知，腹板下主縱梁的強度和剛度均滿足要求。次縱梁的計算（底板）次縱梁按4#梁段計算。計算混凝土厚度0.963m0.907m，底板荷載由6根縱梁承擔。底板混凝土荷載： 模板重量按1kN/m2計，模板荷載為：人群及機具荷載：傾倒和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：每根底板下縱梁的荷載為： 計算模型如圖所示：圖1 底板下縱梁受力計算圖支點反力分別為RA=34.053.01（1.37+3.01x0.5）/4.93=59.55kNRB=34.0

8、53.01（0.55+3.01x0.5）/4.93=42.55kN最大彎矩底縱梁選用HN400200813，查表知其截面特性參數(shù)為： 強度計算： 剛度計算：由以上計算可知，底板下縱梁強度和剛度均滿足要求。2.1.3 底托梁計算后托梁澆注狀態(tài)（按4#梁段計算）,由底板下縱梁的計算可知，支座反力RA=59.55KN , RA=42.55KN，。因此前托梁承擔底部荷載的42%，后托梁承擔底部荷載的58%。故在此只對后托梁在澆注狀態(tài)進行受力分析。荷載：后托梁承擔底部荷載的58%對于4#梁段，取腹板的平均厚度為0.9m。則，腹板處混凝土線荷載為：模板重量按1.0kN/m2計，模板荷載為：人群及機具荷載為

9、：傾倒和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載；則：底縱梁自重：3.7KN故，對于后托梁：腹板處每根底縱梁的集中荷載：kN底板處每根底縱梁的集中荷載：kN后托梁自重產(chǎn)生的荷載為1.88KN/m用結構計算軟件進行受力分析，后托梁澆注狀態(tài)受力模型如圖所示： 圖2 后托梁結構計算模型 圖3 后托梁彎矩圖(單位: Nmm) 圖4 后托梁剪力圖(單位: N)后托梁由雙36a槽鋼組成的箱形結構， 截面形式如圖所示：圖5后托梁型鋼組合截面查表知36a槽鋼組成的箱形結構截面特性參數(shù)為：強度計算：剛度計算： 圖7由鋼結構計算軟件計算可知，最大豎向位移產(chǎn)生在單元1（6）的端頭，如圖7所示。由以上計算可知，后托梁在澆注狀態(tài)下，強度和

10、剛度均滿足要求.前、后托梁的強度剛度均滿足設計要求！2.1.4吊帶（桿）計算：由于第4塊是最不利，所以按第4塊的所承受的力計算，力由內(nèi)側吊帶承受其截面如下：吊帶所承受的最大力P=365135.31N，吊帶采用Q345B的25mm鋼板，耳板采用Q235的20mm厚的鋼板。（1）耳板的擠壓應力計算：單擠壓面得擠壓應力=P/A/2=365135.31/(5020)/2=182N21.4【】=238MPa，故滿足要求。耳板銷孔拉板的強度計算：=KP/2a=1.4365135.31/（502022） =165.74N21.4【】=203MPa吊帶銷孔壁承壓應力計算：擠壓面得擠壓應力=P/A=365135

11、.31/(5025) =292N21.4【】=294MPa，故滿足要求。吊帶銷孔拉板的強度計算：= kP/2a=1.4365135.31/（50252） =204N2【】=210MPa經(jīng)計算吊帶能滿足要求。吊桿強度計算：后吊桿（單側）假定載苛全部由后吊桿承受由剪力圖：吊桿最大力Nmax =200849.12N 32精扎螺紋鋼承力/804249.81N/ mm2，屈服極限750Mpa所以選用32精扎螺紋鋼滿足要求。后托梁行走工況行走工況下，后托梁承擔底模模板、縱梁及外側模荷載的50%。底模模板產(chǎn)生的均布荷載為3.88/2=1.94KN/m縱梁自重集中荷載力為3.7/2=1.85KN后托梁自重產(chǎn)生

12、的均布荷載為1.88KN/m單側外側模集中力荷載為16.910/4=42.25KN,支點荷載為42.25+1.85=44.1KN圖9 彎矩圖(KNm)圖10 剪力圖(KN)強度計算： 剛度計算：由鋼結構計算軟件計算可知，最大撓度出現(xiàn)在單元桿件2的中央部位，如圖11所示。圖11 位移圖(mm)最大撓度值為由以上計算可知，后托梁在行走工況下，強度及剛度均滿足要求。2.2前橫梁計算澆筑狀態(tài)前橫梁計算（按4#梁段計算）將外側模及底模吊帶按集中荷載考慮計算簡圖如圖所示P1=30.47KN，P2=60.94KN，P3=61.36KN，P4=249.75KN，P5= 71.02KN材料：雙HN500*200

13、 參數(shù)：2A0=18632.35mm2 Ix=449667495.5mm4 Wx=2248337.47mm3彎矩及支點反力由SM-Solver計算得見圖 圖2-10前橫梁彎矩圖(單位:kNm)圖2-11前橫梁剪力圖(單位:kN)=160N/mm2最大剪應力：,滿足要求。前橫梁的變形：6100/50012.2mm，故，變形滿足設計要求。2.22行走狀態(tài)前橫梁計算掛籃倒退時，前橫梁各承擔底托系統(tǒng)、外側模及提吊系統(tǒng)的荷載的12.5%，沖擊荷載系數(shù)取1.3，側模及提吊扁擔梁：P=19.06101.312.5%=30972.5N，底托：P=14.5101.312.5%=23562.5N， 受力簡圖 彎矩

14、圖剪力圖最大位置值為 14.593700/250=14.8mm，在充許范圍內(nèi)。2.3掛籃主桁架計算后錨系統(tǒng)的抗傾覆安全計算 混凝土重量+預壓最大載荷系數(shù)：前吊點承擔混凝土荷載的42%，即： =2075.19*42%=871.58kN 掛籃荷載：前橫梁重38KN 前吊點承擔底籃、側模、內(nèi)模、端模、操作平臺的50荷載：P1=46.61101.20.5=280kN 前吊點承擔人群和機具荷載的50，P2=2.5121.40.5=21kN 傾倒和振搗混凝土荷載的45，P3=4121.40.5=33.6kN單片主桁前吊點荷載 結構計算簡圖25mm的精軋螺紋鋼筋抗拉強度為384KN，豎向預應力筋7根后錨，F(xiàn)

15、=384x7=2688KN。由結構等效簡圖，后錨力為：Q689.14KN則：Q=684.432688KN 安全系數(shù)S=2688/689.14=3.9主構架各桿算主桁各桿件均由普通熱軋236a槽鋼組成，截面特性如下：，Wx1296440.95計算簡圖 軸力圖下弦桿和前斜桿受壓，且受力最大，N1964796N；N21185641.29N，故應力為： ，故滿足要求； ，故滿足要求。由此可知，其他桿件均能滿足設計要求。根據(jù)公路橋涵施工技術規(guī)范允許最大變形量（包括吊帶變形的總和）：20mm由計算解得，3#桿端的縱向位移值v=16mm，由于各桿件均為鉸接，其桿端位移值均在桿件的彈性形變范圍內(nèi)。吊桿的形變量

16、在做掛籃的混凝土荷載實驗時，應記錄相關數(shù)據(jù)，作為澆注各混凝土時的位移提前量的依據(jù)，每次澆注時，應將吊桿的形變量計算在千斤頂所調(diào)節(jié)吊桿高度數(shù)值以內(nèi)，由此抵消吊桿因受拉變形而引起的桿端位移值變化。結構件的整體變形為前橫梁，底托梁，菱形架以及吊帶的變形的累加菱形架的最大變形為：116mm吊桿的最大變形為：2FL/(EA)264410*11550/210000/（25*150）3.9mm總變形為：1+216+3.919.9mm 銷軸計算1、銷軸采用40Cr,其許用剪應力=234,銷軸直徑采用D=78.5mm銷軸抗剪強度驗算:=245MPa該銷軸為雙剪，245/2122.5MPa MPa所以滿足要求.2

17、、銷孔拉板的計算 銷孔壁承壓應力驗算 銷孔的直徑是D=80mm=224Mp所以=63mm由于是兩邊同時承受力，所以一邊銷孔拉板厚度是31.5mm所以連接板采用20mm,再在槽鋼內(nèi)壁加上一塊16mm的補強板。3、拉板順受力方向的最大應力該板為雙剪，259.36/2129.68 MPa 所以滿足要求。掛籃空載行走時受力計算 行走受力計算掛籃空載前移時，只靠反扣輪及配重平衡其傾覆力，每個反扣輪的極限承載力為90.8KN。掛籃的前橫梁、底模系、側模、內(nèi)模、端模、吊帶系統(tǒng)以及操作平臺等總重466KN，故作用于主構架前吊點的荷載為：P1=233KN，考慮沖擊荷載后，單個前吊點荷載為：P=2331.3/2=

18、151.45kN 主桁結構計算簡圖如下圖所示， 主桁結構計算簡圖設后錨力為Q，則：Q=（33.75*2.45+4.9*151.45-33.75*2.45）/4.9151.45KN每片桁架后有兩對反扣輪，則每個輪子承載的壓力為：151.45/4=37.86KN90.8KN，安全系數(shù) S=90.8KN/37.86KN=2.4， 符合要求。 小車輪壓的局部影響及計算行走軌道為225b槽鋼上焊有-16mm蓋板，下焊有-10mm蓋板，且兩槽鋼之間有橫向加強筋，集中輪壓P在腹板上邊緣引起的局部擠壓力懸臂梁計算：最大彎矩 M=Px=420.08=3.36KNm彎曲應力 ，滿足要求。側面吊架的計算 中門架上下弦桿由120*120*6的方管，腹桿由120*60*6方管組焊而成，中門架起到連接作用，在受到外力做用時，保證兩片桁架的穩(wěn)定。側面吊架上弦桿由120*120*6方管，下弦桿由雙20a槽鋼，腹桿由120*60*6方管組焊而成。側面吊架掛籃在澆筑時主要承受相應的模板和混凝土