箭桿河大橋菱形掛籃計算書

1、箭桿河大橋菱形掛籃計算書石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院2012年6月箭桿河大橋掛籃計算書目錄一、計算簡介 . 11.1 工程概況 . 11.2 計算內(nèi)容 . 21.3 計算依據(jù) . 31.4 計算參數(shù) . 3二、模板計算 . 52.1 底籃模板 . . 52.2 側(cè)模計算 . 62.3 內(nèi)模計算 . 7三、主要結(jié)構(gòu)計算 . 93.1 荷載分析 .93.2 結(jié)構(gòu)計算模型 . 103.3 計算結(jié)果. 123.4 結(jié)果分析. 18四、其他結(jié)構(gòu)驗算 . 19五、結(jié)論. 21第 27 頁石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院一、計算簡介1.1 工程概況箭桿河大橋是新建長沙至昆明客運專線鐵路玉屏至昆明段上的一座大橋。設(shè)計

2、荷載為ZK活載。主橋橋跨布置（36+264+36）m，為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，主梁采用單箱單室箱形截面，三向預(yù)應(yīng)力體系，采用掛籃懸臂澆筑施工，箱梁頂板寬12.0m，底板寬6.7m，懸澆17#段，為節(jié)段長度有四種：3.0m、3.25m、3.5m和4.25m，邊跨及中跨合攏段長度均為2m。本橋施工掛籃采用菱形掛籃，由主桁承重系、底籃、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、平臺系統(tǒng)及模板系統(tǒng)等部分組成。如圖1和圖2所示。圖1 掛籃立面圖圖2 掛籃正面圖1.2 計算內(nèi)容為了保證掛籃施工期間的結(jié)構(gòu)安全，確保掛籃的強度、剛度及穩(wěn)定性滿足施工要求，對本橋施工掛籃進行結(jié)構(gòu)驗算。驗算主要內(nèi)容如下：1）掛籃主桁在混凝土澆

3、筑時的強度、剛度和穩(wěn)定性；2）掛籃底籃、懸吊系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)在混凝土澆筑時的強度和剛度；3）掛籃底模和側(cè)模的強度和剛度；4）主桁節(jié)點板和銷軸的強度；5）掛籃走行時后錨可靠性及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其中前兩項和最后一項采用MIDAS/Civil軟件建立空間桿系有限元模型進行分析，三、四項參考相應(yīng)施工手冊手算校核。1.3 計算依據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（JTJ 025-86）路橋施工計算手冊箭桿河大橋施工圖設(shè)計（中國中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，2010.12）箭桿河大橋掛籃施工圖設(shè)計1.4 計算參數(shù)1）材料參數(shù) 掛籃主桁、前后橫梁、底縱梁、前托梁、后

4、托梁、內(nèi)滑梁及模板等均采用Q235B組合型鋼，吊桿32精軋螺紋粗鋼筋，銷子采用40Cr鋼，錨固構(gòu)件采用32精軋螺紋粗鋼筋。表1 掛籃材料參數(shù)表項目符號單位鋼材精軋螺紋粗鋼筋Q235BQ34540Cr彈性模量EMPa2.061052.061052.061052.0105泊松比-0.30.30.30.3容重kN/m378.578.578.578.5容 許 應(yīng) 力軸向應(yīng)力MPa140200-600彎曲應(yīng)力wMPa145210-剪應(yīng)力MPa85120220-孔壁承壓應(yīng)力-MPa210300-銷子彎應(yīng)力-MPa-385-提高系數(shù)k-1.31.31.01.0注：1、材料容許應(yīng)力按規(guī)范JTJ025-86取值

5、，Q235和Q345 鋼材分別對應(yīng)A3和16Mn鋼，40Cr鋼和精軋螺紋粗鋼筋的容許應(yīng)力該規(guī)范未給出，按設(shè)計取值；2、根據(jù)規(guī)范JTJ 025-86第1.2.10條，臨時結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力應(yīng)乘以提高系數(shù)k。2）荷載取值掛籃結(jié)構(gòu)驗算考慮的主要荷載有： 主梁混凝土容重：26kN/m3； 混凝土超載（脹模）系數(shù)：1.05； 人群及機具荷載：對直接支撐模板取2.5kPa，計算直接支撐模板的梁時取1.5kPa； 振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：對水平面模板2.0kPa，對側(cè)模4.0kPa； 傾倒混凝土對側(cè)模沖擊產(chǎn)生的水平荷載取6.0kPa； 掛籃走行沖擊系數(shù)：1.1。3）其它 懸臂澆筑混凝土最大重量153噸（4#塊）；

6、掛籃總重（包括箱梁內(nèi)外模板及防護平臺）：51.6噸； 掛籃施工、行走時的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：2.0； 自錨固系統(tǒng)安全系數(shù)：2.0； 剛度限值：鋼模面板變形1.5mm,結(jié)構(gòu)表面外露的模板及支撐模板的梁撓度為模板構(gòu)件跨度的1/400。箭桿河大橋掛籃計算書二、模板計算2.1 底模板計算1）面板計算懸澆節(jié)段以1#塊底板為最大厚度，新澆混凝土對底籃模板的壓力標(biāo)準(zhǔn)值：面板自重：施工荷載：振搗荷載：選面板小方格中最不利情況計算，即三面固定，一面簡支。由，查表可知最大彎矩系數(shù)K1=0.06，最大撓度系數(shù)K2=0.0016。取1mm寬的板條作為計算單元，荷載為：A強度計算：最大彎矩最大應(yīng)力：B撓度計算：，其中為鋼材

7、的泊松比。規(guī)范要求模板變形不超過1.5mm，所以滿足要求。2）橫肋計算A強度計算橫肋采用槽10，其截面特性：，支撐橫肋槽鋼的兩縱梁最大間距為 300mm，則：B撓度計算2.2 外側(cè)模板計算側(cè)模的縱橫肋間距為0.3m?；炷磷饔糜谀０宓膫?cè)壓力，根據(jù)測定，隨混凝土的澆筑高度而增加，當(dāng)澆筑高度達到某一臨界時，側(cè)壓力就不再增加，此時的側(cè)壓力即為新澆混凝土的最大壓力。側(cè)壓力達到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過理論和實踐，可按下列二式計算，并取其最小值：，式中：F新澆混凝土對模板的最大側(cè)壓力()；混凝土的重量密度()；t新澆混凝土的初凝時間(h)，可按實測定。當(dāng)缺乏實驗資料時，可采用計算，在此；

8、T混凝土的溫度（）取25；V混凝土的澆注速度（）取2；h混凝土側(cè)壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度（m），取2.8m；外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時取1；混凝土塌落度影響系數(shù)，當(dāng)塌落度小于30mm時，取0.85，5090mm時，取1；110150mm時，取1.15。在此取1。所以取40.4進行計算，同時考慮傾倒混凝土產(chǎn)生的水平荷載6，振搗產(chǎn)生的水平荷載4，施工荷載2.5，總荷載為：由，查表可知最大彎矩系數(shù)K1=0.06，最大撓度系數(shù)K2=0.0016。取1mm寬的板條作為計算單元。 A強度計算：最大彎矩最大應(yīng)力：B撓度計算：，其中為鋼材的泊松比。規(guī)范要求模板變形不超過1.5mm，所以滿足

9、要求。2.3 內(nèi)側(cè)模板計算懸澆節(jié)段全長頂板厚度不變，新澆混凝土對內(nèi)模板的壓力：面板自重：施工荷載：振搗荷載：選面板小方格中最不利情況計算，即三面固定，一面簡支。，查表知最大彎矩系數(shù)0.075，最大撓度系數(shù)。取1mm板寬做計算單元，。荷載為：A強度計算：最大彎矩最大應(yīng)力：B撓度計算：規(guī)范要求模板變形不超過1.5mm，所以滿足要求。三、主結(jié)構(gòu)計算3.1 荷載分析混凝土梁底板荷載主要是通過底籃普通縱梁作用在掛籃上，腹板荷載主要通過加勁縱梁作用在掛籃上，頂板荷載主要通過內(nèi)滑梁作用在掛籃上，翼緣板荷載主要通過側(cè)模吊梁作用在掛籃上，底部防護平臺自重主要通過精軋螺紋鋼筋直接作用在底籃前后底橫梁上。3.1.1

10、 底籃普通縱梁處荷載分析掛籃底模面板（其他構(gòu)件重量已計）按3300kg考慮，底模面積6.74.8m2。表2 底?？v梁荷載1 塊件號項 目1#塊（3000mm）4#塊（4250mm）1底模板自重kN/m21.031.032底板混凝土重量kN/m218.9814.693(2)項漲模系數(shù)1.05kN/m219.9315.424施工荷載kN/m22.52.55振搗荷載kN/m2226面荷載kN/m225.521.03.1.2 底籃加強縱梁處荷載分析表3 底模縱梁荷載2 塊件號項 目1#塊（3000mm）4#塊（4250mm）1底模板自重kN/m21.031.032單側(cè)腹板砼重量kN/m2138.849

11、8.283(2)項漲模系數(shù)1.05kN/m2145.8103.24施工荷載kN/m22.52.55振搗荷載kN/m2226面荷載kN/m2151.5108.73.1.3 側(cè)模縱梁荷載分析澆注1#塊時：箱梁翼板的最大重量：G1=1.193.0261.05=97.5kN側(cè)模板自重:G2=38.4kN振搗荷載2kPa，施工荷載1.5kPa轉(zhuǎn)化為重量為:G3=(2+1.5)3.02.65=27.8kN側(cè)模重量G1+G2+G3=163.5kN澆注4#塊時：箱梁翼板的最大重量：G1=1.194.25261.05=138.1kN側(cè)模板自重:G2=38.4kN振搗荷載2kPa，施工荷載1.5kPa轉(zhuǎn)化為重量為

12、:G3=(2+1.5)4.252.65=39.4kN側(cè)模重量G1+G2+G3=215.9kN3.1.4 內(nèi)模托梁荷載分析澆注1#塊時：箱梁頂部砼通過內(nèi)模傳給單條滑梁的最大荷載：G1=1.393.0261.05=113.8kN內(nèi)模自重傳給單條滑梁的荷載約為：G2=28.0kN振搗荷載2kPa，施工荷載1.5kPa轉(zhuǎn)化為重量為：G3=(2+1.5)3.02.55=26.8kN內(nèi)?？傊兀篏1+G2+G3=168.6kN澆注4#塊時：箱梁頂部砼通過內(nèi)模傳給單條滑梁的最大荷載：G1=1.394.25261.05=161.3kN內(nèi)模自重傳給單條滑梁的荷載約為：G2=28.0kN振搗荷載2kPa，施工荷載1

13、.5kPa轉(zhuǎn)化為重量為：G3=(2+1.5)4.252.55=38.0kN內(nèi)模總重：G1+G2+G3=227.3kN3.2 結(jié)構(gòu)計算模型3.2.1 建立模型掛籃為菱形掛籃，菱形主桁桿由228b普通熱軋槽鋼組成的截面桿件構(gòu)成，前橫梁由2I45b普通熱軋工字鋼組成的截面桿件構(gòu)成，底模前、后橫梁由2I40a普通熱軋工字鋼組成的截面桿件構(gòu)成，底?？v梁由I40a普通熱軋工字鋼組成，外模吊梁由雙236b普通熱軋槽鋼組合截面構(gòu)成，內(nèi)模吊梁由236b普通熱軋槽鋼組成的截面桿件構(gòu)成，底模吊帶由232實心矩形截面組成，其它吊桿采用25精軋螺紋鋼。主要結(jié)構(gòu)計算模型如下：圖3 結(jié)構(gòu)計算模型3.2.2 荷載施加由上面荷

14、載計算可知：底藍的最大荷載發(fā)生在澆筑1#塊，內(nèi)外側(cè)模的最大荷載發(fā)生在澆筑4#塊時，為了計算各個構(gòu)件的最不利情況，在此計算時將底模、內(nèi)外側(cè)模發(fā)生的最大荷載作用于掛籃上。1）腹板下的縱梁受力面荷載為151.5kN/m2，腹板寬0.8m，共四片縱梁承受，則每片承受的均布荷載為：；底板下的縱梁承受面荷載25.5kN/m2，共6片縱梁承受，每片承受的均布荷載：；外側(cè)模的荷載為215.9kN，共6片框架，每個框架承受的集中力為（考慮均由工作導(dǎo)梁承受）F1=36kN；內(nèi)側(cè)模的荷載為227.3，共6片框架，每個框架承受的集中力為F2=38kN。 圖4 荷載施加3.3 結(jié)構(gòu)計算結(jié)果底?？v梁圖5 底模縱梁的正應(yīng)力

15、云圖（MPa）圖6 底?？v梁的位移云圖（mm）（前端的主桁架撓度為10.2mm）前底橫梁圖7 前底橫梁位移云圖（m）（前端的主桁架撓度為10.2mm）圖8 前底橫梁正應(yīng)力云圖（MPa）后底橫梁圖9 后底橫梁位移云圖（mm）圖10 后底橫梁正應(yīng)力云圖（MPa）外側(cè)模工作吊梁圖11 外側(cè)模工作吊梁位移云圖（mm）（前端的主桁架撓度為0.010m）圖12 外側(cè)模工作吊梁正應(yīng)力云圖（MPa）內(nèi)側(cè)模導(dǎo)梁圖13 內(nèi)側(cè)模導(dǎo)梁位移云圖（mm）（前端的主桁架撓度為0.0102m）圖14 內(nèi)側(cè)模導(dǎo)梁正應(yīng)力云圖（MPa）頂橫梁圖15 頂橫梁位移云圖（mm）（兩端的撓度為0.0102m）圖16 頂橫梁正應(yīng)力云圖（MP

16、a）主桁架圖17 主桁架位移云圖（mm）圖18 主桁架正應(yīng)力云圖（MPa）門架圖19 門架桿件正應(yīng)力（MPa）橫聯(lián)圖20 橫聯(lián)桿件正應(yīng)力（MPa）吊桿圖21 吊桿正應(yīng)力（MPa）3.4 計算結(jié)果分析從圖18的主桁架應(yīng)力計算結(jié)果來看，可以看出兩根拉桿的應(yīng)力中，只有后邊斜桿應(yīng)力較大，達到74.3MPa。前端斜桿壓應(yīng)力較大，而且最長，長度是5.46m，需要進行壓撓穩(wěn)定檢算。截面面積A=45.6*2=91.2(cm2)截面最小回轉(zhuǎn)半徑i46cm，自由長度是546cm，那么546/4612，按Q235b類截面查表可得0.98，那么長斜桿的折算應(yīng)力是74.3MPa/0.9875.8MPa (容許應(yīng)力140

17、MPa，使用應(yīng)力適當(dāng))。主桁架前端的最大撓度為10.2mm20mm(可)。主桁架各個桿件的最不利計算結(jié)果見表4，按公路鋼橋設(shè)計規(guī)范，臨時結(jié)構(gòu)的容許應(yīng)力可以提高1.3倍。表4 主結(jié)構(gòu)計算結(jié)果桿件名稱正應(yīng)力/MPa容許應(yīng)力/MPa位移/mm容許位移/mm備注主桁架75.314010.220底模縱梁78.714522.8-10.2=12.65250/400=13.1前底橫梁62.314522.9-10.2=12.77140/400=17.8后底橫梁43.01455.217.8外模吊梁57.714511.95250/400=13.1內(nèi)模導(dǎo)梁119.014522.6-10.2=12.45250/400=

18、13.1頂橫梁68.914517.2-10.2=76480/400=16.2吊桿342/2=171600/橫聯(lián)門架77.2145四、其他構(gòu)件計算4.1 加工要求下節(jié)的計算以下面的加工要求為依據(jù)，否則可能導(dǎo)致計算與實際結(jié)構(gòu)的受力有較大的偏差。1掛籃各部件多屬組焊件，必須制定合理的加工工藝，減少起焊接變形與焊接次應(yīng)力。各構(gòu)件的變形公差不得超過鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范（GBJ205-92）規(guī)定的允許值。2鉆孔及孔距公差要求：2.1螺栓孔應(yīng)采用樣板鉆孔。2.2鉆孔時，工型桿件的孔應(yīng)以腹板中心為基準(zhǔn)；槽鋼腹板應(yīng)分中鉆孔；槽鋼翼緣上的孔及角鋼上的孔，均應(yīng)以肢背為基準(zhǔn)。2.3螺栓孔的孔距公差規(guī)定為：（1）同組孔內(nèi)兩相鄰孔距0.25毫米。（2）一組孔（指一塊節(jié)點板或拼接板）內(nèi)的極邊孔距0.35毫米。 （3）同一根桿上如包括數(shù)組孔，兩組相鄰孔及該桿的極邊距孔0.5毫米。（4）角鋼的釘線邊距0.5毫米。（5）工形（或雙槽鋼）桿件兩個平行豎直面上，同心栓孔的錯孔公差為0.25毫米。（6）孔端距（端部孔距桿端）2.5毫米。（7）孔群中心線與桿件中心線的最大偏差1.5毫米。2.4孔徑公差31.5毫米。2.5螺栓光桿部分的直徑公差為300.