掛籃結構設計及應力分析檢算書

1、東明黃河大橋跨東大堤連續(xù)梁實施性施工組織設計附件2斜拉梁式輕型掛籃結構設計說明及應力分析檢算書一、斜拉梁式輕型掛籃設計說明書1、設計依據(jù)（1）中國公路工程咨詢集團有限公司山東省東明黃河公路大橋工程第二合同段兩階段施工圖設計；（2）現(xiàn)行公路橋涵施工技術規(guī)范(JTG041-2011)、公路工程質量檢驗評定標準(JTGF80/1-2004)。（3）現(xiàn)行鋼結構設計規(guī)范(GB50017-2003)。（4）本公司同類工程的施工經(jīng)驗及現(xiàn)場的踏勘的具體情況。2、設計原則 鋼筋砼連續(xù)懸臂澆筑法施工屬高空作業(yè)，掛籃是懸臂施工的主要設備，它既是高空作業(yè)的場地，又是待澆梁段的承重結構。因此掛籃設計按以下原則進行。（1

2、）安全可靠，經(jīng)濟合理；（2）重量輕，走行方便，操作簡單；（3）變形小，旌工撓度容易控制；（4）便于砼的灌注及預應力筋的張拉；（5）本項目使用原有斜拉梁式輕型掛籃，其掛籃設計參數(shù)應滿足本項目要求。3、設計掛籃技術參數(shù)（1）本橋懸灌梁段最大重量 156.17噸；（2）本橋懸灌梁段最大長度4.5m； （3）本橋梁高變化范圍6.706-2.7m；（4）適應梁寬底板7.0m，頂板13.25m；（5）掛籃自重不得大于861KN，同時掛籃應設計有±6cm調整豎向撓度的功能，以便調整模板標高。4、掛籃構造斜拉梁式輕型掛籃由主梁系、外模系、內模系、底模系等組成，其詳細構造見設計圖紙。（1）主梁系由主梁

3、、前橫梁、后橫梁、主梁塔柱、斜拉結構、走行機構等組。主梁由兩根50號工字鋼及20mm的厚鋼板用螺栓連接成箱型截面，長12米，是主要的受力構件之，采用斜拉結構加強，斜拉結構也是主要的受力構件之一。前、后橫梁由兩根32#槽鋼組成，用以吊掛滑梁和外側模板。 塔柱由兩根32#工字鋼及鋼板焊接而成，拉桿采用32預應力精軋螺紋鋼筋，標準強度不小于750Mpa，單根許用拉力54噸。 走行機構由滑道、走行輪總成等組成?；烙蓛筛鵌25a工字鋼及各種角鋼、鋼板連接而成。 （2）外模系由外模、外滑梁、外滑梁托滾、吊桿等組成。外模因體積大，不便于吊裝，采用分體式，拼接而成。一側外模支承在一個外滑梁上，通過對拉鋼筋與

4、內模相連?；河射摬糠趾附映上湫徒孛?，是支撐外模板的主要構件?；呵岸送ㄟ^吊桿吊在前橫梁上，后端通過吊桿吊在橋面或后橫梁上。利用吊桿的絲扣可調節(jié)外側模的高低。 （3）內模系由頂模桁架、內滑梁及內滑梁托滾等組成。模板采用組合鋼模板，通對拉鋼筋與外模相聯(lián)。頂模及頂模桁架支承在內滑梁上，內滑梁前端通過吊桿吊在前橫梁上，后端吊在已成橋面或后橫梁上。 （4）底模系由前托梁、后托梁、縱梁及吊架等組成。模板由組合鋼模板鋪設而成。后托梁內側通過四個拉桿錨固在已成梁段的底板上，外側通過四個吊桿吊在后橫梁或已成梁段上。前托梁通過吊桿吊在前橫梁上。 （5）掛籃前移采用整體前移。將滑道錨固于已成梁段上。主梁中部支承在

5、后橫梁上，后橫梁和主梁聯(lián)成一體，后橫梁在滑道導軌上滑動。主梁后部采用8個反扣輪在滑道的工字梁槽中滾動。底模前端吊在前橫梁上，后端支承在后托梁上。后托梁通過兩個吊桿吊在后橫梁上，吊桿間距大于橋寬。外模支承在外滑梁上。外滑梁后部承在吊桿托滾上。頂模架及頂模支承在內滑梁上，內滑梁前后支承同外滑梁。二、應力分析檢算書 1、傳力方式 現(xiàn)澆梁段荷裁在掛籃結構巾的傳力途徑（1）灌注階段 大部分混凝土（除頂板和翼板混凝土）荷載作用于底模的前后托梁上，前托梁的力通過吊桿傳至前橫梁上，再作用于主梁。后托梁的力通過錨桿傳給己成梁段的底板，或通過吊桿傳至后橫梁上。頂板和冀扳混凝土通過內、外滑梁傳到前橫梁和后部已成梁段

6、上，再作用于主梁。 （2）走行階段： 整個掛籃除內模板外作用于前后橫梁上。 2、掛籃荷載及荷載系數(shù) 掛籃的設計荷載視計算的部件和施工階段的不同采用不同的組合方式，根據(jù)掛籃的工作狀態(tài)，設計時考慮的荷載及荷載系數(shù)如下：（1）掛籃自重：57.834噸，根據(jù)設計規(guī)范要求，空載走行時荷載沖擊系數(shù)取為1.3，澆注混凝土及走行穩(wěn)定系數(shù)不小于1.5；（2）梁荷載：箱梁最大梁段重1259KN,考慮澆筑混凝土時的沖擊和掛籃施工安全的重要肚，荷載系數(shù)取為1.3，設計荷載為1259×1. 3= 1636.7 KN；3、各部件受力分析掛籃結構是個可以水平移動作業(yè)的空間結構體系。如果將掛籃作為個統(tǒng)-的空間結構來

7、計算其強度及穩(wěn)定性，其求解過程比較復雜。 因此在設計中將主梁系、前懸吊系統(tǒng)當作二個獨立的平面結構來進行強度及剛度計算，其計算模式為底?？v梁按簡支架計算。前橫梁、前托梁及主梁均按平面結構計算。 （1)主梁系主梁：主梁的作用主要是承受前橫梁傳遞過來的力和模板走行時支承模板重量及平衡其產生的前傾彎矩。在灌注混凝土及模板走行時受力不同。灌注混凝土時，主梁承受前橫梁傳遞過來的力；模板前移時，底模、側模和頂模的重量通過滑梁吊桿傳給主梁。前橫梁：按外懸簡支梁計算。設計時假設前橫梁承受的最大荷載為最大節(jié)段混凝土重量的一半和底模、底模架、頂模、頂模架、外模及滑梁重量的一半以及其自身重量。 （2)底模系縱梁：設計

8、時假設箱梁的底板砼荷載均勻分布在底模板L，腹板混凝土荷載作用于邊縱梁上。內縱梁僅承受中間底板混凝土荷載，邊縱梁不僅承受底板混凝土的荷載，還要承受全部腹板棍凝土的荷載，此兩種荷載的組合即為控制邊縱梁的設計荷載。 前托梁：縱梁前端所受的力傳給前托梁，再由前托梁通過十個吊桿傳給前橫梁，作用于主梁。前托梁近似按九跨懸臂連續(xù)梁計算。后托梁：縱梁后端所受的力傳給后托梁，再由后托梁傳遞給已成梁段的底板和頂板。后托梁近似地按七跨連續(xù)梁計算。（3)滑梁及吊桿 外模滑梁按兩端支承在吊桿上的簡支梁計算。最不利荷載為澆筑翼板混凝土時，設計時考慮一定的沖擊系數(shù)。 4、強度、剛度以及穩(wěn)定性校核 （1）強度檢算： 根據(jù)鋼結

9、構設計規(guī)范GB50017-2003，本掛籃主要構件材料為A3鋼，許用拉應力o =170Mpa。，許用剪威力一= 100Mpa，可分別按正應力強度條件oo和剪應力強度條件TT進行校核。構件橫截面最大正應力和最大剪應力Tmax分別按下列公式計算：最大正應力omax= Mmax/ Wz其中：Mmax：受力構件最大彎矩； Wz：彎矩最大截面抗彎截面模量，對于型鋼可查型鋼表，對于鋼板可利用公式Wz =Iz/ Ymax計算； Iz：橫截面對于中性軸的慣性矩，對于型鋼可查型鋼表，刑于鋼板可利用公式Iz =bh3/12（b、h分別為截面的寬和高）計算；若中性軸不是形心軸，可利用平行移軸公式得Iz=Iz+ b2

10、A（A為截面面積）； Ymax：彎矩最大截面離中性軸最遠的邊緣處。 最大剪應力T max=QmaxSzmax/bIz 其中：Qmax：受力構件最大剪力； Szmax：剪力最大截面中性軸一側橫截面面積對中性軸的面積矩；： B：橫截面在中性軸處的寬度或厚度； Iz：橫截面對中性軸的慣性矩（計算方法同上）。 在設計中，我們對掛籃的主要受力構件（主梁、前橫梁、后橫梁、縱梁、托梁、模板等）都進行了檢算，各主要截面的內力都在強度、剛度控制之內。 對于縱梁，受力分析如前，最不利荷載為澆注混凝土時。（2）剛度檢算（變形計算） 根據(jù)剛度控制條件fmaxf/L，查有關規(guī)范取f/L：L/400，得剛度條件fmaxL

11、/400。 主要構件經(jīng)過強度、剛度檢算，求得各主要截面的內力及各點的變形都在強度、剛度控制條件范圍之內。 （3）穩(wěn)定性校核 掛籃結構的穩(wěn)定性檢算，包括各主要構件的穩(wěn)定性以及掛籃走行時的傾覆穩(wěn)定性兩個方面。 通過計算可推算出后錨梁的個數(shù)，在施工中可多加幾個錨點，走行時可用拆前錨點加后錨點的方法。 5、掛籃特點 （1）掛籃為三角型組合梁掛籃，由于斜拉結構拉桿的拉力作用，大大降低了主梁的彎矩，從而減少了主梁撓度。 （2）掛籃主要占據(jù)空間小，箱梁上部施工而開闊，給施工操作提供了較好的工作條件。 （3）該掛籃取消了平衡重，實現(xiàn)無托架施工，掛籃輕、梁部施工荷載小。（4）結構簡單、組裝部件少，且各部件大都采

12、用型鋼和鋼板加工而成，加工、運輸、安裝、拆卸等方便，工作量小，節(jié)省大量施工費用。6、計算參數(shù)（1）混凝土容重：26kN/m3。（2）混凝土超灌系數(shù)：1.05。（3）動載系數(shù)：1.1。（4）模板自重：外模系取13.58噸，內模系取4.06噸，底模2.35噸，保溫罩取2.04噸。（5）施工人員及施工機具荷載：2.5kN/m2。（6）Q235鋼：E=2. l×105,o=170MPa ow=170MPa,T=lOOMPa16Mn鋼：E=2. l×105,o=300MPa ow=300MPa,T=l75MPa（7）撓度容許值：1/400。（8）混凝土局部承壓應力容許值oc-1：10

13、.3*(A/Ac)0.57、有限元模型用有限元軟件AN SYS10.0進行三維仿真分析，分別用桿單元Link8模擬吊桿和斜拉桿，梁單元Beam4模擬主梁、塔柱、塔柱橫聯(lián)桿、前橫梁、內外滑梁、前后托梁以及底摸系縱梁。與已施工梁段錨固處全部固結，其它節(jié)點為鉸結（共用節(jié)點耦合）。整個三維模型共389個節(jié)點，337個梁單元，19個桿單元。三維有限元模型如下，不同顏色代表不同的桿件截面特性。計算模型如下：116東明黃河大橋跨東大堤連續(xù)梁實施性施工組織設計節(jié)段號節(jié)段長m面積（m2）翼板腹板底板頂板腹板翼板13.51.274.324.242.234.41.27節(jié)段號節(jié)段長m每延米荷載（KN）按26KN/m2

14、計翼板腹板底板頂板腹板翼板13.533.02112.32110.2457.98114.433.02節(jié)段號節(jié)段長m面積（m2）翼板腹板底板頂板腹板翼板541.273.23.232.233.281.27節(jié)段號節(jié)段長m每延米荷載（KN）按26KN/m2計翼板腹板底板頂板腹板翼板5433.0283.283.9857.9885.2833.02節(jié)段號節(jié)段長m面積（m2）翼板腹板底板頂板腹板翼板94.51.272.282.232.232.361.27節(jié)段號節(jié)段長m每延米荷載（KN）按26KN/m2計翼板腹板底板頂板腹板翼板94.533.0259.2857.9857.9861.3633.02其他荷載（KN/m

15、2，按活載考慮）風荷載施工荷載內模荷載平臺荷載合計0.152.52.516.158、掛籃驗算8.1 底托梁驗算截面特性截面類型：箱型截面截面型號：320*190*8*14Ix = 15781.89 cm4Wx = 986.37 cm3ix = 12.57 cmSx = 492.24 cm3Iy = 5471.81 cm4Wy = 575.98 cm3iy = 7.4 cm截面面積= 99.92 cm2單位重量= 78.44 kg/m每米表面積= 1.02 m2/m1號塊段時底縱托梁（塊段長3.5m）一、梁的靜力計算概況1、單跨梁形式： 簡支梁2、荷載受力形式： 1-93、計算模型基本參數(shù)：長

16、L =5.25 M a=2.25 M b=3 M c=3.5 M4、均布力：標準值qk=qg+qq =38.2+6=44.2 KN 設計值qd=qg*G+qq*Q =38.2*1.2+6*1.4=54.24 KN二、選擇受荷截面1、截面類型： 320*190*8*142、截面特性： Ix= 15781.89cm4 Wx= 986.37cm3 Sx= 492.24cm3 G= 78.44kg/m 翼緣厚度 tf= 14mm 腹板厚度 tw= 16mm三、相關參數(shù)1、材質 ：Q2352、x軸塑性發(fā)展系數(shù)x：1.053、梁的撓度控制 v：L/400四、內力計算結果1、支座反力 RA = qd * c

17、 * b / L =108.48 KN2、支座反力 RB = qd * c * a / L =81.36 KN3、最大彎矩 Mmax = qd * c * b / L * (a - 0.5 * c + c * b / (2 * L) =162.72 KN.M五、強度及剛度驗算結果1、彎曲正應力max = Mmax / (x * Wx)157.11 N/mm2 2、A處剪應力 A = RA * Sx / (Ix * tw)21.15 N/mm2 3、B處剪應力 B= RB * Sx / (Ix * tw)15.86 N/mm2 4、最大撓度 fmax = qk * c * L 3 / 384 *

18、 (8 - 4 * (c / L) 2 + (c / L) 3) * 1 / ( E * I )=11.69 mm 5、相對撓度 v = fmax / L =1/ 449.2彎曲正應力 max= 157.11 N/mm2 < 抗彎設計值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪應力max= 21.15 N/mm2 < 抗剪設計值 fv : 125 N/mm2 ok! 跨中撓度相對值 v=L/ 449.2 < 撓度控制值 v:L/ 400 ok! 驗算通過！9號塊段時底縱托梁驗算（塊段長4.5m）一、梁的靜力計算概況1、單跨梁形式： 簡支梁2、荷載受力形式： 1-93、計

19、算模型基本參數(shù)：長 L =5.25 M a=2.75 M b=2.5 M c=4.5 M4、均布力：標準值qk=qg+qq =20.45+6=26.45 KN 設計值qd=qg*G+qq*Q =20.45*1.2+6*1.4=32.94 KN二、選擇受荷截面1、截面類型： 320*190*8*142、截面特性： Ix= 15781.89cm4 Wx= 986.37cm3 Sx= 492.24cm3 G= 78.44kg/m 翼緣厚度 tf= 14mm 腹板厚度 tw= 16mm三、相關參數(shù)1、材質 ：Q2352、x軸塑性發(fā)展系數(shù)x：1.053、梁的撓度控制 v：L/400四、內力計算結果1、支

20、座反力 RA = qd * c * b / L =70.59 KN2、支座反力 RB = qd * c * a / L =77.64 KN3、最大彎矩 Mmax = qd * c * b / L * (a - 0.5 * c + c * b / (2 * L) =110.92 KN.M五、強度及剛度驗算結果1、彎曲正應力max = Mmax / (x * Wx)107.1 N/mm2 2、A處剪應力 A = RA * Sx / (Ix * tw)13.76 N/mm2 3、B處剪應力 B= RB * Sx / (Ix * tw)15.14 N/mm2 4、最大撓度 fmax = qk * c

21、* L 3 / 384 * (8 - 4 * (c / L) 2 + (c / L) 3) * 1 / ( E * I )=7.85 mm 5、相對撓度 v = fmax / L =1/ 668.7彎曲正應力 max= 107.1 N/mm2 < 抗彎設計值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪應力max= 15.14 N/mm2 < 抗剪設計值 fv : 125 N/mm2 ok! 跨中撓度相對值 v=L/ 668.7 < 撓度控制值 v:L/ 400 ok! 驗算通過！8.2 外滑梁驗算截面特性截面類型：箱型截面截面型號：350*300*10*16Ix = 32

22、153.49 cm4Wx = 1837.34 cm3ix = 14.19 cmSx = 928 cm3Iy = 16363.7 cm4Wy = 1090.91 cm3iy = 10.13 cm截面面積= 159.6 cm2單位重量= 125.29 kg/m每米表面積= 1.4 m2/m 一、梁的靜力計算概況1、單跨梁形式： 簡支梁2、荷載受力形式： 1-93、計算模型基本參數(shù)：長 L =5.25 M a=2.75 M b=2.5 M c=4.5 M4、均布力：標準值qk=qg+qq =43.02+6=49.02 KN 設計值qd=qg*G+qq*Q =43.02*1.2+6*1.4=60.02

23、 KN二、選擇受荷截面1、截面類型： 350*300*10*162、截面特性： Ix= 32153.49cm4 Wx= 1837.34cm3 Sx= 928cm3 G= 125.29kg/m 翼緣厚度 tf= 16mm 腹板厚度 tw= 20mm三、相關參數(shù)1、材質 ：Q2352、x軸塑性發(fā)展系數(shù)x：1.053、梁的撓度控制 v：L/400四、內力計算結果1、支座反力 RA = qd * c * b / L =128.61 KN2、支座反力 RB = qd * c * a / L =141.48 KN3、最大彎矩 Mmax = qd * c * b / L * (a - 0.5 * c + c

24、 * b / (2 * L) =202.11 KN.M五、強度及剛度驗算結果1、彎曲正應力max = Mmax / (x * Wx)104.76 N/mm2 2、A處剪應力 A = RA * Sx / (Ix * tw)18.56 N/mm2 3、B處剪應力 B= RB * Sx / (Ix * tw)20.42 N/mm2 4、最大撓度 fmax = qk * c * L 3 / 384 * (8 - 4 * (c / L) 2 + (c / L) 3) * 1 / ( E * I )=7.14 mm 5、相對撓度 v = fmax / L =1/ 735.1彎曲正應力 max= 104.7

25、6 N/mm2 < 抗彎設計值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪應力max= 20.42 N/mm2 < 抗剪設計值 fv : 120 N/mm2 ok! 跨中撓度相對值 v=L/ 735.1 < 撓度控制值 v:L/ 400 ok! 驗算通過！8.3 內滑梁驗算截面特性截面類型：箱型截面截面型號：320*190*8*14Ix = 15781.89 cm4Wx = 986.37 cm3ix = 12.57 cmSx = 492.24 cm3Iy = 5471.81 cm4Wy = 575.98 cm3iy = 7.4 cm截面面積= 99.92 cm2單位重量=

26、 78.44 kg/m每米表面積= 1.02 m2/m一、梁的靜力計算概況1、單跨梁形式： 簡支梁2、荷載受力形式： 1-93、計算模型基本參數(shù)：長 L =5.25 M a=2.75 M b=2.5 M c=4.5 M4、均布力：標準值qk=qg+qq =38+6=44 KN 設計值qd=qg*G+qq*Q =38*1.2+6*1.4=54 KN二、選擇受荷截面1、截面類型： 320*190*8*142、截面特性： Ix= 15781.89cm4 Wx= 986.37cm3 Sx= 492.24cm3 G= 78.44kg/m 翼緣厚度 tf= 14mm 腹板厚度 tw= 16mm三、相關參數(shù)

27、1、材質 ：Q2352、x軸塑性發(fā)展系數(shù)x：1.053、梁的撓度控制 v：L/400四、內力計算結果1、支座反力 RA = qd * c * b / L =115.71 KN2、支座反力 RB = qd * c * a / L =127.29 KN3、最大彎矩 Mmax = qd * c * b / L * (a - 0.5 * c + c * b / (2 * L) =181.84 KN.M五、強度及剛度驗算結果1、彎曲正應力max = Mmax / (x * Wx)175.57 N/mm2 2、A處剪應力 A = RA * Sx / (Ix * tw)22.56 N/mm2 3、B處剪應力

28、 B= RB * Sx / (Ix * tw)24.81 N/mm2 4、最大撓度 fmax = qk * c * L 3 / 384 * (8 - 4 * (c / L) 2 + (c / L) 3) * 1 / ( E * I )=13.06 mm 5、相對撓度 v = fmax / L =1/ 402彎曲正應力 max= 175.57 N/mm2 < 抗彎設計值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪應力max= 24.81 N/mm2 < 抗剪設計值 fv : 125 N/mm2 ok! 跨中撓度相對值 v=L/ 402 < 撓度控制值 v:L/ 400 ok

29、! 驗算通過！8.4 前上橫梁驗算截面特性截面類型：箱型截面截面型號：420*400*10.5*18Ix = 68125.36 cm4Wx = 3244.06 cm3ix = 17.41 cmSx = 1640.74 cm3Iy = 48318.45 cm4Wy = 2415.92 cm3iy = 14.67 cm截面面積= 224.64 cm2單位重量= 176.34 kg/m每米表面積= 1.66 m2/m一、梁的靜力計算概況1、單跨梁形式： 簡支梁2、荷載受力形式： 1-33、計算模型基本參數(shù)：長 L =6.34 M a=1.5 M4、集中力：標準值Pk=Pg+Pq =371+1=372

30、 KN 設計值Pd=Pg*G +Pq*Q =371*1.2+1*1.4=446.6 KN二、選擇受荷截面1、截面類型： 420*400*10.5*182、截面特性： Ix= 68125.36cm4 Wx= 3244.06cm3 Sx= 1640.74cm3 G= 176.34kg/m 翼緣厚度 tf= 18mm 腹板厚度 tw= 21mm三、相關參數(shù)1、材質 ：Q2352、x軸塑性發(fā)展系數(shù)x：1.053、梁的撓度控制 v：L/250四、內力計算結果1、支座反力 RA = Pd =446.6 KN2、支座反力 RB = RA =446.6 KN3、最大彎矩 Mmax = Pd * a =669.9 KN.M五、強度及剛度驗算結果1、彎曲正應力m ax = Mmax / (x * Wx)196.67 N/mm2 2、A處剪應力A =