挂篮验算书.doc

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1、. 第一章 挂篮设计1 设计依据1.1申张线（张家港-江阴段）航道整治工程华西钢铁大桥施工图纸；1.2 公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000；1.3结构力学、材料力学、桥梁工程；1.4钢结构设计规范；1.5路桥施工计算手册；1.6清华大学结构力学求解器；1.7原S342省道无锡市区段新建工程S342-6标京杭运河特大桥挂篮设计图纸2 工程概况 主桥采用（60+100+60）m三跨边截面预应力混凝土连续箱梁；西侧引桥620 m钢筋混凝土连续箱梁，东侧引桥420m钢筋混凝土连续箱梁；桥梁全长为426米。主桥上部三跨边变截面预应力混凝土连续箱梁为单箱单室；梁高从跨中2.95m按二次抛物线变化是

2、距主墩中心2.0m处5.75m；梁底横桥向保持水平，箱顶设1.5%的双向横坡；采用纵、横、竖三向预应力体系。主桥下部采用钢筋混凝土矩形实体式桥墩，钻孔灌注桩基础。主桥连续箱梁采用挂蓝悬臂浇筑法施工，除0#、1#块采用满堂支架现浇外，其余梁段采用对称平衡悬臂逐段浇注法施工。箱梁分013#段、合拢段及边跨现浇段，其中0#、1#段共长12m，悬臂纵向分段长度为3m5+74m，合拢段长2m，边跨现浇段长8.88m（8.92m）。根据华西钢铁大桥设计图纸和原京杭大运河特大桥挂篮设计图纸，华西钢铁大桥挂篮拟采用三角挂篮进行施工。华西钢铁大桥箱梁悬浇段采用三角挂篮施工其各段基本情况如下：名称砼（m3）重量（

3、t）长度（m）高度（m）底板（m）腹板（m）顶板（m）0#块137.23356.8145.751.2850.750.281#块81.44211.7445.3030.720.750.282#块52.24135.5634.9930.6650.750.283#块49.71129.2534.7050.6130.750.284#块47.51123.5134.4390.5660.750.285#块45.52118.3734.1950.5220.750.286#块40.65105.6933.9720.4830.750.287#块48.08125.0143.7100.4360.450.288#块46.2012

4、0.1243.4860.3960.450.289#块44.44115.5443.3010.3630.450.2810#块43.00111.8043.1560.3370.450.2811#块41.90108.9443.0490.3180.450.2812#块41.14106.9642.9810.3050.450.2813#块40.701105.8242.9510.30.450.283 挂篮设计3.1主要材料技术参数 （1）钢筋砼自重G砼=26KN/m3； （2）钢材弹性模量E=2.1105 MPa； （3）材料允许应力 Q235B钢w=140 MPa, =85 MPa; 精轧螺纹钢w=785 M

5、Pa, 16Mn钢板w=200 MPa, =120 MPa; 45#钢w=220 MPa, =125 MPa;3.2 挂篮构造本桥所用挂篮采用无锡市区省道342跨运河特大桥所使用挂篮，几何尺寸和荷载基本相同，故基本原样套用。本次设计主要进行受力验算。挂篮采用三角斜拉带式挂篮，挂篮主梁为两根45#工字钢组合而成，立柱采用32#槽钢，前后上横梁采用两根45#工字钢；前后下横梁采用两根40#工字钢组合而成。斜拉带采用2根22#槽钢组合而成。主桁架的拼接采用16锰结点钢板配合钢销连接，钢销采用直径120mm45#钢销，在主桁架销孔处工字钢和槽钢受力处全部采用帮焊16锰A2钢板，钢板大小为180mm18

6、0mm厚度20mm。底篮设置12根纵梁，纵梁采用两32#槽钢背靠背对焊而成。挂篮前吊带采用精轧螺纹钢10根其中箱梁底部6根，翼缘板4根。后锚采用8根精轧螺纹钢筋。挂篮加工完毕后全部焊缝进行无破损检测。挂篮共重70t，其中主桁系统18t，行走系统10t，底篮15.3t，提升系统10.7t（前提升4.6t，后提升6.1t）外模12t，内模2.5t，张拉操作平台1.5t。箱梁最重的块为2#块135.56t，挂篮质量和箱梁块段重量之比（挂篮工作系数）：70/135.56=0.52 第二章 挂篮结构复核验算1 设计工况及荷载组合 通过对挂篮施工过程进行分析得出挂篮的设计工况如下： 工况一：浇筑2#块 荷

7、载组合为：混凝土自重+人群机具荷载+挂篮自重+模板自重； 工况二：挂篮行走 荷载组合为：挂篮自重+人群机具荷载+模板自重2 荷载取值 超载系数为：K1=1.05；混凝土浇筑时的动力系数：K2=1.2;挂篮行走冲击系数：K3=1.3；人群机具荷载为J=2.5 KPa；内外模板自重为M=15t；箱梁2#块砼重量1355.6KN，其自重荷载在顺桥向方向成均匀分布，在横桥向方向成非均匀分布，具体见分布图面积a由4根纵梁均分，面积b由8根加强纵梁均分，面积c由4根纵梁均分。3 挂篮结构计算3.1主桁架计算3.1.1荷载统计箱梁2#块共重135.56t，挂篮主桁系统18t底篮重15.3t，提升系统重10.

8、7t，侧模重12t，内模重2.5t，张拉平台重1.5t。人群机械荷载为2.5KPa，箱梁底模尺寸为3m8m则人群机械荷载为2.54.58=90KN。箱梁混凝土浇筑考虑1.05的超方系数。一侧挂篮系统有两个挂篮桁架组成，而且以上荷载总重由箱梁前端和挂篮桁架前端两者各承担一半，则挂篮单侧桁架前端所承受荷载为： G=(135.561.05+15.3+10.7+12+9+2.5+9)2+1.5210=509.6KN3.1.2 挂篮主桁架强度验算根据清华大学开发的结构力学求解器程序建立三角挂篮体系受力计算模型如下：挂篮斜拉杆和主梁采用销轴连接，所以在计算总都采用铰接计算。以上计算单元受力为受集中荷载，集

9、中荷载受力点为6#结点，挂篮在工况一情况下受力简图为： N=509600 N在工况一情况下挂篮个杆件内部受力详见下图：挂篮个杆件截面特性为： 主梁： W=1085.72=2171.4cm3=2171.4103 mm3 I=217142=43428cm4=43428104 mm4 E=2.1105 MPa A=86.07 2=172.14cm2=17214mm2立柱： W=469.42=938.8cm3=938.8103 mm3 I=7510.62=15021.2cm4=15021.2104 mm4 E=2.1105 MPa A=48.52=97cm2=9700mm2斜拉带： W=233.82=

10、467.6cm3=467.6103 mm3 I=2571.32=5142.6cm4=5142.6104 mm4 E=2.1105 MPaA=36.242=72.48cm2=7248mm2通过结构力学求解器计算挂篮各杆内力见下图：根据上图各杆件内力为： N主梁=557954.71N N立柱=1014219.65NN斜带=763087.12N根据以上各杆件截面积计算杆件内部应力： ：杆件内部应力；N：杆件轴心压（拉）力；A：杆件截面积；：轴心受压构件的纵向弯曲系数，根据各杆件长细比查路桥施工计算手册 得主桁架个杆件纵向弯曲系数为0.9经过计算个杆件的内部应力为： 主梁=557954.7117214

11、=36MPaw=140 MPa, 立柱=1014219.659700=116.2MPaw=140 MPa,斜带=763087.128420=117MPaw=140 MPa,经过以上验算，挂篮主桁架强度满足施工需要，结构安全。3.1.3 挂篮主桁架刚度验算 根据结构力学求解器计算得到，在挂篮最大荷载下即工况一，挂篮个杆件杆端位移，见下图：根据计算，各杆端位移值见下表-1。 表-1挂篮主桁架位移计算表杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角- 1 0.00000000 -0.07580751 0.0

12、0007581 0.00000000 0.00000000 0.00007581 2 0.00000000 0.00000000 0.00007581 0.01154999 0.01383765 -0.00001324 3 0.01154999 0.01383765 -0.00001324 0.00000000 0.00000000 -0.00002285 4 0.00000000 0.00000000 -0.00002285 -0.34649981 0.00000000 -0.00114576 5 -0.34649981 0.00000000 -0.00114576 -0.74008435

13、-14.2248432 -0.00361090 6 -0.74008435 -14.2248432 -0.00361090 -0.74008435 -16.3913819 -0.00361090 7 -0.74008435 -14.2248432 -0.00197855 6.01717862 -2.24054415 -0.00197855 8 6.01717862 -2.24054415 -0.00087425 0.01154999 0.01383765 -0.00087425 9 6.01717862 -2.24054415 -0.00154835 -0.34649981 0.0000000

14、0 -0.00114576-根据上表挂篮前端最大位移为16.4mm，挂篮前上横梁吊带处位移为14.22mm小于规范允许值20mm。所以主桁架结构安全。3.2挂篮纵梁验算3.2.1 挂篮纵梁强度验算 根据清华大学结构力学求解器建立底篮纵梁计算模型，底篮纵梁长6.0m，2#块长3.0m。纵梁计算模型如下： 底篮纵梁按照连续梁进行验算，荷载加载范围3.0m。纵梁按照荷载的分布可以分为三种：纵梁a，数量4根承担翼缘板重量；纵梁b，数量8根承担腹板重量；纵梁c，数量4根承担顶板和底板重量。根据箱梁断面形式计算以上箱梁荷载断面图中各部分荷载重量为：a=67.548KN/m、b=244.452KN/m、c=

15、143.65KN/m其中a由4根纵梁承担，b由8根纵梁承担，c各由4根纵梁承担则各纵梁所受荷载为：qa =16.887KN/m; qb =30.557KN/m; qc =35.913KN/m; 纵梁验算荷载考虑砼浇筑冲击和振捣荷载q1=5.0KN/m2和模板和施工荷载q1=8.75KN/m2，砼浇筑冲击荷载和底篮和施工机械荷载平均分配在底模10根纵梁上，经过计算的每条纵梁上混凝土冲击荷载和施工荷载q=（5.0+8.75）68106=11KN/m按照最大荷载进行验算即q=35.913+11=46.913 KN/m 。纵梁采用两根32#槽钢，其截面特征为:纵梁： W=469.42=938.8cm3

16、=844.4103 mm3 I=7510.62=15021.2cm4=15021.2104 mm4 E=2.1105 MPa A=48.52=97cm2=9700mm2纵梁受力简图如下： q=46.913/mm纵梁弯矩图为：纵梁剪力图如下：根据以上计算得纵梁承受最大弯矩M=120759581.18 Nmm=120.76 KNm最大剪力N=85547.24N=85.547KN，根据以上纵梁的截面特征计算纵梁的内部应力为： :纵梁内部抗拉应力；M：纵梁所受最大弯矩；W:纵梁截面抵抗距； :纵梁内部抗剪应力；N：纵梁所受最大剪力；A:纵梁截面面积；经过计算纵梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为：=128.

17、63MPa140MPa 、 =8.885MPa。所以底篮纵梁强度符合施工要求。3.2.2底篮纵梁刚度验算 根据以上统计底篮纵梁最大荷载为q=46.913KN/m，用清华大学结构求解器计算底篮纵梁挠度。纵梁的截面特征如下：W=469.42=938.8cm3=938.8103 mm3 I=7510.62=15021.2cm4=15021.2104 mm4 E=2.1105 MPa A=48.52=97cm2=9700mm2底篮纵梁挠度如下图：底篮纵梁各点挠度见下表：表-2位移计算杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v

18、 -竖直位移 -转角- 1 0.00000000 1.91870142 -0.00639567 0.00000000 0.00000000 -0.00639567 2 0.00000000 0.00000000 -0.00639567 0.00000000 -3.14133684 -0.00605668 3 0.00000000 -3.14133684 -0.00605668 0.00000000 -8.02502576 0.00352261 4 0.00000000 -8.02502576 0.00352261 0.00000000 0.00000000 0.00576216 5 0.000

19、00000 0.00000000 0.00576216 0.00000000 3.45729307 0.00576216-根据上表纵梁最大位移为8.025mmL/500=6000/500=12mm。所以底篮纵梁的刚度符合施工要求。3.3 挂蓝上横梁验算3.3.1 前上横梁强度验算 根据挂篮设计前上横梁采用2根45工字钢组成，梁长1510cm。挂篮共设置10道吊带。其中吊带按照荷载的分布可以分为三种：吊带a，数量4根承担翼缘板重量；吊带b，数量4根承担腹板重量；吊带c，数量2根承担顶板和底板重量。根据箱梁断面形式计算以上箱梁荷载断面图中各部分荷载重量为：a=67.548KN/m、b=244.45

20、2KN/m、c=143.65KN/m荷载加载长度为悬浇梁段长度为3m，则箱梁混凝土施加到前横梁上的集中荷载Fa=67.54832=101.322 KN、Fb=244.45232=366.678 KN、Fc=143.6532=215.475 KN。根据挂篮底篮各部分重量：15.3t，提升系统10.7t（前提升4.6t，后提升6.1t）外模12t，内模2.5t，张拉操作平台1.5t。以及混凝土冲击振捣荷载2.0KN/m2和人员机械荷载2.0KN/m2则施加到每条吊带上的施工荷载F施=（15.3+4.6+12+2.5+1.5+0.438）2810=28.4，则个吊带所承受的荷载为F1=101.322

21、4+28.4=53.731KN、F2=244.4524+28.4=89.513KN、F3=215.4752+28.4=136.138KN。根据挂篮前横梁个吊带布置位置用结构力学求解器建立计算模型，前横梁按照连续梁进行验算。计算模型如下： F1 F1 F2 F2 F3 F3 F2 F2 F1 F1 前上横梁由2根45工字钢组成，其截面特征为：W=1432.92=2865.8cm3=2865.8103 mm3 I=322412=64482cm4=64482104 mm4 E=2.1105 MPa A=102.42=204.8cm2=20480mm2根据结构力学求解器计算，前横梁在荷载作用下弯矩和剪

22、力图如下： 前上横梁弯矩图：前上横梁剪力图：通过以上计算得前上横梁内部最大弯矩为：Mmax=359957100Nmm=359.971KNm最大剪力为：Nmax=225651.0N=225.651KN。根据以上前上横梁梁的截面特征计算纵梁的内部应力为： :前上横梁内部抗拉应力；M：前上横梁所受最大弯矩；W: 前上横梁截面抵抗距； :前上横梁内部抗剪应力；N：前上横梁所受最大剪力；A: 前上横梁截面面积；经过计算前上横梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为：=126MPa140MPa 、 =11.085MPa。所以前横梁强度符合施工要求。3.3.2前上横梁刚度验算 根据前上横梁强度验算中统计荷载用结构力学

23、求解器计算前横梁跨中最大挠度，则前上横梁挠度曲线图如下：各杆端位移如下表-3表-3前上横梁杆端位移计算杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角- 1 0.00000000 -13.0231981 0.00455526 0.00000000 -3.52715691 0.00355087 2 0.00000000 -3.52715691 0.00355087 0.00000000 -2.50564272 0.00324732 3 0.00000000 -2.50564272 0.00324732 0

24、.00000000 0.00000000 0.00125804 4 0.00000000 0.00000000 0.00125804 0.00000000 0.23373532 -0.00051531 5 0.00000000 0.23373532 -0.00051531 0.00000000 -1.60671670 -0.00065490 6 0.00000000 -1.60671670 -0.00065490 0.00000000 -1.60671670 0.00065490 7 0.00000000 -1.60671670 0.00065490 0.00000000 0.23373532

25、 0.00051531 8 0.00000000 0.23373532 0.00051531 0.00000000 0.00000000 -0.00125804 9 0.00000000 0.00000000 -0.00125804 0.00000000 -2.50564272 -0.00324732 10 0.00000000 -2.50564272 -0.00324732 0.00000000 -3.52715691 -0.00355087 11 0.00000000 -3.52715691 -0.00355087 0.00000000 -13.0231981 -0.00455526 12

26、 0.00000000 -14.3897759 0.00455526 0.00000000 -13.0231981 0.00455526 13 0.00000000 -13.0231981 -0.00455526 0.00000000 -14.3897759 -0.00455526-根据上表数据前横梁最大挠度为14.389mmL/500=30.2mm。所以前横梁刚度符合要求。所以挂篮上横梁强度刚度满足要求结构安全。3.4前下横梁验算3.4.1前下横梁强度验算 根据挂篮设计，挂篮前下横梁采用6根吊带悬挂，下横梁上布置12根纵梁承受箱梁腹板、底板和顶板荷载。根据挂篮验算中底篮纵梁验算的荷载统计，底

27、篮腹板纵梁b梁端荷载Fb=qbL2=41.55732=62.336KN、底版纵梁c梁端荷载为Fc= qcL2=46.91332=70.37KN。则底篮下前横梁受力简图如下： Fb Fb Fb Fb Fc Fc Fc Fc Fb Fb Fb Fb挂篮底下横梁采用2根40工字钢拼接而成，其截面特征系数为：W=1085.72=2171.4cm3=2171.4103 mm3 I=217142=43428cm4=43428104 mm4 E=2.1105 MPa A=86.072=172.14cm2=17214mm2根据以上荷载用结构力学求解器计算底篮下前横梁弯矩、剪力图如下：底篮下前横梁弯矩图：底篮下

28、前横梁剪力图：根据以上下前横梁弯矩和剪力计算图得在最大荷载下横梁最大弯矩和最大剪力为：Mmax=42353350.92Nmm=42.353KNm，Nmax=128706.28N=128.706KN。根据横梁截面特征数据计算横梁内部应力为： :前下横梁内部抗拉应力；M：前下横梁所受最大弯矩；W: 前下横梁截面抵抗距； :前下横梁内部抗剪应力；N：前下横梁所受最大剪力；A: 前下横梁截面面积；经过计算前下横梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为：=19.5MPa140MPa 、 =7.4885MPa。所以前下横梁强度符合施工要求。3.4.1前下横梁刚度验算根据以上荷载通过结构力学求解器计算横梁在荷载作用下

29、横梁挠度，前下横梁挠度曲线如下图：各杆端位移见下表-4表-4前下横梁位移计算表杆端位移值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角- 1 0.00000000 0.78529550 -0.00027554 0.00000000 0.00000000 -0.00027554 2 0.00000000 0.00000000 -0.00027554 0.00000000 -0.15450671 -0.00011109 3 0.00000000 -0.15450671 -0.00011109 0.00000000 -

30、0.15762677 0.00009565 4 0.00000000 -0.15762677 0.00009565 0.00000000 -0.08073027 0.00022032 5 0.00000000 -0.08073027 0.00022032 0.00000000 0.00000000 0.00014382 6 0.00000000 0.00000000 0.00014382 0.00000000 0.00660735 0.00012100 7 0.00000000 0.00660735 0.00012100 0.00000000 0.00221911 -0.00002916 8

31、0.00000000 0.00221911 -0.00002916 0.00000000 0.00000000 -0.00001220 9 0.00000000 0.00000000 -0.00001220 0.00000000 -0.00290786 -0.00001810 10 0.00000000 -0.00290786 -0.00001810 0.00000000 -0.00290786 0.00001810 11 0.00000000 -0.00290786 0.00001810 0.00000000 0.00000000 0.00001220 12 0.00000000 0.000

32、00000 0.00001220 0.00000000 0.00221911 0.00002916 13 0.00000000 0.00221911 0.00002916 0.00000000 0.00660735 -0.00012100 14 0.00000000 0.00660735 -0.00012100 0.00000000 0.00000000 -0.00014382 15 0.00000000 0.00000000 -0.00014382 0.00000000 -0.08073027 -0.00022032 16 0.00000000 -0.08073027 -0.00022032

33、 0.00000000 -0.15762677 -0.00009565 17 0.00000000 -0.15762677 -0.00009565 0.00000000 -0.15450671 0.00011109 18 0.00000000 -0.15450671 0.00011109 0.00000000 0.00000000 0.00027554 19 0.00000000 0.00000000 0.00027554 0.00000000 0.78529550 0.00027554根据上表数据前横梁最大挠度为0.785mmL/500=30.2mm。所以前下横梁刚度符合要求。 根据以上计算

34、由于前下横梁，和后下横梁所有材料和受力结构相同所以后下横梁计算同前下横梁。所以挂篮下横梁强度刚度满足要求结构安全。3.5 挂篮主桁架连接处局部应力验算3.5.1连接钢销抗剪应力验算根据挂篮设计挂篮斜拉带和主梁之间全部采用销结，全部销子采用45#钢并作热处理。全部销子作100%探伤，销子直径为120mm。在挂篮主桁架中最大拉（压）力在桁架立柱中产生为N=1014219.65N。因为销子主要承受剪切应力，所以在对所有销子剪切应力进行验算按照桁架内最大压力进行验算。销子的最大剪切应力为：:销子内部抗剪应力；N：桁架内销子所受最大剪力；A: 销子截面面积为A=11304mm2经过计算销子最大剪切应力为

35、： =89.7 MPa125MPa。所以主桁架销结处钢销抗剪应力强度符合施工要求。3.5.2挂篮主桁架连接处局部应力验算根据挂篮设计挂篮主桁架连接处，桁架销结处帮焊16Mn钢板厚度20mm，钢板大小180mm180mm，与挂篮主桁架满焊焊缝厚度15mm，焊缝做探伤处理。主桁局部连接处外侧设置厚度20mm的结点连接钢板（具体尺寸详见挂篮结点构造图）。对挂篮主桁架销结处进行局部压应力验算，在挂篮主桁架中最大拉（压）力在桁架立柱中产生为N=1014219.65N。承压面积S为16Mn钢板开孔内部表面积，由于钢板开孔大小为123mm，则桁架承压面积 S=1232022=9840mm则钢板内部应力为：=

36、1014219.659840=103.1MPa200MPa:极限状态下挂篮主桁架销结处内部拉应力；N：挂篮主桁架内部最大拉（压）力；W: 销结处受力截面积；3.5.3结论 根据以上计算挂篮主桁架连接处局部应力满足施工需要，结构安全。3.6 主梁与上横梁连接处局部应力验算根据挂篮设计主梁采用2根40工字钢拼接而成，前上横梁由2根40工字钢拼接而成。根据国标型钢标准40工字钢，45工字钢背宽分别为142mm，150mm。主梁和上横梁在主要受力部位设置加劲肋进行局部加强，详后附（挂篮主梁构造图）则主梁前端局部承压面积为： S=1421502=42600mm2 根据以上验算，主梁前端最大压力N=443.65KN，则主梁前端局部压应力为： =433.65100042600=10.18MPa140 MPa:前下横梁内部抗拉应力；N：前下横梁所受最大压力；