三角形挂篮悬臂浇筑桥结构设计复核检算书.doc

1、.新建铁路兰州至重庆线广元至重庆段YDHK789+365.73朝阳嘉陵江右线大桥（96+176+88）m连续梁三角形挂篮悬臂浇筑桥结构设计复核检算书石家庄铁道大学一、检算说明：新建铁路兰州至重庆线广元至重庆段朝阳嘉陵江右线大桥（96+176+88）m连续梁采用挂篮悬臂浇筑施工，为确保该连续梁悬灌的安全可靠施工，该检算书主要针对挂篮的结构设计进行复核检算，以及对构造设计进行检查检算，以保证挂篮各结构部件均处于安全受力状态。二、工程概况： 新建铁路兰州至重庆线广元至重庆段朝阳嘉陵江右线大桥（96+176+88）m混凝土连续箱梁是单箱单室、变高度、变截面结构，箱梁顶宽8.5m，底宽7.0m。箱梁底按

2、二次抛物线变化，施工时挂篮底模是直线型，那么箱梁底板实际为折线模拟二次抛物线。0段处梁高12.4m，跨中及边跨直线现浇段均为6.2m。箱梁顶板厚0.61.0m，底板厚0.51.2m，腹板厚0.51.0m。该连续梁通过挂篮悬灌施工，0段长度为15m，其它施工节段长度分别为2.0m， 3.0m、3.5m和4m。各特征块段基本情况如下表1-1所示。表1-1 各特征梁段基本情况名称砼(m3)重量(吨)长度(m)高度(cm)底板厚(cm)腹板(cm)顶板(cm)1#块66.3175.72.0119210599602#块95.4252.83.0115910297607#块87.1230.83.594081

3、876010#块85.0225.34.0821697960上述几个节段均可能是挂篮某构件或连接设计的控制节段。三、挂篮受力机理：挂篮作为混凝土箱梁的浇注设备，由底模、侧模、内模、前悬吊、后悬吊、主构架、走行锚固等部分组成。1、首先箱梁的腹板和底板混凝土荷载作用在底模上，再通过底模纵梁传递给底模前后横梁；底模后横梁悬吊在后悬吊系统上，后悬吊系统是锚固于已成箱梁上的，因此也就将底模后横梁承受的荷载传递给已浇注完成的箱梁上；底模前横梁则悬吊在前悬吊系统上，前悬吊系统通过前上横梁将荷载传递给主构架。2、其次箱梁的顶板混凝土荷载作用在侧模和内模上，侧模和内模均是通过其吊梁悬挂在前上横梁和已浇注完成的混凝

4、土箱梁上；传递给前上横梁部分的荷载再传递给主构架。3、主构架承受前上横梁传来的荷载，再通过后锚系统及前支点传递到已浇注的混凝土箱梁上。挂篮无平衡重走行也是通过轨道锚固系统将抗倾覆反力传递给已浇注的混凝土箱梁。因此，挂篮所承受的所有荷载最后均传递到已浇注的混凝土箱梁上，挂篮设计中，应保证荷载的传递流畅、明确，保证挂篮的各承力部件具有足够的强度、刚度和稳定性。四、检算依据：1、新建铁路兰州至重庆线广元至重庆段朝阳嘉陵江右线大桥(96+176+88)m连续梁设计图；2、三角形挂篮设计图纸；3、铁路桥涵设计基本规范（TB 10002.1-2005）；4、铁路桥梁钢结构设计规范（TB 10002.2-2

5、005）；5、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）。6、其他相关设计资料。五、计算荷载：1、主要技术参数、 砼自重GC26.0kN/m3(设计图纸)；、钢弹性模量Es2.1105MPa；、材料容许应力：32精轧螺纹钢筋2、挂篮计算设计荷载及组合梁段的选择：因挂篮施工从1#块开始，所以根据梁段自重及梁段长度选择1#块、2#块、7#块及10#块作为挂篮计算荷载。荷载系数考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等因素的超载系数：1.05；浇筑混凝土时的动力系数：1.2；挂篮空载行走时的冲击系数1.3；、其它荷载施工机械、作业人群等施工荷载：2.5kN/m2。内模，底模及侧模重量按1.0kN/m2考虑、荷载

6、组合荷载组合：混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合：混凝土重量+超载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合：挂篮自重+冲击附加荷载；荷载组合用于主桁承重系统强度和稳定性计算；荷载用于刚度计算（稳定变形）计算；荷载组合用于挂篮系统行走计算。本检算书采用容许应力法，荷载的计算只是计算实际发生的荷载，而不再选择荷载系数。各号段两端头截面如下：六、底模检算：1、底模构成：底模分为底模纵向桁架、底模板、底模前横梁、底模后横梁等四个部分。2、计算模型：底模纵向桁架两端简支在前后横梁上；底模前后横梁则可以简化为连续梁，其支座可以假定为悬吊点的位置；对于底模板由于挂篮图纸上采用的是

7、钢模板，结构为纵横格体系，板为双向板，这种模式在多个挂篮上成功应用，不必进行检算。3、底模纵向桁架计算：底模纵向桁架如下图：(1)底模纵向桁架计算模型施工1号段底模纵向桁架计算模型 施工2号段底模纵向桁架计算模型施工7号段底模纵向桁架计算模型 施工10号段底模纵向桁架计算模型(2)杆件组合应力施工1号段时底模纵向桁架杆件组合应力施工2号段时底模纵向桁架杆件组合应力施工7号段时底模纵向桁架杆件组合应力施工10号段时底模纵向桁架杆件组合应力从图中可以看出，施工2号段时底模架杆件应力最大， (可以通过)(3)底模架变形：施工10号块时底模架变形最大，为5mm。(4)底模架对底模横梁的支反力：施工1号

8、段时底模纵向桁架对底模横梁的支反力(kN)施工2号段时底模纵向桁架对底模横梁的支反力(kN)施工7号段时底模纵向桁架对底模横梁的支反力(kN)施工10号段时底模纵向桁架对底模横梁的支反力(kN)从图中可以看出，施工2号段时控制后吊带及底模后横梁设计，施工10号段时控制前吊带、主构架及底模前横梁设计。4、底模前横梁计算：(1)计算模型将以上得到的底模桁架对横梁的支反力按集中荷载施加在横梁计算模型上。底模前横梁计算模型(kN)(2)竖向变形图：mm最大竖向挠度是1mm。(4)应力图：MPa最大应力33MPa140MPa (可以通过)(5)支点反力图：kN5、底模后横梁计算：(1)计算模型将以上得到

9、的底模桁架对横梁的支反力按集中荷载施加在横梁计算模型上。底模后横梁计算模型(kN)(2)竖向变形图：mm最大竖向挠度是1mm。(4)应力图：MPa最大应力41MPa140MPa (可以通过)(5)支点反力图：kN可以看出后悬吊的受力是488kN。七、吊带计算：悬吊设计图如下：箱梁内的吊带为36mm厚、宽160mm的Q345B钢板，销孔直径是52mm。吊带承受的竖向拉力最大为488kN。1、吊带净截面面积A：A36mm(160mm52mm)3888mm22、吊带净截面平均应力0：0488kN /3136mm2156MPa200MPa 可以通过3、孔壁承压应力：采用经验公式计算，钢销直径是52mm

10、，那么孔壁承压应力是：b488 kN /(52mm36mm)261MPa345MPa 满足要求4、钢销抗剪应力：钢销承受488 kN大小的荷载，从设计图上可以看出，钢销为双剪结构，因此钢销单剪受力大小是244 kN。使用50mm直径、材质为40Cr调质，完全能够满足要求。不必检算。5、扁担梁的计算：扁担梁材料两根22b槽钢组焊而成，两个螺旋千斤顶的距离是360mm；扁担梁中间开孔直径52mm，并在孔处腹板上补强16mm钢板，使孔壁处的厚度达到25mm，有利于孔壁承压，从上面的计算结果可以看出，孔壁承压在此没有问题，不必检算。(1)扁担梁计算模型：集中荷载488kN。(2)剪应力图：MPa剪应力

11、达到74MPa100MPa 满足要求。(3)组合应力图：MPa组合应力最大为95MPa140MPa 满足要求。从上面的计算可知：底模前吊带的受力小于底模后吊带的受力，经过检算底模后吊带的受力能够满足要求，那么前吊带也能满足要求，此处就不再检算。同样钢销及吊带的孔壁承压计算，以及扁担梁的计算也略。八、外侧模吊梁计算： 外侧模吊梁构造见下图：1、外侧模吊梁浇注混凝土梁工况计算：外侧模吊梁在浇注混凝土时，前后吊点距离是5m。吊梁承受由侧模桁架传来的6个集中荷载。外侧模吊梁是由16mm厚的钢板组焊而成的。 (1)模型简图：kN、m (2)竖向变形：mm最大竖向变形是4mm。(3)应力图：MPa最大组合

12、应力61MPa200MPa，可以通过。2、外侧模吊梁走行到位工况计算：侧模吊梁在走行到位时，前后吊点距离是9.8m。(1)模型简图：kN、m (2)竖向变形：mm最大竖向变形是20mm。(3)应力图：MPa最大组合应力86MPa200MPa，通过。九、内模滑梁计算：内模滑梁构造见下图：1、工况及荷载分析：内模板采用的是竖带扣组合钢模板体系，受力不存在问题，此处不进行检算。此处仅检算内模走行梁在走行到位工况和浇注混凝土工况下的受力状况。内模板系统的总重量是66kN，乘以横带及其他施工荷载系数1.25，计算总重量是82.5kN，那么单根走行梁承受的荷载是41.3kN。而内模板系统的重量是通过6个内

13、模托梁作用在内模走行梁上的，那么每个内模托梁作用在走行梁上的荷载是6.9kN。浇注混凝土梁时，混凝土梁的荷载是：3.6m21.126.5kN/m3105kN/m，那么单根走行梁承受的荷载是52.5kN/m，4m长的混凝土荷载，那么总荷载是210kN,作用在每个内模托梁上的支点荷载是35kN。3、走行梁的浇注混凝土梁工况计算： (1)计算模型简图：kN、m (2)竖向位移：mm最大竖向变形是9mm。(3)应力图：MPa最大应力是125MPa140MPa，可以通过。4、走行梁的走行到位工况计算： (1)计算模型简图：kN、m (2)竖向位移：mm最大竖向变形是10mm。(4)应力图：MPa最大应力

14、是42MPa140MPa，可以通过。十、前上横梁计算：下面对前上横梁进行检算：要检算前上横梁，首先必须明确前上横梁上的受力：除了底模前吊带以外，另外就是侧模和内模的吊杆作用，根据侧模和内模的计算结果，可以得出前横梁的受力模型。从设计图纸中可以看出，前上横梁是两根56b工字钢组成，重量是26.5kN，另外考虑到一部分千斤顶等施工荷载，乘以1.3的荷载系数后得34.5kN，前上横梁长度是9.1m，那么其均布荷载是3.8kN/m。进行结构计算时用单根进行计算，荷载选取一半。(1)模型简图：kN、m(2)支点反力：kN支点反力是834kN，也就是说主构架前端承受的荷载是834kN。(3)竖向位移：m最

15、大竖向位移是12mm。(4)应力图：MPa最大应力是127MPa140MPa，满足要求。十一、主构架计算：主构架是挂篮的主要受力构件，处于挂篮结构的核心位置，因此主构架的可靠性直接决定挂篮施工的可靠性，这就要求主构架具有足够的强度、刚度和稳定性。1、结构组成：从挂篮主构架的结构侧面图可以看出，挂篮主构架为三角形形结构，各杆件之间是螺栓连接。2、结构计算：(1)模型简图：kN、m(2)支点反力：kN前支点反力是1668kN，后锚点需要锚固力834kN。(3)竖向位移：mm前点竖向位移为15mm。 (4)杆件应力图：MPa从应力图中可以看出，各杆件的应力均小于140MPa，但是受压杆件需要进行压杆

16、稳定检算，两根受拉杆件受力没有问题。受压杆件中AC杆件的压应力为102MPa，杆件长度为2720mm。杆件截面是230b槽钢。查表得：0.9AC杆件的轴心受压稳定折减后应力是：102MPa/0.9113MPa ，满足要求。十二、锚固计算：后锚是挂篮在整个施工过程中至关重要的受力环节，是保证挂篮安全施工的重要措施，后锚的安全度大小直接决定了挂篮施工的安全度大小，因此后锚历来被设计者所重视，需要有足够的安全系数，一般大于2.5。从主构架的计算结果可知，主构架后锚力大小是834kN。从设计图中可以看出，后锚是用六根后锚扁担通过六根32的精扎螺纹钢锚固在走行轨道上的，而走行轨道则是通过混凝土梁的竖向预应力筋锚固在箱梁上，连接构造图示如下：1、后锚扁担计算：后锚扁担承受所有后锚荷载的力，总计834kN，上下各三根后锚扁担，平均每根承受834/3278kN，乘以1.3的不均匀系数得361.4 kN。后锚扁担由两根14b工字钢并在上下翼缘焊接10mm钢板组焊而成。(1)模型简图：kN、m(2)应力图：MPa最大应力是138MPa140MPa，满足要求。2、后锚精轧螺纹钢计算：单根32精轧螺纹钢筋，后锚精轧螺纹钢承受的最大拉力为278/2=139kN。倾覆稳定系数：550/1393.962.0。满足要求！24