菱形掛籃計(jì)算書(shū)

菱形掛籃工程1、工程概況采用菱形掛籃進(jìn)行懸臂澆筑，由主桁系統(tǒng)、懸吊行走系統(tǒng)和模板系統(tǒng)（含底模平臺(tái)）三部分組成。其中，主桁系包括主桁架、橫聯(lián)、前橫梁、后橫梁和大梁錨固系統(tǒng)等部分；樁和橫聯(lián)采用型鋼和鋼板的組合結(jié)構(gòu)，前橫梁、后橫梁采用型鋼組拼。懸吊行走系統(tǒng)包括外?？v梁、內(nèi)模滑梁、吊帶、前下橫梁和后下橫梁等部分；外?？v梁、內(nèi)?；?、前下橫梁和后下橫梁等采用型鋼組拼，所有吊帶均采用PSB83032鋼吊帶（計(jì)算發(fā)現(xiàn)后下橫梁中間兩根吊帶需采用40）。模板系統(tǒng)包括外模、內(nèi)模和底模（含底模平臺(tái)）三個(gè)部分；外模、底模均采用大塊組合鋼板，內(nèi)模為組合鋼模；內(nèi)外模桁架采用型鋼組拼；底模平臺(tái)縱橫梁均采用型鋼組拼。綜合其余節(jié)段的長(zhǎng)度與截面形式，最終選取1#塊與5#塊作為計(jì)算截面。具體的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。圖1 掛籃總體布置圖（單位：mm）圖2 掛籃側(cè)面圖（單位：mm）1.1 主桁主桁為三角桁片，由立柱、軌道橫梁、斜拉帶組成，每個(gè)掛籃有二片三角組合梁，兩片組合梁支架由桁架連接形成整體，立柱與主梁之間采用絞接。主桁與立柱由2根32b槽鋼加工而成。前后斜桿為2根32b槽鋼加工而成。立柱橫聯(lián)采用由桁片連接的形式。1.2 底籃底籃由前下橫梁、后下橫梁、縱梁等組成。（1）前下橫梁：底籃前橫梁采用雙拼I32b工字鋼，前橫梁長(zhǎng)13.25m；（2）后下橫梁：底籃后橫梁采用雙拼I32b工字鋼，后橫梁長(zhǎng)13.25m；（3）縱梁：底籃箱梁底部縱梁由雙拼32b槽鋼加工而成，長(zhǎng)5.5m；1.3 懸吊系統(tǒng)懸吊系統(tǒng)包括上前橫梁、內(nèi)、外模板滑梁和吊桿，上前橫梁為型鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)吊桿及鉸座與底欄連接。內(nèi)、外模板滑梁也為型鋼結(jié)構(gòu)，通過(guò)吊桿與上前橫梁及已澆筑混凝土箱梁連接。（1）前上橫梁：前上橫梁為雙拼I40b工字鋼，長(zhǎng)13.25m。（2）滑梁：內(nèi)滑梁采用雙拼32b槽鋼，長(zhǎng)10.5m；外滑梁采用雙拼I32b工字鋼，長(zhǎng)10.5m。（3） 吊桿均采用直徑為PSB83032精軋螺紋鋼。1.4 錨固系統(tǒng)掛籃后錨由錨固梁、錨桿組成，上端通過(guò)錨固梁錨于主梁尾部，下端通過(guò)精軋螺紋鋼筋和連接器錨于箱梁上。初步擬定單片掛籃主桁的后錨共設(shè)6根32精軋螺紋鋼。1.5 行走系統(tǒng)行走系統(tǒng)由滑輪、牽引千斤頂、導(dǎo)鏈葫蘆等構(gòu)成。整個(gè)掛籃移動(dòng)時(shí)主桁、側(cè)模、內(nèi)模和底模共同行走。主桁架行走采用2組滑輪安放在前后支點(diǎn)上，后錨扁擔(dān)梁隨主桁的移動(dòng)交替錨固到預(yù)埋的精軋螺紋鋼上，主桁的前進(jìn)依靠導(dǎo)鏈葫蘆牽引前進(jìn)。每片主桁架安裝4根后錨扁擔(dān)梁。掛籃走行時(shí)反扣輪錨固。1.6 模板系統(tǒng)模板采用吊掛式，由內(nèi)、外模板組成。內(nèi)模：由加工的大塊鋼板模與桁架組成。頂板由鋼模、槽鋼和木條、木楔形成桁架，內(nèi)頂模板通過(guò)鉤頭螺栓連接成整體；側(cè)板也由大塊鋼模組拼，槽鋼加勁，內(nèi)側(cè)模與頂模之間采用螺栓連接。外模：由型鋼和大塊平面鋼模板組成桁架式模板，翼緣懸臂模板和腹板焊接為一體，并采用斜撐加強(qiáng)。2、計(jì)算目標(biāo)本計(jì)算的計(jì)算目標(biāo)為：（1）確定澆筑時(shí)掛籃各部分的強(qiáng)度剛度能否滿足要求；（2）驗(yàn)算澆筑時(shí)掛籃的壓桿穩(wěn)定性；3、計(jì)算參數(shù)取值3.1 計(jì)算荷載3.1.1 荷載類(lèi)型及荷載分項(xiàng)系數(shù)表3-1 計(jì)算掛籃時(shí)的荷載大小及分項(xiàng)系數(shù)荷載名稱代號(hào)作用位置大小分項(xiàng)系數(shù)新澆混凝土荷載（各位置不同）P1全部1.2外側(cè)模板、支架自重（單側(cè)）P2外滑梁6.23kN/m1.2頂模板自重P3內(nèi)滑梁4.48kN/m1.2內(nèi)模自重P4底縱梁0.75kPa1.2底模自重P5底縱梁0.75kPa1.2施工荷載P6全部2kPa1.4人員荷載P7全部1kPa1.4掛籃各部分自重全部軟件自行生成1.2注：1、新澆混凝土容重根據(jù)上述規(guī)范表8-1，取配筋率2%時(shí)容重，為26kN/m3；2、 式中，根據(jù)廠家提供單外側(cè)模及支架重量37.4kN，由外滑梁與外導(dǎo)梁共同承擔(dān)，即 得到作用于外滑梁上荷載為18.7kN，除以節(jié)段長(zhǎng)度可得到均布荷載。同理，已知內(nèi) 模、底模及頂模重量，可計(jì)算出P3、P4 與P5.；3、 表1中所有荷載代號(hào)在本章節(jié)中均屬唯一。3.1.2 荷載效應(yīng)組合計(jì)算掛籃時(shí)的荷載效應(yīng)組合如表3-2所示：表3-2 計(jì)算掛籃時(shí)的荷載效應(yīng)組合類(lèi)別參與組合的荷載項(xiàng)驗(yàn)算強(qiáng)度驗(yàn)算剛度外滑梁P1 、P2 、P6 、P7P1 、P2 內(nèi)滑梁P3 、P6 、P7P3底縱梁P4 、P5 、P6 、P7P4 、P5 3.1.3 掛籃荷載由于每節(jié)段兩端截面不一致，所以須分別計(jì)算兩端截面荷載，中間按線性分布。以1#塊為例，將其前后截面分別定義為I與II截面?？紤]1.2倍預(yù)壓系數(shù)。圖3 截面定義（1） 內(nèi)滑梁荷載內(nèi)滑梁承受荷載如下圖所示：圖4 內(nèi)滑梁承受梁體荷載區(qū)域則單根內(nèi)滑梁承受該區(qū)域一半荷載。荷載如下圖所示： 圖5 內(nèi)滑梁荷載分布（單位：mm）則各節(jié)段內(nèi)滑梁荷載計(jì)算如下：表3 內(nèi)滑梁荷載計(jì)算節(jié)塊截面砼面積/m2砼自重q/kN/m施工荷載P6/kPa振搗荷載P7/kPa計(jì)算寬度b/m強(qiáng)度荷載kN/m剛度荷載kN/m1#I1.0226.52122.550.7940.82II1.0226.52122.550.7940.823#I1.0226.52122.550.7940.82II1.0226.52122.550.7940.82注：1、強(qiáng)度荷載=1.2q+1.4(P6+P7)b1.2； 2、剛度荷載=q+(P6+P7)b1.2。由于模板長(zhǎng)度固定，其以線性荷載作用于其上（圖6），荷載大小為P4。圖6 內(nèi)滑梁模板荷載分布（單位：mm）（2） 外滑梁荷載外滑梁承受荷載如下圖所示：、圖7 外滑梁承受梁體荷載區(qū)域則單根外滑梁承受一邊的荷載。荷載分布與內(nèi)滑梁一致。則各節(jié)段外滑梁荷載計(jì)算如下：表4 外滑梁荷載計(jì)算節(jié)塊截面砼面積/m2砼自重q/kN/m施工荷載P6/kPa振搗荷載P7/kPa計(jì)算寬度b/m強(qiáng)度荷載kN/m剛度荷載kN/m1#I1.1730.42122.958.4246.94II1.1730.42122.958.4246.943#I1.1730.42122.958.4246.94II1.1730.42122.958.4246.94注：1、強(qiáng)度荷載=1.2q+1.4(P6+P7)b1.2； 2、剛度荷載=q+(P6+P7)b1.2。外滑梁上模板荷載分布與內(nèi)滑梁一致，荷載大小為P2。 （3）底縱梁荷載外滑梁承受荷載如下圖所示：圖9 底縱梁承受梁體荷載區(qū)域底縱梁荷載分為腹板與底板位置兩種，分布形式與內(nèi)外滑梁一致。荷載計(jì)算如下：表5 底縱梁荷載計(jì)算節(jié)塊截面位置砼高/m砼自重P1/kPa模板自重P45/kPa施工荷載P6/kPa振搗荷載P7/kPa計(jì)算寬度b/m強(qiáng)度荷載/kN/m剛度荷載/kN/m1#I腹板4.853126.1760.75120.356.3446.77底板0.74319.3180.75120.723.7619.35II腹板4.441115.4660.75120.351.7242.92底板0.68117.7060.75120.722.1318.023#I腹板4.077106.0020.75120.347.6339.51底板0.62616.2760.75120.720.6916.82II腹板3.71296.5120.75120.343.5336.09底板0.57114.8460.75120.719.2515.62注：1、強(qiáng)度荷載=(1.2(P1+P45)+1.4(P6+P7)b1.2； 2、剛度荷載=(P1+P45+P6+P7)b1.2。為計(jì)算方便，底模荷載已直接代入計(jì)算中。3.2 驗(yàn)算指標(biāo)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003），Q235鋼的抗彎抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為125MPa。撓度驗(yàn)算懸臂段為L(zhǎng)/200，跨中為L(zhǎng)/400。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010），C50混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為23.1MPa。PSB830精軋螺紋鋼的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為770MPa。掛籃抗傾覆穩(wěn)定性需大于2。4、計(jì)算分析4.1 計(jì)算模型4.1.1 掛籃計(jì)算模型利用Midas6.0建立如下三維模型：圖10 模型消隱圖該模型共建立節(jié)點(diǎn)283個(gè)，單元264個(gè)，其中前上橫梁與弦桿、底縱梁與下橫梁、防護(hù)棚架縱橫梁均采用彈性連接中的剛性連接來(lái)模擬，內(nèi)滑梁、外滑梁與頂板翼緣板的連接，后下橫梁與底板的連接，均采用一般支撐（封閉6個(gè)自由度）來(lái)模擬，而豎桿與弦桿交接處的支撐則釋放x方向的平動(dòng)以及三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，最后澆筑混凝土?xí)r，掛籃后錨約束6個(gè)方向自由度來(lái)模擬。自重由軟件自動(dòng)形成，由于之前計(jì)算荷載的時(shí)候已經(jīng)考慮分項(xiàng)系數(shù)，所以此處與掛籃自重組合時(shí)只需考慮掛籃自重與模板自重的荷載分項(xiàng)系數(shù)（下圖11）。圖11 強(qiáng)度與剛度計(jì)算荷載組合4.1.2 掛籃承壓桿穩(wěn)定性計(jì)算根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-20035.1.2條穩(wěn)定性計(jì)算需滿足下面要求： （4-1）式中：A立桿橫截面積（m2）； 軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)，按長(zhǎng)細(xì)比查上述規(guī)范附錄C-2； f 鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。4.2 計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果分析4.2.1 澆筑混凝土?xí)r掛籃強(qiáng)度剛度（1）通過(guò)Midas6.0的計(jì)算，掛籃的強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如下所示： A 1#塊 B 3#塊圖12 掛籃軸應(yīng)力圖（單位：MPa） A 1#塊 B 3#塊圖13 掛籃剪應(yīng)力圖（單位：MPa） A 1#塊 B 3#塊 圖14 掛籃彎壓組合應(yīng)力圖（單位：MPa）從上面結(jié)果可以得到：（1） 軸應(yīng)力：最大軸應(yīng)力發(fā)生于主桁的豎桿與斜桿位置，為別為最大壓應(yīng)力與最大拉應(yīng)力，這與實(shí)際相符合，且最大值為129.44MPa215MPa，滿足要求； （2）剪應(yīng)力：最大剪應(yīng)力發(fā)生于前上橫梁處，最大值為62.98MPa125MPa，滿足要求；（3）彎壓組合應(yīng)力：最大彎曲應(yīng)力發(fā)生于內(nèi)外滑梁位置，因?yàn)閺暮奢d計(jì)算結(jié)果可知，該部位荷載較大，受彎作用明顯，結(jié)果與之相符，且大小為177.03MPa215MPa，滿足要求；（2）掛籃的變形如下圖所示： A 1#塊 B 3#塊圖15 主桁變形圖（單位：mm）掛籃主桁架最大變形值為18.55mm20mm(20mm為公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范17.5.1條中掛籃的允許最大變形，滿足要求。（3）前上橫梁變形如下圖所示： A 1#塊 B 3#塊圖16 前上橫梁變形圖（單位：mm）由于需扣除主桁架變形：則最大變形=25.01-18.55=6.46mm2，滿足要求。4.2.3 掛籃行走穩(wěn)定性計(jì)算掛籃行走時(shí),前端通過(guò)前吊桿將前下橫梁、內(nèi)滑梁、外滑梁、外導(dǎo)梁吊在前上橫梁上；后下橫梁通過(guò)吊桿吊在豎向平聯(lián)架上。內(nèi)滑梁、外滑梁、外導(dǎo)梁后端通過(guò)滾動(dòng)吊架吊在箱梁頂板上。內(nèi)滑梁支承頂板、外滑梁支承側(cè)模。行走時(shí)內(nèi)外滑梁均為一簡(jiǎn)支梁，隨掛籃的行走跨徑在不斷變化。 圖20 掛籃行走時(shí)模型簡(jiǎn)圖（注：與澆筑時(shí)模型相比，主要修改了內(nèi)外滑梁及外導(dǎo)梁的支撐位置及支撐類(lèi)型）可得出掛籃行走時(shí)主桁的支點(diǎn)反力圖（圖21）。圖21 主桁反力圖（單位：kN）根據(jù)上述計(jì)算，主桁后錨反力為165.1kN，前支點(diǎn)反力為312.9kN。由力的平衡原理可知掛籃前端作用力P=312.9-165.1=147.8kN，傾覆彎矩M傾=147.85.5=812.9KNm，走行時(shí)有2根PSB83032精軋螺紋鋼，其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為650MPa，斷面積為803.8mm2。則其抗傾覆力矩M抗=2803.86503.310-3=1724KNm。所以得到：行走時(shí)抗傾覆系數(shù)=M抗/M傾=1724/812.9=2.122，滿足要求。4.2.4 梁體混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算滑梁后吊點(diǎn)及后下橫梁均通過(guò)吊桿錨固在箱梁頂板或底板上，吊點(diǎn)與混凝土接觸面采用20620610mm鋼板墊片。由前述分析過(guò)程可知，在混凝土澆筑過(guò)程中橫梁吊桿所受拉力即為該處最大壓力。澆筑過(guò)程中吊桿拉力如下圖所示： A 1#塊 B 3#塊 圖15 吊桿軸力圖（單