某掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、一、工程概況二、設(shè)計(jì)概述1、設(shè)置參數(shù)：根據(jù)本橋荷載分部情況最大節(jié)段為1#塊，故掛籃設(shè)計(jì)按照1#塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，掛籃抗傾覆安全系數(shù)為2。永久荷載為1.2，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.4.2、結(jié)構(gòu)描述采用三角掛籃結(jié)構(gòu)形式，利用*掛籃進(jìn)行改裝使用，掛籃底模施工長(zhǎng)度考慮4m節(jié)段施工預(yù)留，端模板距離前吊帶水平距離0.9mm（實(shí)際施工會(huì)根據(jù)梁底坡度縮短），掛籃后下橫梁需要錨入前一個(gè)節(jié)段底板，考慮錨入點(diǎn)與新舊混凝土截面水平距離0.55m（實(shí)際施工會(huì)根據(jù)梁底坡度縮短）。掛籃采用三個(gè)桁片的結(jié)構(gòu)形式，分別作用于每個(gè)腹板寬度中點(diǎn)處。為了方便設(shè)計(jì)對(duì)掛籃各部分構(gòu)建進(jìn)行重量假設(shè)，底平臺(tái)及芯模為50t，上桁架假設(shè)50t，側(cè)模板假設(shè)2

2、0t?？傆?jì)120t。二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、底模設(shè)計(jì)根據(jù)混凝土荷載及掛籃底模自重進(jìn)行掛籃設(shè)計(jì)，已知1#塊1-1斷面混凝土荷載Q1=混凝土荷載1.2=928KN/m，Q2=混凝土荷載1.2=886KN/m，掛籃芯模底模自重線性荷載為Q低=110KN/m，根據(jù)結(jié)構(gòu)描述，掛籃底平臺(tái)縱向尺寸為5.45m，則掛籃底平臺(tái)縱向受力如圖：?jiǎn)挝? 集中荷載-kN 集中彎矩-kNm 其他荷載-kN/m剪力包絡(luò)圖單位: kN彎矩包絡(luò)圖單位: kNm根據(jù)受力分析，掛籃懸臂吊點(diǎn)受力為1645.21KN，錨入已完混凝土吊點(diǎn)力為2156.04KN，掛籃底模平臺(tái)縱梁最大剪力和為2156.21KN，最大彎矩為3285KN/m；根據(jù)以上

3、受力進(jìn)行掛籃前吊帶受力分析。已知*掛籃前吊帶為16040mm，的Q345鋼帶，扣除吊帶開孔50mm，則吊帶計(jì)算寬度為11040mm。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算得f=265Mpa，則需要n個(gè)吊帶，nAf=21645.21KN，則n=2.8，即3根就滿足要求。錨入已完混凝土吊點(diǎn)采用直徑32精軋螺紋鋼，已知精扎羅紋鋼抗拉強(qiáng)度為830Mpa，需要設(shè)n根精軋螺紋鋼，nAf=22156.21KN，則n=6.5。即7根滿足要求。掛籃底模平臺(tái)縱梁，*掛籃設(shè)計(jì)為窄翼緣H型鋼: HN350x175(2)窄翼緣H型鋼: HN350x175(2)鋼材牌號(hào): Q235鋼材強(qiáng)度折減系數(shù):1.00腹板厚度: tw = 7.00 m

4、m毛截面面積: A = 62.91cm2截面慣性矩: Ix = 12980.00cm4半截面面積矩: Sx = 420.42cm3回轉(zhuǎn)半徑: ix = 14.36cm iy = 3.95cm截面模量: Wx = 741.70cm3 Wy = 112.40cm3截面模量折減系數(shù): 0.95凈截面模量: Wnx = 704.62cm3 Wny = 106.78cm3f = 215.00N/mm2, fv = 125.00N/mm2進(jìn)行結(jié)構(gòu)斷面計(jì)算，設(shè)需要n根H鋼，則f=M/(NWn)=23285/（704.62n）1000215MPa；則：n43.3根，由于布置過密，無法實(shí)現(xiàn)腹板處加密處理，故無法

5、使用，考慮更換構(gòu)建。假設(shè)設(shè)置20根，則反算Wn值確定選型，Wn=23285/(21520)1000=1528 cm3選擇貼近此類型號(hào)的H型鋼：中翼緣H型鋼: HM400x300鋼材牌號(hào): Q235腹板厚度: tw = 10.00 mm毛截面面積: A = 133.25cm2截面慣性矩: Ix = 37363.00cm4半截面面積矩: Sx = 1057.81cm3回轉(zhuǎn)半徑: ix = 16.75cm iy = 7.35cm截面模量折減系數(shù): 0.95凈截面模量: Wnx = 1820.20cm3 Wny = 456.19cm3窄翼緣H型鋼: HN500x200(1)鋼材牌號(hào): Q235腹板厚度

6、: tw = 9.00 mm毛截面面積: A = 99.29cm2截面慣性矩: Ix = 39628.00cm4半截面面積矩: Sx = 917.83cm3回轉(zhuǎn)半徑: ix = 19.98cm iy = 4.31cm截面模量折減系數(shù): 0.95凈截面模量: Wnx = 1518.10cm3 Wny = 175.85cm3寬翼緣H型鋼: HW350x350(1)鋼材牌號(hào): Q235腹板厚度: tw = 13.00 mm毛截面面積: A = 133.27cm2截面慣性矩: Ix = 27352.00cm4半截面面積矩: Sx = 899.67cm3回轉(zhuǎn)半徑: ix = 14.33cm iy = 8

7、.39cm截面模量折減系數(shù): 0.95凈截面模量: Wnx = 1537.10cm3 Wny = 507.30cm3熱軋普通工字鋼: I50a鋼材牌號(hào): Q235腹板厚度: tw = 12.00 mm毛截面面積: A = 119.25cm2截面慣性矩: Ix = 46472.00cm4半截面面積矩: Sx = 1084.10cm3回轉(zhuǎn)半徑: ix = 19.74cm iy = 3.07cm截面模量折減系數(shù): 0.95凈截面模量: Wnx = 1765.95cm3 Wny = 134.90cm3熱軋普通槽鋼: 40a鋼材牌號(hào): Q235腹板厚度: tw = 10.50 mm毛截面面積: A =

8、75.04cm2截面慣性矩: Ix = 17577.70cm4半截面面積矩: Sx = 524.40cm3回轉(zhuǎn)半徑: ix = 15.30cm iy = 2.81cm截面模量折減系數(shù): 0.95凈截面模量: Wnx = 834.95cm3 Wnymin = 74.86cm3綜上所述選擇截面面積最小的窄翼緣H型鋼: HN500x200(1)后下橫梁設(shè)計(jì)，后下橫梁考慮利用*掛籃后下托梁設(shè)計(jì)，以1-1斷面為，建立計(jì)算模型如圖，得出得出各部分桿件彎矩和剪力的比例關(guān)系。剪力包絡(luò)圖彎矩包絡(luò)圖剪力絕對(duì)值為豎向支點(diǎn)力豎向支點(diǎn)力之和Nhxhl=掛籃底模平臺(tái)縱梁最大剪力和為2156.21KN（上節(jié)計(jì)算），2156

9、.21=K1（n1+n2+n3+n4+n5+n6）=K1（148.19+ 141.81+167.44+171.97+144.02+150.76）=924.18 K1,得出K1=2.333，則最大豎向支點(diǎn)力為N4=Kn4=171.972.333=401.2KN，單根32精扎羅紋錨固力為668.06KN，最大剪力滿足要求；但不滿足2倍安全系數(shù)，所以考慮在兩個(gè)箱室中心各增加1根精扎羅紋。則總體精扎羅紋為8根，修正上面計(jì)算7根的考慮。驗(yàn)算后下橫梁斷面為窄翼緣H型鋼: HN400x200(2)鋼材牌號(hào): Q235腹板厚度: tw = 8.00 mm毛截面面積: A = 83.37cm2截面慣性矩: Ix

10、 = 22775.00cm4半截面面積矩: Sx = 642.98cm3回轉(zhuǎn)半徑: ix = 16.53cm iy = 4.56cm截面模量: Wx = 1139.00cm3 Wy = 173.50cm3截面模量折減系數(shù): 0.95凈截面模量: Wnx = 1082.05cm3 Wny = 164.82cm3f = 215.00N/mm2, fv = 125.00N/mm2則在混凝土澆筑過程中后下橫梁最大彎矩Mmax=44.52K=103.86KNm，最大剪力Nmax=228.912KN，經(jīng)過計(jì)算均能滿足要求。在掛籃走行過程中同*掛籃滿足要求。前下橫梁設(shè)計(jì)，考慮利用*掛籃后下托梁設(shè)計(jì)，以2-2

11、斷面為計(jì)算模型，以2-2斷面為計(jì)算荷載，建立計(jì)算模型如圖，得出各部分桿件的彎矩和剪力關(guān)系。單位: 集中荷載-kN 集中彎矩-kNm 其他荷載-kN/m剪力包絡(luò)圖單位: kN彎矩包絡(luò)圖單位: kNm剪力絕對(duì)值為豎向支點(diǎn)力豎向支點(diǎn)力和Nqxhl=掛籃懸臂吊點(diǎn)受力為1645.21KN（上節(jié)計(jì)算），1645.21=K2（n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7+n8）=737.59 K2,得出K2=2.23，則最大豎向支點(diǎn)力為N8=K2n8=2.23118=263KN，單根32精扎羅紋錨固力為668.06KN，滿足要求。混凝土澆筑及走行狀態(tài)同后下橫梁不再進(jìn)行計(jì)算，滿足要求。前上橫梁設(shè)計(jì)斷面大于前下橫梁

12、不再進(jìn)行計(jì)算，滿足要求。2、桁架設(shè)計(jì)根據(jù)掛籃受力形式為吊點(diǎn)力傳遞給上部桁片，三個(gè)桁片的距離為5.275m，底模平臺(tái)受力通過吊帶傳遞給前上橫梁，前上橫梁傳遞給每個(gè)桁片。則可分析三個(gè)桁片受力情況；由于底模平臺(tái)對(duì)吊帶總體產(chǎn)生，掛籃懸臂吊點(diǎn)受力為1645.21KN。假設(shè)掛籃每個(gè)桁片受力為1#塊每個(gè)腹板處的支點(diǎn)反力，通過建立力學(xué)模型得：剪力包絡(luò)圖彎矩包絡(luò)圖斷面砼縱向每延米對(duì)下部結(jié)構(gòu)的力773.708KN跨中支點(diǎn)最大豎向力296.13KN邊支點(diǎn)最大豎向力234.38KN1=296.13/773.708=0.3832=234.38/773.708=0.303則中桁片受力為0.3831645.21=630KN

13、，邊桁片受力為0.3031645.21=498.5KN設(shè)計(jì)邊桁架需要498.5KN，設(shè)計(jì)中桁架需要630KN。根據(jù)最大桁架受力剪力模型如圖：得出ad弦桿受力為1105.19KN，ab弦桿受力為1020KN，bd桿受力為801KN，AC立柱受力為1390KN，分別驗(yàn)算對(duì)應(yīng)構(gòu)件。*掛籃前后弦桿采用20160Q345鋼制作，扣除開工50mm，其計(jì)算抗拉強(qiáng)度265Mpa，則FL=160265202=1696KN2875KN（邊桁片前后弦桿受力為中桁片受力的0.79倍，對(duì)應(yīng)桿件受力為中桁片受力的0.79倍得出后弦桿受力為11050.79=875KN），滿足要求，但是由于成品弦桿前后梁開孔，斷面削減50m

14、m，考慮補(bǔ)強(qiáng)該部分?jǐn)嗝妗？紤]在成品弦桿貼開孔處貼10mm鋼板，鋼板強(qiáng)度Q345，則鋼板尺寸為225通過計(jì)算的使用掛籃前吊帶改裝成前弦桿，前吊帶為40160，扣除吊帶開孔則吊帶則計(jì)算為2Fad=2040與2fA=2332KN比較，受力與安全系數(shù)積略小于截面拉力，則滿足要求，使用前吊帶改裝前弦桿。后吊帶計(jì)算相同。使用原掛籃吊帶改裝；*掛籃原中立柱為直徑203壁厚14mm的無縫鋼管無法滿足本橋梁掛籃要求，計(jì)劃將其更換，更換為*掛籃底模淘汰的窄翼緣H型鋼: HN350x175(2)四拼，兩兩疊放，兩組疊放。腹板方向同橋縱斷方向。驗(yàn)算其壓桿穩(wěn)定：根據(jù)計(jì)算已經(jīng)得出斜支撐受力為N1a=1466.43KN，長(zhǎng)

15、度為L(zhǎng)=5.44m，為2力桿，HN350x175窄翼緣H型鋼組合梁作為斜向支撐，采用排2根H型鋼組合。 窄翼緣H型鋼: N350x175(2) 毛截面面積: A = 62.91cm2 凈截面系數(shù): 0.90 凈截面面積: An = 56.62cm2 鋼材牌號(hào): Q235 兩主軸平面內(nèi)約束信息:x平面內(nèi)y平面內(nèi)構(gòu)件長(zhǎng)度l = 4.3m 頂端約束鉸接鉸接底端約束鉸接鉸接示意圖計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)mx = 1.00my = 1.00計(jì)算長(zhǎng)度l0x = 4.3ml0y = 4.3m回轉(zhuǎn)半徑ix = 17.5cmiy = 8.75cm強(qiáng)度決定的構(gòu)件承載力，構(gòu)件截面的最大厚度為 11.00mm, f = 215.

16、00N/mm2 N1 = 4 f An 4 = 4869kN lx = 25，ly = 50，得穩(wěn)定系數(shù)j1為0.953，j2為0.856，由于桁架縱向受力為x軸取j1， N1 = fj1A =4640kN，N12Fc=2780KN。N2 = fj2A =4168kN為中桁架在走行狀態(tài)吊裝底模系統(tǒng)受力，即立柱y軸受力。驗(yàn)算bd下弦桿，取cd段為自由長(zhǎng)度兩端鉸接考慮，驗(yàn)算*掛籃下弦桿計(jì)算模型如下： 窄翼緣H型鋼: HN400x200(2) 毛截面面積: A = 83.37cm2 凈截面系數(shù): 0.90 凈截面面積: An = 75.03cm2 鋼材牌號(hào): Q235x平面內(nèi)y平面內(nèi)構(gòu)件長(zhǎng)度l =

17、5.47m 頂端約束鉸接鉸接底端約束鉸接鉸接示意圖計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)mx = 1.00my = 1.00計(jì)算長(zhǎng)度l0x = 5.47ml0y = 5.47m回轉(zhuǎn)半徑ix = 16.53cmiy = 4.56cm 受力狀態(tài): 軸心受壓強(qiáng)度決定的構(gòu)件承載力，f = 215.00N/mm2 N1 = 1.00 f An = 1613.21kN lx = 33.09 ly = 119.96得穩(wěn)定系數(shù)j為0.437 N2 = 1.00fjA = 1.00 215.00 0.437 83.37 102 10-3 = 783.33kN 局部穩(wěn)定 翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比: = (10 + 0.1100.

18、00)= 20.00，式中, l-兩主軸方向長(zhǎng)細(xì)比的較大值; 當(dāng)l 100 時(shí)，取l = 100. 翼緣穩(wěn)定滿足。腹板凈高h(yuǎn)0與其厚度tw之比: = (25 + 0.5100.00)= 75.00 l-兩主軸方向長(zhǎng)細(xì)比的較大值; 當(dāng)l 100 時(shí)，取l = 100. 腹板穩(wěn)定滿足，單個(gè)構(gòu)件承載力為 783.33kN，取2支且結(jié)構(gòu)斷面加強(qiáng)y軸方向回轉(zhuǎn)半徑加大l變大，滿足本橋要求掛籃要求，在掛籃改造過程中需要購(gòu)置一部分窄翼緣H型鋼: HN400x200(2)用于材料下弦桿加長(zhǎng)改造。反吊精扎羅紋驗(yàn)算，單個(gè)桁片后錨力為Fb=760.37KN，考慮2倍的安全系數(shù)2Fb=1520.74KN，選用830Mpa直徑32mm精扎羅紋鋼筋錨固，計(jì)算需要2.3根精扎羅紋，對(duì)稱取4根，即每個(gè)桁片后錨需要4根32mm精扎羅紋。中桁架設(shè)計(jì)：中桁架考慮使用原掛籃底托下來的HN350x175(2)作為中桁架設(shè)計(jì)桿件，由于中桁架主要承擔(dān)掛籃走行過程中底模和側(cè)模總量，側(cè)膜和底模重量假定為G=700KN，假設(shè)為簡(jiǎn)支梁，型心位于底模平臺(tái)縱向中心位置，則掛籃走行過程中前面2吊點(diǎn)承擔(dān)重量=中桁架2個(gè)吊點(diǎn)重量，單個(gè)吊點(diǎn)承擔(dān)重量為1/4G，考