菱形掛籃計算書

1、1、工程概況采用菱形掛籃進行懸臂澆筑，由主桁系統(tǒng)、懸吊行走系統(tǒng)和模板系統(tǒng)（含底模平臺）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)?；?、吊帶、前下橫梁和后下橫梁等部分；外模縱梁、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）三個部分；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；底模平臺縱橫梁均采用型鋼組拼。綜合其余節(jié)段的長度與

2、截面形式，最終選取1#塊與5#塊作為計算截面。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5m；（2）后下橫梁：底籃后橫梁采用雙拼I32b工字5m；（3）縱梁：底籃箱梁底部縱梁由雙拼32b槽鋼加工而成，長5.5m；1.

3、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)，通過吊桿與上前橫梁及已澆筑混凝土箱梁連接。5m。（2）滑梁：內(nèi)滑梁采用雙拼32b槽鋼，長10.5m；外滑梁采用雙拼I32b工字鋼，長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，上端通過錨固梁錨于主梁尾部，下端通過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。整個掛籃移動時主桁、側(cè)模、內(nèi)模和底模共同行走。主桁架

4、行走采用2組滑輪安放在前后支點上，后錨扁擔(dān)梁隨主桁的移動交替錨固到預(yù)埋的精軋螺紋鋼上，主桁的前進依靠導(dǎo)鏈葫蘆牽引前進。每片主桁架安裝4根后錨扁擔(dān)梁。掛籃走行時反扣輪錨固。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。2、計算目標本計算的計算目標為：（1）確定澆筑時掛籃各部分的強度剛度能否滿足要求；（2）驗算澆筑時掛籃的壓桿穩(wěn)定性；3、計

5、算參數(shù)取值3.1 計算荷載3.1.1 荷載類型及荷載分項系數(shù)表3-1 計算掛籃時的荷載大小及分項系數(shù)荷載名稱代號作用位置大小分項系數(shù)新澆混凝土荷載（各位置不同）P1全部外側(cè)模板、支架自重（單側(cè)）P2外滑梁kN/m頂模板自重P3內(nèi)滑梁4.48kN/m內(nèi)模自重P4底縱梁0.75kPa底模自重P5底縱梁0.75kPa施工荷載P6全部2kPa人員荷載P7全部1kPa掛籃各部分自重全部軟件自行生成注：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，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kN，除以節(jié)段長度可得到

6、均布荷載。同理，已知內(nèi)模、底模及頂模重量，可計算出P3、P4 與P5.；3、 表1中所有荷載代號在本章節(jié)中均屬唯一。3.1.2 荷載效應(yīng)組合計算掛籃時的荷載效應(yīng)組合如表3-2所示：表3-2 計算掛籃時的荷載效應(yīng)組合類別參與組合的荷載項驗算強度驗算剛度外滑梁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。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)

7、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)滑梁荷載計算如下：表3 內(nèi)滑梁荷載計算節(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計算寬度b/m強度荷載kN/m剛度荷載kN/m1#I12II123#I12II12注：1、強度荷載=1.2×q+1.4×(P6+P7)； 2、剛度荷載=q+(P6+P7)。由于模板長度固定，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

8、邊的荷載。荷載分布與內(nèi)滑梁一致。則各節(jié)段外滑梁荷載計算如下：表4 外滑梁荷載計算節(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計算寬度b/m強度荷載kN/m剛度荷載kN/m1#I12II123#I12II12注：1、強度荷載=1.2×q+1.4×(P6+P7)； 2、剛度荷載=q+(P6+P7)。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。荷載計算如下：表5 底縱梁荷載計算節(jié)塊截面位置砼高/m砼自重P1/kPa

9、模板自重P45/kPa施工荷載P6/kPa振搗荷載P7/kPa計算寬度b/m強度荷載/kN/m剛度荷載/kN/m1#I腹板1120.3底板12II腹板120.3底板0.681123#I腹板120.3底板0.626112II腹板120.3底板0.571112注：1、強度荷載=(1.2×(P1+P45)+1.4×(P6+P7)； 2、剛度荷載=(P1+P45+P6+P7)。為計算方便，底模荷載已直接代入計算中。3.2 驗算指標根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003），Q235鋼的抗彎抗壓強度設(shè)計值為215MPa，抗剪強度設(shè)計值為125MPa。撓度驗算懸臂段為L/200，跨

10、中為L/400。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2010），C50混凝土的軸心抗壓強度設(shè)計值為23.1MPa。PSB830精軋螺紋鋼的抗拉強度設(shè)計值為770MPa。掛籃抗傾覆穩(wěn)定性需大于2。4、計算分析4.1 計算模型4.1.1 掛籃計算模型利用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283個，單元264個，其中前上橫梁與弦桿、底縱梁與下橫梁、防護棚架縱橫梁均采用彈性連接中的剛性連接來模擬，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個自由度）來模擬，而豎桿與弦桿交接處的支撐則釋放x方向的平動以及三個方向的轉(zhuǎn)動自由度，最后澆

11、筑混凝土?xí)r，掛籃后錨約束6個方向自由度來模擬。自重由軟件自動形成，由于之前計算荷載的時候已經(jīng)考慮分項系數(shù)，所以此處與掛籃自重組合時只需考慮掛籃自重與模板自重的荷載分項系數(shù)（下圖11）。圖11 強度與剛度計算荷載組合4.1.2 掛籃承壓桿穩(wěn)定性計算根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-20035.1.2條穩(wěn)定性計算需滿足下面要求：（4-1）式中：A立桿橫截面積（m2）； 軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)，按長細比查上述規(guī)范附錄C-2；f 鋼材強度設(shè)計值。4.2 計算過程及計算結(jié)果分析4.2.1 澆筑混凝土?xí)r掛籃強度剛度（1）通過Midas6.0的計算，掛籃的強度計算結(jié)果如下所示： A 1#塊 B 3#塊圖12

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，這與實際相符合，且最大值為MPa<215MPa，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MPa<125MPa，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，因為從荷載計算結(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MPa<215MPa，滿足要求；（2）掛籃的變形如下

13、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mm<20mm(20mm為公路橋涵設(shè)計規(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=mm<L/400=6100/400=mm，滿足要求。（4）吊桿的強度如下圖所示： A 1#塊 B 3#塊圖17-1吊桿應(yīng)力圖（單位：mm）由上圖可知，掛籃吊桿所受最大應(yīng)力為MPa，局部應(yīng)力很接近極限值，所以將受力最大的兩根改為直徑40mm桿，則計算結(jié)果如下： A 1#塊 B 3#塊圖17-1吊

14、桿應(yīng)力圖（單位：mm）此時掛籃吊桿所受最大應(yīng)力為415.30，MPa小于PSB830精軋螺紋鋼的強度設(shè)計值650MPa，故滿足使用要求。4.2.2 澆筑混凝土?xí)r主桁架壓桿穩(wěn)定性及抗傾覆分析 主桁軸力圖如下圖所示： A 1#塊 B 3#塊圖18主桁架軸力圖（單位：kN）表6 掛籃主桁內(nèi)力統(tǒng)計表桿件編號桿件名稱桿件長度（mm）最大軸力（kN）桿件型號A1弦桿4958雙拼32b槽鋼A2豎桿3500雙拼32b槽鋼將數(shù)據(jù)帶入公式4-1，得到以下結(jié)果：表7 壓桿穩(wěn)定性計算表桿件編號單根桿件所受軸力（kN）該桿件長度（mm）截面回轉(zhuǎn)半徑i/mm長細比穩(wěn)定系數(shù)截面面積A/mm2N/A（MPa）A1495854

15、90A23500395490經(jīng)計算，桿件所受最大的壓桿應(yīng)力均小于=215MPa，壓桿穩(wěn)定性滿足要求。 A 1#塊 B 3#塊圖19 主桁支點反力圖（單位：kN）根據(jù)上述計算，可得到主桁后錨所需提供的最大反力為1044kN。2，則其抗傾覆力矩M抗=4×803.8×650×10-3=2089.9kN。則F1/F2=/1044=>2，滿足要求。4.2.3 掛籃行走穩(wěn)定性計算掛籃行走時,前端通過前吊桿將前下橫梁、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)梁后端通過滾動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

16、。行走時內(nèi)外滑梁均為一簡支梁，隨掛籃的行走跨徑在不斷變化。圖20 掛籃行走時模型簡圖（注：與澆筑時模型相比，主要修改了內(nèi)外滑梁及外導(dǎo)梁的支撐位置及支撐類型）可得出掛籃行走時主桁的支點反力圖（圖21）。圖21 主桁反力圖（單位：kN）根據(jù)上述計算，主桁后錨反力為kN，前支點反力為kN。由力的平衡原理可知掛籃前端作用力P=-=1kN，傾覆彎矩M傾=1×=2。則其抗傾覆力矩M抗=2×803.8×650××10-3=1724KN·m。所以得到：行走時抗傾覆系數(shù)=M抗/M傾=1724/=2.12>2，滿足要求。4.2.4 梁體混凝土強度驗算滑梁后吊點及后下橫梁均通過吊桿錨固在箱梁頂板或底板上，吊點與混凝土接觸面采用206×206×10mm鋼板墊片。由前述分析過程可知，在混凝土澆筑過程中橫梁吊桿所受拉力即為該處最大壓力。澆筑過程中吊桿拉力如下圖所示： A 1#塊 B 3#塊