通啟運(yùn)河大橋掛籃設(shè)計(jì)計(jì)算書(最終版)

1、通啟運(yùn)河大橋掛籃設(shè)計(jì)計(jì)算書G345南通東繞城段工程通啟運(yùn)河大橋主橋箱梁懸澆施工三角掛籃設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 計(jì) 算： 復(fù) 核： 總工程師： 中鐵大橋局股份有限公司 307省道南通東繞城段工程橋梁標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部二一四年三月G345南通東繞城段工程通啟運(yùn)河大橋主橋箱梁懸澆施工三角掛籃設(shè)計(jì)計(jì)算1、編制依據(jù)與工程概況1.1 編制依據(jù)1、307省道南通東繞城段工程橋梁1標(biāo)施工圖設(shè)計(jì)；2、 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)；3、 路橋施工計(jì)算手冊(cè)；4、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)詳細(xì)調(diào)查和勘察取得的資料；5、我公司在同類型工程施工中積累的豐富經(jīng)驗(yàn)。1.2 工程概況307 省道南通東繞城段工程南起錫通產(chǎn)業(yè)園區(qū)玉蘭大

2、道，穿越張芝山鎮(zhèn)、川姜鎮(zhèn)、南通高新區(qū)、興東鎮(zhèn)和西亭鎮(zhèn)，終于通洋高速西亭互通，路線全長(zhǎng)23.787km，現(xiàn)已升級(jí)為國(guó)道G345。二期工程將北延至石港鎮(zhèn)，該項(xiàng)目是縱貫通州區(qū)南北的主干道，聯(lián)接七鎮(zhèn)四區(qū)，與平海公路構(gòu)成 “十”字型骨架道路，建成后將構(gòu)建通州城區(qū)的西環(huán)，有利于路網(wǎng)的完善與城市空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展。設(shè)計(jì)采取高點(diǎn)定位，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，努力打造成為通州區(qū)的“發(fā)展大道、景觀大道、生態(tài)大道、文化大道、質(zhì)量大道、示范大道”。按一級(jí)公路雙向六車道并設(shè)置輔道的四塊板橫斷面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為100km/h，道路寬62米（中分帶10.0m，行車道2×12.5m，側(cè)分帶2×5.0m，輔道2×

3、8.5m）。本標(biāo)段為G345-QL1標(biāo)，本標(biāo)段起訖樁號(hào)為K0+000K3+385，起自通啟公路與玉蘭大道交叉口，向北跨越通啟運(yùn)河，上跨寧啟高速公路，路線全長(zhǎng)3.385公里。通啟運(yùn)河大橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，跨通啟運(yùn)河級(jí)航道并連續(xù)上跨通啟高速，長(zhǎng)1129.4米，主跨60米。主橋箱梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，采用上下行分離單箱雙室截面形式，單箱頂寬18.5m，兩側(cè)懸臂寬3m。箱梁頂面設(shè)置2%橫坡，通過箱梁內(nèi)外側(cè)腹板高度調(diào)節(jié)。中支點(diǎn)處箱梁中心梁高3.5m，跨中箱梁中心梁高1.8m，梁高以1.8次拋物線變化。頂板厚0.28m，懸臂板端部厚0.18m，根部厚0.65m；腹板厚0.450.6

4、m，底板厚0.260.55m。橫隔板分別設(shè)置在中支點(diǎn)、邊支點(diǎn)、跨中，厚度分別為1.8m、1.2m、0.3m。各節(jié)段尺寸相見表 1。表 1 懸澆各節(jié)段箱梁基本情況一覽表節(jié)段號(hào)節(jié)段長(zhǎng)度(cm)節(jié)段體積 (m3) 節(jié)段重量(t)頂板厚度(cm)腹板厚度(cm)底板厚度 (cm)1#塊3.355.58144.508286049.944.32#塊3.352.04135.304286044.339.43#塊3.348.97127.322286039.435.14#塊3.549.12127.712286035.131.45#塊3.545.72118.872286031.428.66#塊3.543.03111

5、.878284528.626.87#塊3.542.19109.694284526.826主橋箱梁采用縱、橫、豎向預(yù)應(yīng)力體系。縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)置頂板束、腹板束、中跨底板束、邊跨底板束、合攏段連續(xù)束和預(yù)備束共六種，均采用兩端張拉。橫向預(yù)應(yīng)力設(shè)置為中橫梁及端橫梁橫向預(yù)應(yīng)力束，均采用兩端張拉。豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋采用JL32精軋螺紋粗鋼筋，采用一端張拉（梁頂張拉）。2、掛籃概況2.1 掛籃設(shè)計(jì)為保證按期完成懸澆施工，擬投入8只掛籃進(jìn)行施工，掛籃為三角形桁架結(jié)構(gòu)，其主要技術(shù)指標(biāo)為：設(shè)計(jì)承載能力：200噸（最大塊件重量144.5噸）掛籃重量：60.5t掛籃主桁安全系數(shù)：3掛籃承重時(shí)抗傾覆安全系數(shù)：4掛籃行走時(shí)抗傾覆

6、安全系數(shù)：4掛籃前吊桿處最大變形量：20mm掛籃主要組成部分為主桁承重系統(tǒng)、底盤和模板系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、行走及反壓裝置，具體構(gòu)造見圖 1、圖 2。圖 1 三角形掛籃側(cè)面圖圖 2 三角形掛籃立面圖2.1.1主桁承重系統(tǒng)掛籃主桁承重系統(tǒng)包括主桁架、前、后上橫梁及主桁橫向聯(lián)系桿件。主桁架采用三角架，三角架由232b槽鋼組成，主桁橫向聯(lián)系由20號(hào)槽鋼組成。前、后上橫梁均采用240b的工字鋼制作。2.1.2 底盤和模板系統(tǒng)底盤和模板系統(tǒng)包括底盤、外模、內(nèi)模、端模和工作平臺(tái)等。1)底盤底盤由底模、縱梁、前下橫梁及后下橫梁組成。每只掛籃底模由鋼模組拼而成，鋼模由=6mm鋼板面板、6槽鋼焊制?？v梁根據(jù)荷載分布大

7、小進(jìn)行布置，從箱梁兩側(cè)腹板到箱梁軸線采用21根25b工字鋼布置。前下橫梁和后下橫梁的結(jié)構(gòu)為40b工字鋼雙拼而成。2)外側(cè)模外側(cè)模板采用鋼模板，面板采用5mm厚鋼板，橫肋采用 6槽鋼，側(cè)模骨架采用210槽鋼制作。面板安裝時(shí)嚴(yán)格控制相鄰兩塊之間的高差，拼縫采用海綿條填塞，側(cè)模與內(nèi)模的間距調(diào)整及固定設(shè)置拉條螺栓。外側(cè)模板長(zhǎng)度為4.5m。外側(cè)模支承在外導(dǎo)梁上，導(dǎo)梁采用236b制作，長(zhǎng)度為12m，每側(cè)2根，與側(cè)模焊接固定。導(dǎo)梁前端懸吊在掛籃前上橫梁上，后端通過吊架懸吊在已澆箱梁翼板下。3)內(nèi)模內(nèi)模由模板、骨架、內(nèi)導(dǎo)梁等組成。模板采用15mm厚竹膠板做面板，8做骨架。側(cè)面模板用8作豎向圍楞；頂板至倒角部分

8、的內(nèi)模支承在骨架上，其橫向可以收分，以便于箱梁截面尺寸變化時(shí)進(jìn)行調(diào)整。導(dǎo)梁采用236b制作，長(zhǎng)度為12m，設(shè)置2根，導(dǎo)梁前端懸掛在前上橫梁上，后端支承在吊框滾軸上。4)端模因箱梁腹板與底板尺寸變化比較頻繁，采用5cm厚的木模板，并根據(jù)伸出模板的接頭鋼筋與波紋管的位置，腹板沿其豎向軸線分塊制作的，底板與頂板沿其橫向軸線分塊制作，以方便模板的安裝與拆除，同時(shí)可適應(yīng)箱梁斷面尺寸變化的改制。2.1.3 懸吊系統(tǒng)懸吊系統(tǒng)包括前下橫梁吊桿、后下橫梁吊桿、側(cè)模吊桿、內(nèi)模骨架吊桿和4只10T手拉葫蘆等組成。吊桿均采用JL32高強(qiáng)精軋螺紋鋼，PSB830材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為fpk=785MPa。吊桿底端和上端用短支承

9、梁、墊板、螺母鎖定于前上橫梁上；后吊桿直接通過支承梁支承在箱梁翼板根部與底板上，掛籃前移時(shí)先拆除后吊桿，掛籃前移到位后重新安裝、加壓固定。2.1.4 行走系統(tǒng)掛籃前移系統(tǒng)由平滾、搖滾反壓裝置等組成。2.1.5 后錨固系統(tǒng)后錨包括錨固鋼筋、反壓梁。錨固鋼筋采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk=785MPa 的JL32高強(qiáng)精軋螺紋鋼，反壓梁采用240b制作。3、掛籃承載能力及變形驗(yàn)算3.1 掛籃荷載工況計(jì)算混凝土箱梁澆筑工況是指掛籃到位，后錨裝置錨固固定，模板均就位，澆筑箱梁混凝土。此工況需要考慮的荷載包括：掛藍(lán)結(jié)構(gòu)自重、施工荷載和澆筑混凝土荷載。結(jié)構(gòu)計(jì)算中不考慮風(fēng)荷載的影響。計(jì)算考慮最不利受力情況，本橋掛籃按重量

10、最大的1#梁段和長(zhǎng)度最長(zhǎng)的4#梁段兩種工況進(jìn)行驗(yàn)算。1#梁段梁高為3.0782.778m，4#梁段梁高為2.2882.091m。掛藍(lán)計(jì)算需要考慮的荷載包括掛藍(lán)及模板自重、澆筑混凝土重量、施工荷載等。由于節(jié)段混凝土是整體結(jié)構(gòu)，與模板間的連接屬于超靜定問題，二者傳力路徑復(fù)雜，因此計(jì)算時(shí)傳力路徑進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化。假設(shè)內(nèi)模、外模和底模各自承擔(dān)其上部的混凝土重量，三者之間相互獨(dú)立。假設(shè)箱梁翼緣板砼及側(cè)模重量通過外導(dǎo)梁分別傳至前一節(jié)段已施工完的箱梁翼板和前上橫梁；假設(shè)箱梁頂板砼及頂板桁架的重量通過內(nèi)導(dǎo)梁傳至前一節(jié)段已施工完的箱梁頂板和前上橫梁；假設(shè)腹板、底板砼、底模及內(nèi)模重量通過底?？v梁傳至前、后下橫梁，然

11、后再分別傳至前上橫梁和已施工箱梁底板。綜上，在施工過程中，需要考慮的工況包括以下兩個(gè)：工況一：澆筑第一節(jié)段混凝土箱梁工況；工況二：澆筑第四節(jié)段混凝土箱梁工況。3.1.1 荷載取值箱梁砼容重：26kN/m3 內(nèi)?？傊亓浚?2kN外?？傊亓浚?7.3kN 振動(dòng)砼產(chǎn)生的荷載：2.0kN/m2施工人員及小型機(jī)具重量:2.5kN/m2 3.1.2 工況一荷載計(jì)算（1#梁段）1）腹板下三根縱梁總荷載計(jì)算縱梁長(zhǎng)6m，吊桿間跨徑為5.2m，兩端各懸出0.4m，荷載作用長(zhǎng)度取1#梁段長(zhǎng)度即3.3m。1#梁段梁高為3.0782.778m。（1）鋼板、槽鋼：（2）箱梁自重：（大截面端）（小截面端）（3）施工人員、材

12、料、機(jī)具荷載：（4）振動(dòng)砼產(chǎn)生的荷載：（5）縱梁：則大截面端腹板下三根縱梁承受的總外荷載最大為：小截面端腹板下三根縱梁承受的總外荷載最大為：2）底板下單根縱梁荷載計(jì)算縱梁長(zhǎng)度、跨徑及荷載作用長(zhǎng)度與腹板縱梁相同。單根縱梁承擔(dān)0.793m寬的底板。（1）鋼板、槽鋼：（2）箱梁底板自重：（大截面）（小截面）（3）施工人員、材料、機(jī)具荷載：（4）振動(dòng)砼產(chǎn)生荷載：（5）縱梁：則底板區(qū)單根縱梁承受的外荷載為：（大截面）（小截面）3）一組外側(cè)導(dǎo)梁荷載計(jì)算外側(cè)導(dǎo)梁采用2組雙拼36b槽鋼，承受外模（長(zhǎng)4.5m）及翼板重量。外導(dǎo)梁長(zhǎng)度為12m，跨徑為5.2m，兩端各懸出3.4m，荷載作用長(zhǎng)度取3.3m。（1）外鋼

13、模：（2）翼板自重：（3）施工人員、材料、機(jī)具荷載：（4）振動(dòng)砼產(chǎn)生荷載：（5）外導(dǎo)梁：則單根外導(dǎo)梁承受的外荷載為：4）一組內(nèi)側(cè)導(dǎo)梁荷載計(jì)算內(nèi)導(dǎo)梁采用兩組雙拼36b槽鋼，承受外模（長(zhǎng)4.5m）及翼板重量。外導(dǎo)梁長(zhǎng)度為12m，跨徑為5.2m，兩端各懸出3.4m，荷載作用長(zhǎng)度取3.3m。（1）內(nèi)頂模：（2）頂板混凝土重：（3）施工人員、材料、機(jī)具荷載：（4）振動(dòng)砼產(chǎn)生荷載：（5）內(nèi)導(dǎo)梁：則單根內(nèi)導(dǎo)梁承受的外荷載為：3.1.3 工況二荷載計(jì)算（4#梁段）1）腹板下三根縱梁總荷載計(jì)算縱梁長(zhǎng)6m，吊桿間跨徑為5.2m，兩端各懸出0.4m，荷載作用長(zhǎng)度取4#梁段長(zhǎng)度即3.5m。4#梁段梁高為2.2882.

14、091m。（1）鋼板、槽鋼：（2）箱梁自重：（大截面端）（小截面端）（3）施工人員、材料、機(jī)具荷載：（4）振動(dòng)砼產(chǎn)生的荷載：（5）縱梁：則腹板下三根縱梁承受的總外荷載最大為：（大截面端）（小截面端）2）底板下單根縱梁荷載計(jì)算縱梁長(zhǎng)度、跨徑及荷載作用長(zhǎng)度與腹板縱梁相同。單根縱梁承擔(dān)0.793m寬的底板。（1）鋼板、槽鋼：（2）箱梁底板自重：（大截面）（小截面）（3）施工人員、材料、機(jī)具荷載：（4）振動(dòng)砼產(chǎn)生荷載：（5）縱梁：則底板區(qū)單根縱梁承受的外荷載為：（大截面）（小截面）3）一組外側(cè)導(dǎo)梁荷載計(jì)算外側(cè)導(dǎo)梁采用2組雙拼36b槽鋼，承受外模（長(zhǎng)4.5m）及翼板重量。外導(dǎo)梁長(zhǎng)度為12m，跨徑為5.2

15、m，兩端各懸出3.4m，荷載作用長(zhǎng)度取3.5m。（1）外鋼模：（2）翼板自重：（3）施工人員、材料、機(jī)具荷載：（4）振動(dòng)砼產(chǎn)生荷載：（5）外導(dǎo)梁：則單根外導(dǎo)梁承受的外荷載為：4）一組內(nèi)側(cè)導(dǎo)梁荷載計(jì)算內(nèi)導(dǎo)梁采用兩組雙拼36b槽鋼，承受外模（長(zhǎng)4.5m）及翼板重量。外導(dǎo)梁長(zhǎng)度為12m，跨徑為5.2m，兩端各懸出3.4m，荷載作用長(zhǎng)度取3.5m。（1）內(nèi)頂模：（2）頂板混凝土重：（3）施工人員、材料、機(jī)具荷載：（4）振動(dòng)砼產(chǎn)生荷載：（5）內(nèi)導(dǎo)梁：則單根內(nèi)導(dǎo)梁承受的外荷載為：3.2 掛籃有限元模型簡(jiǎn)介此次掛籃計(jì)算采用Midas/Civil建立空間整體有限元模型進(jìn)行，模型整體見圖 3。圖 3 通啟運(yùn)河大

16、橋掛籃整體圖模型中的邊界條件為：主桁架的前后錨點(diǎn)為鉸接，后吊桿頂端為固結(jié)，下縱梁與前后下橫梁之間的連接為鉸接，內(nèi)外導(dǎo)梁的連接方式與下縱梁相同亦為鉸接，前后吊桿與橫梁之間均為固結(jié)，這樣處理是為了防止節(jié)點(diǎn)自由度出現(xiàn)奇異，對(duì)結(jié)構(gòu)整體受力影響不大。荷載工況為：根據(jù)前面計(jì)算的荷載，掛籃的自重由程序自動(dòng)施加，考慮1.2的組合系數(shù)，需要人為施加的荷載只有澆筑混凝土的重量、施工荷載等，荷載施加在下縱梁及內(nèi)外導(dǎo)梁上。縱梁及導(dǎo)梁后錨點(diǎn)距離上一節(jié)段邊緣的距離在0.4m0.5m之間，本模型偏安全的取0.5m。具體施加的荷載如下：1）工況一作用腹板下的單根下縱梁荷載：底板下的單根下縱梁荷載：?jiǎn)胃鈱?dǎo)梁荷載：?jiǎn)胃鶅?nèi)導(dǎo)梁荷

17、載：將上述計(jì)算荷載以單元線荷載施加在下縱梁及導(dǎo)梁3.3m布載段。2）工況二作用腹板下的單根下縱梁荷載：底板下的單根下縱梁荷載：?jiǎn)胃鈱?dǎo)梁荷載：?jiǎn)胃鶅?nèi)導(dǎo)梁荷載：將上述計(jì)算荷載以單元線荷載施加在下縱梁及導(dǎo)梁3.5m布載段。3.3 計(jì)算結(jié)果3.3.1 掛籃整體計(jì)算結(jié)果1）在工況1作用下掛籃整體應(yīng)力見圖 4（吊桿除外），整體變形見圖 5。圖 4 掛籃整體應(yīng)力圖（最大135MPa，為下縱梁跨中）圖 5 掛籃整體變形圖（最大為豎向1.91cm，為上橫梁端部）2）在工況2作用下掛籃整體應(yīng)力見圖 6（吊桿除外），整體變形見圖 7。圖 6 掛籃整體應(yīng)力圖（最大112.5MPa，為內(nèi)導(dǎo)梁跨中）圖 7 掛籃整體變形

18、圖（最大為豎向2.01cm，為上橫梁端部）3.3.2 主桁架計(jì)算結(jié)果1）工況1結(jié)果：主桁架為拉彎和壓彎構(gòu)件，不需驗(yàn)算剪應(yīng)力，主桁架應(yīng)力及變形見圖 8和圖 9。從圖中可知掛籃主桁架的最大變形量為1.23cm。圖 8 主桁架應(yīng)力圖圖 9 主桁架變形圖2）工況2結(jié)果應(yīng)力及變形圖見圖 10和見圖 11。從圖中可知掛籃主桁架的最大變形量為1.18cm。圖 10 主桁架應(yīng)力圖 圖 11 主桁架變形圖綜上，工況1、2作用下主桁架承載能力和變形均滿足設(shè)計(jì)要求。3.3.3 吊桿計(jì)算結(jié)果1)工況1(1)吊桿的強(qiáng)度計(jì)算吊桿為直徑32mm精軋螺紋鋼，其抗拉強(qiáng)度RYb=785MPa，換算成允許張拉力為，而前吊桿中受力最

19、大的為15.3t，后吊桿的軸力最大為17.8t，均小于允許張拉力，所以吊桿強(qiáng)度足夠。吊桿的軸力見圖 12。圖 12 吊桿軸力圖2）變形量計(jì)算吊桿的變形見Error! Reference source not found.，從圖中可知吊桿的下端最大變形量為1.81cm<2.0cm，滿足要求。圖 13 吊桿位移圖2）工況2(1)吊桿的強(qiáng)度計(jì)算吊桿為直徑32mm精軋螺紋鋼，其抗拉強(qiáng)度RYb=785MPa，換算成允許張拉力為，而前吊桿中受力最大的為14.1t，后吊桿的軸力最大為14.7t，均小于允許張拉力，所以吊桿強(qiáng)度足夠。吊桿的軸力見圖 14。圖 14 吊桿軸力圖2）變形量計(jì)算前吊桿的變形見E

20、rror! Reference source not found.，從圖中得到吊桿的下端最大變形量為1.904cm<2.0cm，滿足要求。圖 15 吊桿位移圖3.3.4 前上橫梁計(jì)算結(jié)果1）工況1前上橫梁主要為受剪和受彎構(gòu)件，驗(yàn)算其剪應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，應(yīng)力及變形見圖 16到圖 18。圖 16 前上橫梁剪應(yīng)力圖（最大27.9MPa<85MPa容許剪應(yīng)力）圖 17 前上橫梁彎曲應(yīng)力圖（最大102.7MPa<145MPa容許彎曲應(yīng)力）圖 18 前上橫梁變形圖（最大1.88cm）2）工況2應(yīng)力圖及變形圖見圖 19到圖 21。圖 19 前上橫梁剪應(yīng)力圖（最大27.4MPa<85MP

21、a容許剪應(yīng)力）圖 20 前上橫梁彎曲應(yīng)力圖（最大106.2MPa<145MPa容許彎曲應(yīng)力）圖 21 前上橫梁變形圖（最大2.01cm，在橫梁端部）綜上，工況1、工況2作用下前上橫梁的承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。3.3.5 下縱梁計(jì)算結(jié)果1）下縱梁的強(qiáng)度驗(yàn)算（1）工況1下縱梁主要為受彎構(gòu)件，只驗(yàn)算其彎曲應(yīng)力。工況1作用下縱梁的應(yīng)力及變形見圖 22、圖 23。圖 22 下縱梁應(yīng)力圖(最大135.7 MPa <145 MPa容許彎曲應(yīng)力)圖 23 下縱梁變形圖（最大1.63cm）2）工況2應(yīng)力及變形見圖 24、圖 25。圖 24 下縱梁應(yīng)力圖(最大110 MPa <145 MPa容許彎曲應(yīng)力)圖 25 下縱梁變形圖（最大1.605cm）綜上，工況1、2、作用時(shí)下縱梁的承載能力及變形均滿足設(shè)計(jì)要求。3.3.6 前下橫梁計(jì)算結(jié)果1)前下橫梁的強(qiáng)度驗(yàn)算(1)工況1前下橫梁主要為受剪和受彎構(gòu)