孔家寺黃河特大橋（70+128+70）m懸澆箱梁 掛籃設(shè)計(jì)及驗(yàn)算書

蘭永沿黃一級公路第八合同段（70+128+70）m懸澆箱梁掛籃設(shè)計(jì)及驗(yàn)算30/30目錄1、工程概述和計(jì)算依據(jù) 31.1、工程概述 31.2、設(shè)計(jì)依據(jù) 31.3、材料允許應(yīng)力及參數(shù) 31.4、掛籃主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù) 41.5、計(jì)算組合及工況 51.6、掛籃計(jì)算模型 52、荷載計(jì)算 72.1、底籃平臺(tái)計(jì)算 72.1.1、平臺(tái)加載分析表 72.1.2、底籃平臺(tái)模型分析（強(qiáng)度與剛度） 102.2、滑梁計(jì)算 122.2.1、外滑梁 122.2.2、內(nèi)滑梁 142.3、前上橫梁驗(yàn)算 162.4、掛籃主桁強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算 182.5、掛籃主桁內(nèi)力 192.6、掛籃主桁支點(diǎn)反力 213、掛籃主構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析 223.1、掛籃主桁桿件強(qiáng)度計(jì)算 223.2、澆筑時(shí)主桁抗傾覆計(jì)算 234、吊桿驗(yàn)算 234.1、橫梁吊桿驗(yàn)算 234.2、滑梁吊桿驗(yàn)算 255、錨固系統(tǒng)驗(yàn)算 266、掛籃行走驗(yàn)算 266.1、掛籃行走受力分析 266.2、后下橫梁 276.3、滑梁 286.4、行走吊桿 286.5、反扣輪 296.5.1、反扣輪軸抗彎強(qiáng)度計(jì)算 296.5.2、行走主桁抗傾覆計(jì)算 297、結(jié)論 30孔家寺黃河特大橋（70+128+70）m懸澆箱梁掛籃設(shè)計(jì)及驗(yàn)算書1、工程概述和計(jì)算依據(jù)1.1、工程概述主橋上部采用（70+128+70）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。箱梁斷面為單箱單室直腹板斷面。箱梁頂寬11.25m，底寬6.5m，翼緣板寬2.375m，根部梁高7.6m，懸澆段腹板厚55cm～80cm，底板厚度為30cm 箱梁0#塊在托(支)架上施工，梁段總長13m，邊、中合攏段長為2m；掛籃懸臂澆筑箱梁2#～5#塊段長3.5m，6#～10#塊段長4m，11#～15#塊段長4.5m。箱梁懸臂澆注采用菱形掛籃進(jìn)行施工。1.2、設(shè)計(jì)依據(jù)⑴、《蘭州（新城）至永靖沿黃河快速通道建設(shè)工程兩階段施工圖設(shè)計(jì)》。⑵、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。⑶、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》。⑷、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》。1.3、材料允許應(yīng)力及參數(shù)鋼材彈性模量：E=2.06+QUOTEMPa。密度：γ=7850Kg/m3。泊松比：ν=0.3。線膨脹系數(shù)：α=0.000012。表1.鋼材允許應(yīng)力鋼材允許應(yīng)力（Mpa）應(yīng)力種類符號(hào)鋼號(hào)Q235BQ345B45#(調(diào)質(zhì)）30CrMnTi（貝雷銷）40Si2MnV(精軋螺紋鋼筋)抗拉、抗壓[б]1402002101105抗彎[бw]1452102201105抗剪[τ]85120125585端面承壓（磨平頂緊）[бc]210300表2.焊縫允許應(yīng)力焊縫允許應(yīng)力（Mpa）焊縫種類應(yīng)力種類符號(hào)構(gòu)件鋼號(hào)Q235BQ345B對接焊縫抗拉、抗壓[б]140200抗剪[τ]85120貼角焊縫抗拉、抗壓和抗剪[τ]120150表3.螺栓和銷軸連接允許應(yīng)力(MPa)螺栓的性能等級、銷軸和構(gòu)件的鋼號(hào)普通螺栓銷軸承壓型連接高強(qiáng)度螺栓抗拉[δ]抗剪[τ]承壓[δc]抗彎[δ]抗剪[τ]抗拉[δ]抗剪[τ]承壓[δc]普通螺栓4.8級145100銷軸45號(hào)36012540Cr承壓型高強(qiáng)度螺栓8.8級21012510.9級構(gòu)件Q235210Q345300鋼材按容許應(yīng)力取值，臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)提高30%，節(jié)點(diǎn)銷子的抗彎允許應(yīng)力在任何荷載作用下不得提高。1.4、掛籃主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)⑴、梁段最大重量按2#算：169.9t；⑵、梁段最大分段長度：4.5m⑶、梁段混凝土重量：2.65t/m3；⑷、人群及機(jī)具荷載：2.5KPa；⑸、超載系數(shù)取1.05；⑹、新澆砼動(dòng)力系數(shù)取1.2；⑺、掛籃行走時(shí)的沖擊系數(shù)取1.3；⑻、抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)2.0。1.5、計(jì)算組合及工況⑴、荷載組合：①、砼重+掛籃自重+施工、人群機(jī)具+動(dòng)力附加系數(shù)(強(qiáng)度計(jì)算)②、砼重+掛籃自重(剛度計(jì)算)③、掛籃自重+沖擊附加系數(shù)(行走穩(wěn)定性)⑵、計(jì)算工況：根據(jù)梁段長度、重量、梁高等參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)按以下三種工況進(jìn)行計(jì)算。工況一：2號(hào)梁段混凝土灌注完成工況。此工況梁段高度最大、混凝土重量最大。工況二：6號(hào)梁段混凝土灌注完成工況。此工況梁段長度較長、混凝土重量較大。工況三：11號(hào)梁段完成，掛籃由11號(hào)至12號(hào)梁段走行工況。此工況掛籃走行距離最長，控制掛籃走行狀態(tài)抗傾覆穩(wěn)定及外模、底模走行梁走行狀態(tài)的強(qiáng)度和剛度。1.6、掛籃計(jì)算模型根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對掛籃的主要構(gòu)造進(jìn)行了空間建模，采用通用有限元分析程序MIDAS進(jìn)行空間分析。掛籃澆筑時(shí)砼重傳力途徑如下：⑴、箱梁翼緣板砼及側(cè)模重量通過外滑梁分別傳至前一節(jié)段已施工完的箱梁翼板和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān)。⑵、箱梁頂板砼、內(nèi)模支架、內(nèi)模重量通過內(nèi)滑梁分別由前一節(jié)段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān)。⑶、箱梁底板、腹板砼及底籃平臺(tái)重量分別由前一節(jié)段已施工完的箱梁和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān)。掛籃結(jié)構(gòu)計(jì)算模型見下圖，包括主桁架、立柱間橫向連接系、前上橫梁、底籃、導(dǎo)梁等所有的承重系統(tǒng)。掛籃總體布置圖菱形掛籃結(jié)構(gòu)計(jì)算空間模型2、荷載計(jì)算2.1、底籃平臺(tái)計(jì)算2.1.1、平臺(tái)加載分析表2#底縱梁計(jì)算加載：2#塊高側(cè)一根底板縱梁荷載分析表2#塊低側(cè)一根底板縱梁荷載分析表2#塊高側(cè)腹板縱梁荷載分析表2#塊低側(cè)腹板縱梁荷載分析表6#底縱梁計(jì)算加載：6#塊高側(cè)一根底板縱梁荷載分析表6#塊低側(cè)一根底板縱梁荷載分析6#塊高側(cè)腹板縱梁荷載分析表6#塊低側(cè)腹板縱梁荷載分析表11#底縱梁計(jì)算加載：11#塊高側(cè)一根底板縱梁荷載分析表11#塊低側(cè)一根底板縱梁荷載分析表11#塊高側(cè)腹板縱梁荷載分析表11#塊低側(cè)腹板縱梁荷載分析表2.1.2、底籃平臺(tái)模型分析（強(qiáng)度與剛度）2#塊底籃平臺(tái)剪應(yīng)力（單位:Mpa）2#塊底籃平臺(tái)彎應(yīng)力（單位:Mpa）6#塊底籃平臺(tái)剪應(yīng)力（單位:Mpa）6#塊底籃平臺(tái)彎應(yīng)力（單位:Mpa）11#塊底籃平臺(tái)剪應(yīng)力（單位:Mpa）11#塊底籃平臺(tái)彎應(yīng)力（單位:Mpa）由計(jì)算模型可知：底縱梁受最大彎矩、最大剪力均在1#塊，最大彎應(yīng)力為：169.5MPa＜1.3×145Mpa=188.5Mpa(容許抗彎)，滿足強(qiáng)度要求。最大剪應(yīng)力為：48Mpa＜1.3×85Mpa=110.5Mpa(容許抗剪)，滿足強(qiáng)度要求。由計(jì)算模型可知：底籃平臺(tái)最大撓度為-11.7mm<5800/400=14.5mm,滿足剛度要求。2.2、滑梁計(jì)算2.2.1、外滑梁外滑梁計(jì)算：外滑梁荷載分析表(一根外滑梁2[36a槽鋼)滑梁應(yīng)力驗(yàn)算如下：外滑梁剪應(yīng)力（單位:Mpa）外滑梁彎應(yīng)力（單位:Mpa）最大彎應(yīng)力為：135.4MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa(容許抗彎)，強(qiáng)度滿足要求。最大剪力為：20.7Mpa＜85Mpa(容許抗剪)，強(qiáng)度滿足要求。最大撓度為-10.0mm＜5800/400=14.5mm,剛度滿足要求。2.2.2、內(nèi)滑梁內(nèi)滑梁荷載分析表(一根外滑梁2[36a槽鋼)內(nèi)滑梁應(yīng)力驗(yàn)算如下：內(nèi)滑梁剪應(yīng)力（單位:Mpa）內(nèi)滑梁彎應(yīng)力（單位:Mpa）最大彎應(yīng)力為：128.6MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa(容許抗彎)，強(qiáng)度滿足要求。最大剪力為：19.7Mpa＜85Mpa(容許抗剪)，強(qiáng)度滿足要求。最大撓度為-9.3mm＜5800/400=14.5mm,剛度滿足要求。2.3、前上橫梁驗(yàn)算2#塊前上橫梁剪應(yīng)力（單位:Mpa）2#塊前上橫梁彎應(yīng)力（單位:Mpa）6#塊前上橫梁剪應(yīng)力（單位:Mpa）6#塊前上橫梁彎應(yīng)力（單位:Mpa）11#塊前上橫梁剪應(yīng)力（單位:Mpa）11#塊前上橫梁彎應(yīng)力（單位:Mpa）模型可知：最大彎應(yīng)力為：96.1MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa(容許抗彎)，強(qiáng)度滿足要求。最大剪力為：45.8Mpa＜85Mpa(容許抗剪)，強(qiáng)度滿足要求。2.4、掛籃主桁強(qiáng)度及剛度驗(yàn)算2#塊主桁變形圖（單位:mm）6#塊主桁變形圖（單位:mm）11#塊主桁變形圖（單位:mm）由計(jì)算模型，可知主桁架前支點(diǎn)豎向變形均小于20mm,滿足變形要求。2.5、掛籃主桁內(nèi)力掛籃主桁施工荷載組合條件下內(nèi)力(銷結(jié))塊段桿件編號(hào)桿件名稱桿件長度（mm）軸力（KN）2#塊A1下平桿3970883.8A2立柱3800679.9A3后拉桿44601064.0A4前拉桿6000838.3A5前斜桿5350981.16#塊A1下平桿3970864.7A2立柱3800703.3A3后拉桿44601097.4A4前拉桿6000864.7A5前斜桿53501011.911#塊A1下平桿3970819.5A2立柱3800665.1A3后拉桿44601040.2A4前拉桿6000819.5A5前斜桿5350959.12#塊主桁桿件軸力圖（單位:KN）6#塊主桁桿件軸力圖（單位:KN）11#塊主桁桿件軸力圖（單位:KN）2.6、掛籃主桁支點(diǎn)反力2#塊主桁支點(diǎn)反力圖（單位:KN）6#塊主桁支點(diǎn)反力圖（單位:KN）11#塊主桁支點(diǎn)反力圖（單位:KN）單片主桁后錨最大反力：-666.8KN、前支點(diǎn)反力：1228.7KN3、掛籃主構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析3.1、掛籃主桁桿件強(qiáng)度計(jì)算主桁截面特性：Ix=2*0.00017578m4Iy=2*0.00000592+0.00015858m4A=2*0.007504m2ix=0.148miy=0.153mWx=2*0.0008789m3⑴、A5桿件受力：軸壓力1011.9KN；壓桿計(jì)算長度為6.77m主桁A5桿件穩(wěn)定性:①、軸向壓應(yīng)力N/A≤[σ]σ=1011.9/0.007504/2=67.4Mpa＜[140]②、壓桿穩(wěn)定性彎矩平面內(nèi)穩(wěn)定性:桿細(xì)長比λ—構(gòu)件在彎作用上的細(xì)長比：ix=0.148mλ=L/ix=6.77/0.148=45.7綴板間距按100cm考慮，則單肢對其1-1軸的長細(xì)比為：λ1=100/2.8=35.7則換算長細(xì)比為：λ=(λy2+λ12)1/2=58.0彎曲系數(shù)Φ1=0.818穩(wěn)定性驗(yàn)算：N/A=67.4Mpa<Φ1[σ]=0.818*140Mpa=114.52Mpa⑵、A3桿拉桿最大受力：軸拉力1097.4KN；軸向拉應(yīng)力N/A≤[σ]σ=1097.4/0.007504/2=73.12Mpa＜[140]3.2、澆筑時(shí)主桁抗傾覆計(jì)算⑴、計(jì)算簡圖如下：⑵、澆注砼時(shí)的抗傾覆計(jì)算：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，主縱梁后錨在澆注6#塊4米節(jié)段砼時(shí)錨力最大，主桁架后錨力P1＝666.8KN,由電算模型可知：傾覆P=666.8*4.5/5.8=517.3KN傾覆彎矩M=P*L=517.3*5.8=3000.34KN.m后錨共設(shè)4根Φ32精軋螺紋筋，其抗力達(dá)到P1=4*500=2000KN抗傾覆彎矩M1=P1*L1=2000*4.5=9000KN.m抗傾覆系數(shù)為K=M1/M=2.9>2，滿足規(guī)范要求。4、吊桿驗(yàn)算4.1、橫梁吊桿驗(yàn)算2#塊吊桿受力（KN）6#塊吊桿受力（KN）11#塊吊桿受力（KN）由計(jì)算可得底籃吊桿的最大拉力為239.6KN：底籃吊桿采用直徑32mm、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為785MPa的精軋螺紋鋼筋，A=804.2mm2σ＝N/A=239.6/804.2=297.9MPa<f/2=392.5Mpa，滿足2倍安全系數(shù)。4.2、滑梁吊桿驗(yàn)算由計(jì)算可得內(nèi)滑梁、外滑梁吊桿的最大拉力為113.9KN：吊桿采用直徑32mm、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為785MPa的精軋螺紋鋼筋，A=804.2mm2σ＝N/A=113.9/804.2=141.6MPa<f/2=392.5Mpa，滿足2倍安全系數(shù)。5、錨固系統(tǒng)驗(yàn)算從計(jì)算結(jié)果可以得到，一個(gè)后錨點(diǎn)的最大錨固力為-666.8KN，采用4根直徑32mm、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為785MPa的精軋螺紋鋼筋。A=804.2mm2×4=3216.8mm2,σ＝N/A=666.8/3216.8=207.3MPa<f/2=392.5MPa故后錨鋼筋滿足規(guī)范2倍安全系數(shù)的要求。6、掛籃行走驗(yàn)算6.1、掛籃行走受力分析掛籃行走時(shí),前端還是通過前吊桿、滑梁吊桿把底籃、翼板模板及頂板模板吊在前上橫梁上；后端通過豎向平聯(lián)吊住后下橫梁（底籃），翼板、頂板模板后端吊要己澆筑完的箱梁。行走時(shí)后下橫梁變換成了一根簡支梁。內(nèi)外滑梁為一簡支梁，隨掛籃的行走跨徑在不斷變化。內(nèi)滑梁支承頂板、外滑梁支承側(cè)模。行走模型6.2、后下橫梁后下橫