悬臂梁施工三角挂篮结构强度验算某跨河桥.docx
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悬臂梁施工三角挂篮结构强度验算某跨河桥
悬臂梁施工三角挂篮结构强度验算(某跨河桥)
铁路桥及公路桥用到的悬臂挂篮施工方法的有很多范例,根据以往的的经验可以改造成符合自己桥梁用的三角形挂篮或菱形挂篮(后者提供机械操作平台),但是重要的施工技术需要科学的数据计算来支撑,而不仅仅是经验。
鉴于新手在设计挂篮时对其强度演算缺乏系统知识,特发表一篇挂篮施工成功的计算范例,借以抛砖引玉。
1.低模前后吊带估算
图1荷载纵向分布图
2.外侧模牛腿
2.1荷载
外侧模重量:
6443.526kg=64.435kN;翼缘板钢筋混凝土重量:
1.0725×4.0×25=107.25kN;施工荷载(0.1kN/m2):
2.75×4.0×0.1=1.1kN,合计:
172.785kN,每个牛腿上分配:
1.1×172.785/2=95.032kN 。
2.2牛腿丝杠
丝杠T60×9螺纹,φ63圆钢,Q235。
2.3高强螺栓
6个螺栓,折减系数0.7,则抗剪承载能力为0.7×6×60.8=255.36kN(可)。
3.侧模吊挂系统
挂篮走行时侧模吊挂在主构架上。
荷载:
64.435kN。
3.1侧模件7通长角钢强度
件7计算跨度619mm,为2[10,I=396.6cm4,W=79.4cm3。
按跨中承受集中荷载的简支梁计算。
,
(可)。
3.2骨架上端立杆强度
每根立杆承受荷载:
64.435/2=32.218kN。
立杆[10,截面积A=12.74cm2,
(可)。
3.3骨架工作平台杆
图3骨架工作平台杆内力
荷载P=32.218kN。
双面角焊缝,焊脚高度8mm,焊缝长度85mm,计算长度
,焊接应力:
。
3.4侧模吊杆
荷载:
P=66.339kN,T60×8螺纹,φ63圆钢,Q235。
计算见表11。
3.5侧模对拉杆
新浇混凝土容重γ=24kN/m3,混凝土输送泵的
新浇混凝土有效压头高度h=
4.底模系
4.1边纵梁
图4箱梁腹板处纵梁荷载(kN/m=kgf/cm)
箱梁腹板处纵梁后端混凝土荷载:
P=25×5.736×0.5=71.7kN/m,前端混凝土荷载:
P=25×5.250×0.5=65.625kN/m;施工荷载(0.1kN/m2):
0.1×0.5=0.05kN,荷载分布见图4。
采用4根I28a,SAP2000计算,变形1.08cm,弯矩M=2255846.88kgf.cm。
挠度1/481>1/400(可),强度
(可)。
4.2中纵梁
图5箱梁底板处纵梁荷载
箱梁底板处纵梁后端混凝土荷载:
P=25×0.623×5.5=85.6625kN/m,前端混凝土荷载:
P=25×0.574×5.5=78.925kN/m;施工荷载(0.1kN/m2):
0.1×5.5=0.55kN,荷载分布见图5。
采用13根I28a,SAP2000计算,变形0.42cm。
挠度1/1238>1/400(可),强度(可)。
4.3前托梁
图6前托梁荷载分布图(工况1)
四个支点为前吊带,按弹簧支撑计算。
吊带长度按700cm计,截面积26cm2,则弹簧系数:
。
前托梁截面几何特性:
A=126.06cm2,I=13191cm4,W=1081cm3。
前托梁荷载:
⑴外侧模荷载:
①外侧模重量:
1.05×6443.526/2=3382.851kg=33.829kN;
②翼缘板钢筋混凝土重量+施工荷载(0.1kN/m2):
1.05×(1.0725×4.0×25+2.75×4.0×0.1)/2=56.884kN;
⑵边纵梁前支点反力:
①自重:
112.771kgf=1.128kN;
②混凝土及施工荷载:
3394.191kgf=33.942kN。
⑶中纵梁前支点反力:
①自重:
1.128kN;
②混凝土及施工荷载:
1261.229kgf=12.612kN。
⑷前托梁自重:
7.850×10-3×126.06×1260=1246.859kgf=12.469kN,均布荷载0.99kN/m;
⑸其它荷载:
①侧工作平台纵梁,203.066/2=101.533kgf;
②侧模顶梁:
740.428/2=370.214kgf;
③底模面板:
2245.1/2=1122.55kgf;
④前工作平台纵梁:
145.500kgf;
⑤前工作平台系杆:
37.752kgf;
⑥中纵梁:
19.261×13/2=125.1965kgf;
⑦边纵梁:
36.669×4/2=73.338kgf;
⑧前托梁:
320.066kgf;
合计:
2296.1495kgf=22.961kN。
荷载组合:
⑴工况1:
挂篮底模、侧模自重全部平均分配在前托梁上。
设这些荷载均匀分布在前托梁中部670.8cm宽范围内,则2296.1495/670.8=3.423kgf/cm=3.423kN/m。
荷载布置见图6。
⑵工况2:
挂篮底模、侧模自重全部由边侧一根吊带承受,则吊带处受集中力:
33.829×2+1.128×8+1.128×13+12.469+22.961=126.776kN。
⑶工况3:
挂篮底模、侧模自重全部由内侧一根吊带承受,则吊带处受集中力126.776kN。
表1荷载组合表
序号
荷载名称
数值
数量
工况1
工况2
工况3
荷载号
1
外侧模重量
33.829kN
2
●
2
外侧模混凝土及施工荷载
56.884kN
2
●
●
●
3
边纵梁自重
1.128kN
8
●
4
边纵梁混凝土及施工荷载
33.942kN
8
●
●
●
5
中纵梁自重
1.128kN
13
●
6
中纵梁混凝土及施工荷载
12.612kN
13
●
●
●
7
前托梁自重
0.99kN/m
1
●
8
其它荷载
3.423kN/m
1
●
9
侧模、底模自重和
126.776kN
1
●
●
采用SAP2000计算,具体计算结果见表2。
其中最大相对位移指扣除吊带伸长后前托梁的最大节点位移。
表2前托梁计算成果表
序号
项目
单位
数值
工况1
工况2
工况3
1
支点反力
节点2
kgf
15875.549
24726.631
13196.612
节点11
17926.525
15770.651
26030.361
节点19
17926.525
14600.432
16350.233
节点28
15875.549
12505.887
12026.393
2
最大相对位移
cm
-0.16
-0.24
-0.26
3
最大弯矩
kgf.cm
902372.93
前托梁最大支点跨度301cm,挠度1/1157,强度
(可)。
4.4后托梁
外侧两个支点为后吊带,内侧两个支点为后锚杆,均按弹簧支撑计算。
后吊带弹簧系数K1=76515kgf/cm,后锚杆采用T65×10,截面有效面积A=22.9cm2,锚杆工作长度200cm,弹簧系数
。
后托梁截面几何特性:
A=158.44cm2,I=24570cm4,W=1616cm3。
后托梁荷载:
⑴外侧模荷载:
①外侧模重量:
1.05×6443.526/2=3382.851kg=33.829kN;
②翼缘板钢筋混凝土重量+施工荷载(0.1kN/m2):
1.05×(1.0725×4.0×25+2.75×4.0×0.1)/2=56.884kN;
⑵边纵梁后支点反力:
①自重:
112.771kgf=1.128kN;
②混凝土及施工荷载:
3472.071kgf=34.721kN。
⑶中纵梁后支点反力:
①自重:
1.128kN;
②混凝土及施工荷载:
1287.806kgf=12.878kN。
⑷后托梁自重:
7.850×10-3×158.44×1260=1567.130kgf=15.671kN,均布荷载1.244kN/m;
⑸其它荷载:
①侧工作平台纵梁,203.066/2=101.533kgf;
②侧模顶梁:
740.428/2=370.214kgf;
③底模面板:
2245.1/2=1122.55kgf;
④中纵梁:
19.261×13/2=125.1965kgf;
⑤边纵梁:
36.669×4/2=73.338kgf;
⑥后托梁:
272.028kgf;
合计:
2064.860kgf=20.649kN。
荷载组合:
⑴工况1:
挂篮底模、侧模自重全部平均分配在后托梁上。
设这些荷载均匀分布在后托梁中部670.8cm宽范围内,则2064.860/670.8=3.078kgf/cm=3.078kN/m。
荷载布置见图7。
⑵工况2:
挂篮底模、侧模自重全部由外侧一根吊带承受,则吊带处受集中力:
33.829×2+1.128×8+1.128×13+15.671+20.649=127.666kN。
⑶工况3:
挂篮底模、侧模自重全部由内侧一根锚杆承受,则锚杆处受集中力127.666kN。
表3荷载组合表
序号
荷载名称
数值
数量
工况1
工况2
工况3
荷载号
1
外侧模重量
33.829kN
2
●
2
外侧模混凝土及施工荷载
56.884kN
2
●
●
●
3
边纵梁自重
1.128kN
8
●
4
边纵梁混凝土及施工荷载
34.721kN
8
●
●
●
5
中纵梁自重
1.128kN
13
●
6
中纵梁混凝土及施工荷载
12.878kN
13
●
●
●
7
后托梁自重
1.244kN/m
1
●
8
其它荷载
3.078kN/m
1
●
9
侧模、底模自重和
127.666kN
1
●
●
图7后托梁荷载分布图(工况1)
采用SAP2000计算,具体计算结果见表4。
其中最大相对位移指扣除支点位移后后托梁的最大节点位移。
表4后托梁计算成果表
序号
项目
单位
数值
工况1
工况2
工况3
1
支点反力
节点2
kgf
4906.457
16316.671
3888.640
节点10
29424.424
24630.864
36548.695
节点20
29424.424
23944.623
24595.721
节点28
4906.457
3769.443
3628.546
2
最大相对位移
cm
-0.38
-0.34
-0.36
3
最大弯矩
kgf.cm
1293330.32
后托梁支点最大间距415cm,挠度1/1092,强度
(可)。
5吊带
吊带及销子全部采用40Cr,执行标准JB/ZQ4288,试样尺寸≤100mm时,σs=540MPa。
强度安全系数K=3.0,则[σ]=180MPa,[τ]=104MPa,[σc]=270MPa。
吊耳钢板采用Q235C级,执行标准GB/T700-1988,试样尺寸>16~40mm时,σs=225MPa。
强度安全系数K=3.0,则[σ]=75MPa,[σc]=112.5MPa。
5.1前托梁、后托梁外侧吊带
单吊带采用δ24钢板,双吊带采用δ12钢板,宽度130cm。
吊带最大外荷载26030.361kgf;吊带自重:
(0.02+2×0.012)×0.13×7.0/2×7850=157.157kgf,则吊带总荷载:
26187.518kgf。
前托梁吊点位置有4cm摆幅,吊带长700cm,则产生的水平推力为:
26187.518×4/700=149.643kgf。
但此水平推力不影响吊带轴向力。
5.1.1吊带销
吊带销φ40,双剪,
(可)。
局部承压:
,
(可)。
5.1.2吊带
吊带开φ41孔,则吊带最小宽度:
2×1.5×41=123mm,取吊带宽度130mm,则截面有效面积:
,应力:
(可)。
5.2吊耳
5.2.1吊耳销
吊耳销材质、直径同吊带销。
5.2.2吊耳钢板
吊耳钢板采用δ30板,局部承压:
(可)。
取吊耳钢板宽度130mm,则有效面积:
应力:
(可)。
5.2.3吊耳吊带
吊耳吊带板厚30mm,其余同托梁吊带。
吊耳吊带一偏心距2.4cm,由此产生的应力:
(可)。
5.3后锚杆
后锚杆有一偏心矩4.6cm后锚杆采用T65×10,截面有效面积A=22.9cm2,应力:
(可)。
螺纹旋合4扣,旋合安全性:
。
6内模
6.1骨架
每一榀骨架分担顶板混凝土0.621m长,荷载q1=25×2.1×0.621/5.5=5.928kN/m;施工荷载(0.1kN/m2)q2=0.1×0.621=0.062kN/m;混凝土侧面压力q3=25×(0.6+0.65)×0.621=19.406kN/m。
荷载布置见图8。
图8骨架荷载布置图
骨架[10最大应力发生在支撑铰耳的弦杆处,为32.023MPa。
可调板受力N=1546.42kgf,M=591.72kgf.cm;支撑总成受力905.51kgf,连接铰耳受力234.27kgf。
可调板A=8×1.2-π×1.8*2/4.0=7.055cm2,W=1.2×82/6=12.8cm3,σ=26.542MPa;支撑总成M30螺杆有效面积As=5.189cm2,σ=17.451MPa;连接铰耳M22螺栓,有效面积As=2.815cm2,τ=8.322MPa。
7内滑梁及吊杆
7.1内滑梁
内模自重34.422kN,顶板混凝土自重25×2.1×4/4=210kN,施工荷载(0.1kN/m2)分布在5.5m×4m范围内,则0.1×5.5×4=2.2kN。
工况1:
施工状态,荷载包括内模自重、顶板混凝土自重、施工荷载,合计246.622kN,分配在8个滚轮上,则每个滚轮承受荷载30.828kN。
工况2:
走行状态,荷载包括内模自重,分配在8个滚轮上,则每个滚轮承受荷载4.303kN。
荷载布置见图9,计算结果见表5。
图9内滑梁荷载工况图
表5内滑梁计算成果表
工况
应力
(MPa)
变形
反力(kN)
位移(cm)
挠度
前吊点
中吊点
后吊点
工况1
73.119
0.9
1/551
62.455
68.085
工况2
42.231
1.6
1/560
12.269
12.171
7.2内滑梁吊杆
内滑梁吊杆采用T60×9螺纹,φ63杆,Q235。
8前横梁
图10前横梁荷载布置图
前横梁荷载组合有两大类共5个,分别是:
⑴施工状态:
工况1:
挂篮底模、侧模自重全部平均分配在前托梁上;
工况2:
挂篮底模、侧模自重全部由边侧一根吊带承受;
工况3:
挂篮底模、侧模自重全部由内侧一根吊带承受。
⑵走行状态:
工况4:
挂篮底模自重全部由边侧一根吊带承受:
1.128×8+1.128×13+12.469+22.961=59.118kN;
工况5:
挂篮底模自重全部由内侧一根吊带承受。
荷载及组合见表6。
表6荷载组合表
序号
荷载名称
数量
工况1
工况2
工况3
工况4
工况5
1
N2
1
15875.549
24726.631
13196.612
5911.8
2
N11
1
17926.525
15770.651
26030.361
5911.8
3
N19
1
17926.525
14600.432
16350.233
4
N28
1
15875.549
12505.887
12026.393
5
N内
2
6245.5
6245.5
6245.5
1226.9
1226.9
计算结果见表7。
表7前横梁计算成果表
荷载组合
位移(cm)
反力(kgf)
弯矩(kgf.cm)
节点6
节点3
节点9
COMB1
-0.36
40047.580
40047.580
2612352.500
COMB2
-0.26
48192.655
31901.944
-2114126.750
COMB3
-0.48
43227.262
36867.329
3589288.750
COMB4
0.01
7981.132
384.469
-505458.91
COMB5
-0.1
5665.676
2699.924
847018.61
极值
-0.48
48192.655
40047.580
3589288.750
挠度1/1200,抗弯模量W=133832/22=6083cm3,应力σ=3589288.75×10-1/6083=59.005MPa。
9侧模横梁
图11侧模横梁荷载布置图
侧模横梁有三个工况:
工况1:
施工状态,承受翼缘板钢筋混凝土重量:
1.0725×4.0×25/2=53.625kN;施工荷载(0.1kN/m2):
2.75×4.0×0.1/2=0.55kN,合计N=54.175kN。
工况2:
挂篮走行状态,承受侧模自重N=64.435kN。
工况3:
施工状态,承受翼缘板钢筋混凝土重量、侧模自重,为最不利状态。
N=118.61kN。
下横梁采用2[22b,A=72.48cm2,I=5142.6cm4,W=467.6cm3;斜杆采用φ63圆钢,A=31.17cm2。
计算结果见表8。
表8侧模横梁计算成果表
荷载
组合
位移(cm)
反力(kgf)
内力
节点2
节点4、8
节点5、9
结构部位
轴力(kgf)
弯矩(kgf.cm)
COMB3
1.0
-119.435
12447.819
对拉杆
20337.51
7377.35
斜拉杆
23819.72
2066.48
横梁
-20337.51
-178489.86
COMB2
0.6
73.859
6837.025
下横梁
10后托梁横梁
后托梁外侧吊带施工时最大荷载N=16316.671kgf,走行时最大载荷N=5911.8kgf。
计算模型见图12。
下横梁A=136.47cm2,I=13612cm4,W=1134cm3。
计算结果见表9。
图12后托梁横梁荷载布置图
表9后托梁横梁计算成果表
荷载
组合
位移(cm)
反力(kgf)
弯矩(kgf.cm)
轴力(kgf)
节点4
节点5
节点2
RX
RY
RX
RY
下横梁
斜杆
下横梁
斜杆
COMB1
1.1
-14440.50
-1675.77
14440.50
18423.63
-491424
2646.3
-14440.5
23408.50
COMB2
0.4
-5359.65
-519.68
5359.65
6862.66
-179278
2646.3
-5359.7
8707.55
下横梁
。
下横梁与主构架纵梁连接螺栓强度:
共4个M20普通C级螺栓,单个螺栓受剪的承载力设计值
,合计176kN=17600kgf。
11主构架
主构架前端受端横梁传递的荷载,中间受侧模横梁传递的荷载,立柱上受底模后托梁外侧吊带横梁传递的荷载。
有三个工况:
⑴施工、⑵走行开始、⑶走行结束。
荷载及组合见下表10。
工况1荷载布置见图12、工况2荷载布置见图13、工况3荷载布置见图14。
计算结果见表11,工况1变形见图15、工况2变形见图16、工况3变形见图17。
表10主构架荷载组合表(kgf)
节点号
荷载类型
工况1
工况2
工况3
2
后托梁横梁
-18423.63
-6862.66
-6862.66
3
侧模横梁斜杆
-12447.819
-6837.025
-6837.025
5
前横梁/2
-24096.328
-3990.566
-3990.566
7
前横梁/2
-24096.328
-3990.566
-3990.566
12
侧模横梁水平横梁
119.435
-73.859
-73.859
图12工况1荷载布置
图13工况2荷载布置
图14工况3荷载布置
图15工况1变形图
图16工况2变形图
图17工况3变形图
表10主构架计算成果表
项目
单位
作用位置
工况1
工况2
工况3
变形
cm
前横梁支点处挠度
节点5
-2.1
-0.2
-1.2
节点7
-1.9
-0.2
-1.1
反力
kgf
前走行轮架
RY
节点9
17740.0+519.68
钢支墩、前走行轮架
RX
节点17
0
RY
0.12530E+06+1675.77
38795.0+519.68
施工后锚点
RY
节点20
-8735.5
节点23
-11020.0
节点26
-13377.0
节点29
-15043.0
后走行轮架
RY
节点20
8317.2+519.68
压轮
RY
节点44
-12738.0
尾端锁定
RX
节点51
0
0
内力
kgf、kgf.cm
纵梁悬臂段
N
单元5~8
0
0
0
M
0.21728E+07
0.36351E+06
0.36351E+06
纵梁前段
N
单元9~17
-59265.0
-804.13
-12767.0
M
0.75533E+06
0.88419E+06
0.46858E+06
Q
单元17
38795.0
纵梁后段
N
单元18-21(施工)
单元18-29(走行)
-58327.0
-821.79
-12768.0
M
0.75547E+06
-0.42941E+06
0.58807E+06
立柱
N
单元4
-0.12365E+06
-11216.0
-33224.0
M
0.28731E+06
52686.0
0.11960E+06
前斜杆
N
单元2、3
82047.0
-3359.0
19642.0
M
-0.14175E+07
-0.99089E+06
-0.62547E+06
后斜杆
N
单元1
74874.0
1237.3
16562.0
M
-68930.0
-45815.0
-74434.0
11.1施工后锚点、压轮锚杆
施工后锚点、压轮锚杆采用竖向预应力钢筋做锚杆。
竖向预应力钢筋φ32精轧螺纹钢筋,[σ]=675MPa,A=8.042cm2。
最大荷载15043kgf,σ=15043
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- 关 键 词:
- 悬臂梁 施工 三角 挂篮 结构 强度 验算 某跨河桥