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1、60+100+60m 连续梁挂篮计算第 1 章 设计计算说明1.1 设计依据1 、（60+100+60）m 施工图纸。2 、 钢结构设计规范GB50017-2003 ；3 、 路桥施工计算手册；4 、 桥梁工程、 结构力学、 材料力学；5 、 机械设计手册；6 .2 工程概况本工程主桥桥跨组成为60+100+60m 的单箱单室双线连续梁。箱梁顶宽12m ， 翼缘板长 2.65m ，支点处梁高7.85m ，跨中梁高4.85m ，梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板厚100cm （支点）至60cm （跨中）折线变化，底板厚度为120cm （支点）至 40cm （跨中）按直线线性变化，顶板厚度为40c
2、m （支点）至64cm （跨中） 。箱梁0#块梁段长度为14m ，合拢段长度为2.0m, 边跨现浇直线段长度为9.75m ；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为4#块，其重量为159.625 吨，第一块重为154.778 吨。该特大桥箱梁悬臂浇注段采用菱形挂篮施工。7 .3 挂篮设计7.1.1 主要技术参数、钢弹性模量Es = 2.1 xi05MPa ;、材料强度设计值:Q235 钢 厚度或直径0 16mm , f=215N/mm 2, fv=125 N/mm 2Q345 钢 厚度或直径0 16mm , f=310N/mm 2, fv=180 N/mm 2厚度或直径 16 40mm , f=295N/m
3、m 2, fv=170 N/mm 27.1.2 挂篮构造挂篮为菱形挂篮，菱形架各杆件采用236b 普通热轧槽钢组焊，前横梁由2HN500X200 X10 X16热轧H型钢组焊，底托系统前托梁由2HN450 X200 X9X14热轧H型钢组焊，后托梁由2HN450 X200 X9X14热轧H型钢组焊，底纵梁由HN400 X200 X8 X13热轧H型钢组焊。主桁系统重13.99t、行走系统重4.33t、前横梁重4.05t、底托 系统重14.73t （含底模模板重量）、内模系统重5t （内模重量估算）、内滑梁及提吊系 统重 10t （吊杆重量估算）、侧模重13.2t ，整个挂篮系统约重65.3t
4、。7.1.3 挂篮计算设计荷载及组合、荷载系数考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数：1.05；浇筑混凝土动力系数：1.2；挂篮空载行走时的冲击系数1.3；浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0。恒载分项系数K1=1.2 ；活载分项系数K2=1.4 。、作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取4#块计算。 4#块段长度为3m ，重量为159.625t 计算；挂篮自重（不含行走及主桁架系统）： 46.98t ；、荷载组合荷载组合I:混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合厂挂篮自重+冲击附加荷载；荷载组合I用于主桁承重系统强度和稳定性计算，荷载组合n用于挂篮系
5、统行走算7.1.4 内力符号规定轴力：拉力为正，压力为负；应力：拉应力为正，压应力为负；其它内力规定同结构力学的规定第2章挂篮底托系统计算2.1 底纵梁计算2.1.1 腹板下纵梁的计算腹板下纵梁按1#梁段计算。1#梁段两端截面高度分别为7.193m和6.895m ,箱梁腹板厚1.0m，腹板每侧荷载由4根底纵梁承担，纵梁间距为0.28m。腹板处混凝土线荷载为：(7.193 6,895) 1 2.5q1 () 26 1.2 1.05 230.76kN/m2 2.5底模板重量按1.0kN/m 2计，底模板荷载为：q2 1.0*1.0* 1.2 1.2kN /m人群及机具荷载为：q3 2.5 1.0
6、1.4 3.5kN/m倾倒和振捣混凝土产生的荷载；q4 4 1.0 1.4 5.6kN/m1#块加强纵梁的荷载为：q q1 q2 q3 q4 24106 60.265kN/m44加强纵梁的受力及计算模型下图：止1：错加强纵梁受力计算图支点反力分别为:60.265 X 3.145 X 254.894工 95.07 KNfl4 =60.265 x 1.75 x 2.54.894=53.87KN最大弯矩:皿 (M1-012 +) = 53.87 X (1.012 +2.5 x 1.752 x 4.894=78.6KN/m底纵梁选用HN400 X200 X8X13,查表知其截面特性参数为:= 8192
7、 mm2 畋=H48243.4134 mm3 lx = 229648682.6875 mmAM 78.6 x IO tr.r = = 68.45MPu t = 210MPU弯曲应力：,印11482434134，满足要求；T195.07 X 10JT = -L-L= 1L61MP&= 125MPu剪切应力： 儿 8192，满足要求； 根据上述条件用力学软件 SMSOLVER （力学求解器）建力学模型并计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为:6 6 6.23mm 4895/400=12.235mm满足整体变形要求由以上计算可知，腹板下纵梁应力强度和变形条件均满足要求。2.1.2底板下纵
8、梁的计算底板下纵梁按4#梁段计算。计算混凝土厚度0.963m0.907m ,底板荷载由6根纵梁承担底板混凝土荷载：qi -26 1.2 1.05 147.03kN/m模板重量按1kN/m 2计，模板荷载为：q2 4.8 1 1.2 5.76kN / m人群及机具荷载：q3 4.8 2.5 1.4 16.8kN/m倾倒和振捣混凝土产生的荷载：q4 44.81.426.88kN/m每根底板下纵梁的荷载为：qq1q2q3q4196也32.75kN/m66根据上述条件建力学模型如下图所示：32.75KN/ma =5001395i_4? ,1-894底板下纵梁受力计算图支点反力分别为:做 32.75 x
9、 2.99S X 3Ra =SQA1KNA I4.89432.75 X 2 X 3 =4015K/V4.894最大弯矩:加 1、 L I=灭鼠 1012 +) = 40,15 x (1.012 +3x22 X 4.894=65.24KN/m底纵梁选用HN400 X200 X8X13,查表知其截面特性参数为:A = 8192 mm2% = 11482434134 nw?lx = 229648682.6875 mm4M65.24 X 106%, = = S6.82MPu f = 210MPu弯曲应力： 印1148243.4134，满足要求；It 58.11 x 103r = 7,09M& /= 1
10、25Mpu剪切应力： A 8192，满足要求； 根据上述条件用力学软件SMSOLVER （力学求解器）建力学模型并计算结果可得，纵梁在荷载作用下产生的最大竖向挠度为:二 4.09mm 4895/400=12.235mm,满足整体变形要求。由以上计算可知，腹板下纵梁应力强度和变形条件均满足要求。2.2 底托梁计算：（按4#梁段计算）2.2.1 浇注状态后托梁由底板下纵梁的计算可知，支座反力Ra=58.11KN , R b=40.15KN ,R40.15 100% 40.86%。因此前托梁近似承担底部荷载的 41%,后托梁Ra RB58.11 40.15承担底部荷载的59%。故在此只对后托梁在浇注
11、状态进行受力分析。对于4#梁段，取腹板的平均厚度为0.9m。则，腹板处混凝土线荷载为：（6.655 6.405） 0.9 3 ,2 26 1.2 1.05 192.53kN/m2 3模板重量按1.0kN/m 2计，模板荷载为:q2 1.0* 0.9* 1.2 1.08kN/m人群及机具荷载为:q3 2.5 0.9 1.4 3.15kN/m倾倒和振捣混凝土产生的荷载；q4 4 0.9 1.4 5.04kN /m则： q q q2 q3 q4201.8kN/m底纵梁自重：3.97KN故，对于后托梁：腹板处每根底纵梁的集中荷载：(201.8 3 3.97) 59% 121.4 kN 319647 3
12、底板处每根底纵梁的集中荷载：(3 3.97) 59% 60.3kN6后托梁自重产生的荷载为1.91KN/m假定底模承受的荷载完全由腹板两侧的吊杆承受，采用 SM-Slover计算后托梁(mm):60300 6030060300 0300 他逾1911.91 邛 I 1.91 pl II11 9191“uw皿皿皿向山山西山!曲炉Ini皿川山山叫一刖痂顿西西河嗔丽丽面两一20后托梁受力简图后托梁弯矩图(单位：N mm)后托梁剪力图（单位:N）苞丁丁要T1/户g 6 FLFi整弃产般噌霭;后托梁位移示意图后托梁由2HN450 X200 X9X14热轧H型钢组成， 截面形式如下图所示:S701LCII
13、后托梁型钢组合截面查表可知型钢组合截面特性参数为:A - 1847L5046 mm2 28004447622 mm3 /- = 630100071.5 mm4由弯矩图可知最大弯矩:1 169562550Oy. = 6055Mp ZlOMp弯曲应力：畋2800444.7622，满足要求。根据上述模型及力学求解器计算结果可知结点4处位移最大值:A : 5.875mm 12900/1000 = i29mm 满足要求。由以上计算可知，后托梁在浇注状态下，强度和刚度均满足要求2.2.2 浇注状态前托梁对于前托梁:腹板处每根底纵梁的集中荷载:201 8 3(- 3.97) 41% 84.37 kN底板处每
14、根底纵梁的集中荷载:19647 3(47 3 3.97) 41% 41.9 kN前托梁自重产生的荷载为1.8KN/m假定底模承受的荷载完全由腹板两侧的吊带承受，采用SM-Slover计算前托梁（mm）:7/3U位5 98 4以 111539酊3F3111。工98前托梁弯矩图（单位：N mm）前托梁剪力图（单位:N）7 S1 一或产中河娱门孤处心血“ 口癖晌翩碗;两0 20前托梁位移示意图前托梁由2HN450 X200 X9X14热轧H型钢组成， 截面形式如下图所示:570丽前托梁型钢组合截面查表可知型钢组合截面特性参数为:A = 18471.5046 mm2IVA = 28004447622改
15、 = 630100071.5 mm由弯矩图可知最大弯矩 :11115685621仃川=4L31Mp 210Mt?弯曲应力:%28。口444.7622，满足要求。根据上述模型及力学求解器计算结果可知结点 4处位移最大值:4 = 4,17mm 12900/1000 = 129mm 满足要求。由以上计算可知，前托梁在浇注状态下，强度和刚度均满足要求。2.2.3 吊带（杆）计算:假设前托梁所有荷载只由腹板两侧吊带承担，根据托梁剪力图，可得受力最大吊带（杆）受力值为:.5.4(： ; .8(;5。03。67.吊杆强度验算：吊杆用4 32mm精轧螺纹钢筋,R _ 300177.46A 803.84=373
16、.43Mp 560Mp，满足要求;吊带强度验算：吊带为25*150 ,采用16Mn材料。销轴孔 D50mm ,销轴小49.5mm ,采用40Cr材质。销孔壁承压:P 30017746o = = = 242.57Afp 1.4 cr = 280Mpd6 49.5 X 25,满足承压要求。销孔拉板计算:kP L4 x 300177,46=168.1Mp a = 0.85 x 215 = 182.75Mp二 二m上二，满足抗拉要求。销轴计算:销轴抗剪强度:P30017746t - k= 1,4 x= 109.24M/ 145 Mpnd23.14 x 49522 x 2 x44要求。2.2.4后托梁行
17、走工况:风载：1000 Pa ,取沿海地区最大风载荷。冲击荷载系数取1.3-if ”+卜 d = 底模模板何载：278 x 10 x 59%67底纵梁荷载：11 ：112576 X 10G- =X 1.3 = 2.4QN /mm底托自重:13500根据上述已知条件，建力学模型，采用 SM-Slover计算后托梁受力（mm）:Li网-皿山L3K1 旧 fZiTwaii 国网第蟒型蒯的踊鼻 热且 涮* 驰i 热奥 号便解釉麒麒勤 m ijsI id 曦| iy I iu ml 3jg I m I iliyl id idi的，叫四I油MILMUUU力加儿血毗”血I加血I懦加iJdlgM岫雌雌跚酬后托
18、梁受力简图后托梁弯矩图后托梁剪力图位移示意图兜2i R儿却驷地益解温7fl量HJftJan 时（OHijnr（I）pj nrm （i - tw（o）（b）（b）*W：-f前、后托梁由2HN450 X200 X9X14热轧H型钢组成， 截面形式如下图所示:570后托梁型钢组合截面查表可知型钢组合截面特性参数为:A = 184713046 mm2Wx = 28004447622= 630100071.5 mm4由弯矩图可知最大弯矩 :；.弯曲应力:max 194304213d川 =69.38Mp 210Mp股 2800444.7622，满足要求。最大剪应力:T147582.33丁= 2.5OA7p
19、 125Mp141847L5046 r yJ两足要求。根据上述模型及力学求解器计算结果可知结点 4处位移最大值: = 25mm 12900/500 =满足要求。由以上计算可知，后托梁在浇注状态下，强度和刚度均满足要求。其中：W = 6 = 4758233N,为上横梁的作用力。2.3前横梁 2.3.1前横梁浇注状态下受力计算（按 4#梁段计算）由浇注状态前托梁可知:Ra = 16987&54N,为上横梁作用力。= 213677.46 + 86500 =300177.46N% = Ra = 169878.S4/V（腹板外侧吊带作用力）p2 = = 300177,46/7 （腹板内侧吊带作用力）(1
20、0t+ 5t) x 10000（内模系统吊杆作用力）X 1.3 = 48750P产10114531N （侧模内侧吊杆作用力）P# 30212.24用（侧模外侧吊杆作用力）采用SM-Slover建立力学模型，计算前横梁（mm）:前横梁受力简图前横梁弯矩图产,口砌：1n才占h前横梁剪力图前横梁位移示意图材料：双HN500*200*10*16 的型钢，截面形式如下图所示:查表可知截面参数：4 = 22846.7259 mm2 吗=3827683.83 mm, /乂 = 956920957.5 mm由弯矩图可知最大弯矩：二327540685.4弯曲应力:r| 348927,46 + 301236J两足
21、要求。t=L_L= 28.46Mp 85Mp最大剪应力：4228467259，满足要求。根据上述模型及力学求解器计算结果可得最大变形在单元7处，最大变形为：& = 13A6mm 6100/250 = 24.4mm 满足要求。故，强度、刚度均满足要求。前横梁支座位置处的支座反力为：8H 348927.46 + 301236 = 650163.46N，为 菱形架的作用力。2.3.2前横梁行走状态下受力计算挂篮行走时，前横梁作用力为行走状态底托梁的反力：*品=475g2.33N ,为上横梁的作用力。采用SM-Slover建立力学模型，计算前横梁（mm）:前横梁受力简图前横梁剪力图前横梁位移示意图由弯
22、矩图可知最大弯矩 由七：=m 产弯曲应力:161779922=42.27Mp 21OMp加7两,83，满足要求。最大剪应力:r|47582.33任 =_= = 2.08Mp 8sMp8心 A 22846.7259J两足要求。根据上述模型及力学求解器计算结果可得行走时跨中最大变形为: = 3、74mm 6100/500 = 12.2mm 满足要求。悬臂端最大变形为：& = 1145mm 2739.74,满足抗倾覆要求!2.主构架各杆件计算按浇注4#节块时的状态计算，由力学计算软件计算杆件内力得:轴力图(KN)主构架各杆件采用236a组焊，组合后的型钢截面如图23所示:型钢截面截面参数如下:A=1
23、2011.7981mm 2Wx=1296440.9556mm3I=233359372.0000mm42.1 杆件强度计算 单元杆件3与单元杆件4均为受拉杆件，其中单元杆件4轴向拉力最大，N=1230.09KNN 1230.09 103N-102.41MPa 215MPaA 12011.79812.2 压杆稳定性计算单元杆件1、2、5均为受压杆件，其中单元杆件 5轴向压力最大，N=1207.77KN长细比l 1 6022imin 138.931343.34 60,属于强度问题。3.1.销轴抗弯强度验算1207.77 103-100.55MPa 215MPa12011.79812.3结构位移计算位
24、移图（单位：mm ）由力学计算软件计算可知，最大位移出现在主构架前端，最大竖向位移为17.9mm20mm,满足要求。由以上计算可知，主构架的各杆件强度及结构变形量均满足受力要求。3、主构架销轴计算销轴采用40Cr, 799销轴，其受力简图如下如25所示:12S0. 09/21230. 09/2主构架销轴受力简图M Fa1230.09 0.019 10.46KN m210.46 1063- 216.2MPa 406MPa ,故潴足要求。d3323.2.销轴抗剪强度验算：剪应力:1230.09 3V 10 2 125.52MPa 234MPa ,满足要求。A (d)223.3.节点板销孔承压计算节
25、点板板厚为20mm ,每块节点板单面焊20mm厚补强板，销孔直径D=80mm ,压力P=1230.09/2=615.05KN压应力:P 615.05 103 192.2MP 300MPa ,潴足要求。D 80 (20 20)3.4.杆件销孔承压计算槽钢腹板厚为9mm，槽钢腹板内侧焊25mm厚补强板，销孔直径 D=80mm ,压力P=1230.09/2=615.05KN压应力:3一 一. 226.12MP 300MPa ,满足要求。80 (9 25)4.挂篮空载行走时受力计算4.1 行走受力计算:挂篮空载前移时，只靠反扣轮及配重平衡其倾覆力，每个反扣轮的极限承载力为90.8KN 。挂篮的前横梁、
26、底模系、侧模、内模、端模、吊带系统以及操作平台等总重486.3KN ,设主构架前支点承受其中50%的荷载，故作用于主构架前支点的荷载为:% = 243.15*No挂篮前进时冲击荷载系数取1.3,主桁架含2片菱形架，故单个前支点荷载为:243.2 x 1.3F =工 158.08KN2主桁结构计算简图如下图所示,主构架行走工况受力计算模型图设后锚力为Q,则:158080 x 49Q = 166578.92/V4.65每片桁架后有两对反扣轮，则每个轮子承载的压力为:166.58=41.65KN 211.65/C/V,符合要求。4.2小车轮压的局部影响及计算:行走轨道为225b槽钢上焊有-20mm盖
27、板及-4mm厚不锈钢板，下焊有-10mm盖板，且两槽钢之间有横向加强筋，集中轮压P在腹板上边缘引起的局部挤压力悬臂梁计算：最大弯矩:M m5 x 0.08 三二七N 二3M 3.33 x 10fl(7 =10L9MPU 145MPa弯曲应力 吃 32678,满足要求。5.侧面吊架的计算侧面吊架上弦杆由120*120*6方管，下弦杆由220槽钢，月g杆由120*60*6方管 组焊而成。侧面吊架在挂篮行走时主要承受后托梁及相应的模板的重量，悬吊及操作平台按2.2t计算，荷载为P=(14.44+14.1+2.2)X10 X1.3/4=100KN ,侧面吊架与主构架之间是采用销轴连接。计算简图如下：图
28、30侧面吊架计算简图图31弯矩图(KN m)剪力图（KN）,.S.42I ,42-1H- S3轴力图（KN）a下弦杆计算6弯应力 w - . 71.15N/mm2 160N/mm2 ,满足要求。W 350656.7622Q 63 19 103cc剪应力 Q 63 11.11N/mm2 80N/mm2 ,满足要求。 A 5689.1055验算下弦杆的压杆稳定性，其轴力为N=178.43KN , . l 1 3400下弦杆的惯性半径为：* 78.51mm ,长细比 43.31imin 78.51查表并用内插法查得折减系数0.917一、一， N 一，由稳定条件p 7p可知:A187.83 103p
29、-A 0.917 5689.105536MPa 215MPa ,稳定性满足要求。b腹杆计算单元杆件9为受压杆件，轴向压力为 N=100.58KN ，惯性半径口.24mm长细比li r1 min1 16002466.67查表并用内插法查得折减系数0.823由稳定条件p p可知:AN 100.58 103pA 0.823 201660.62MPa 215MPa,稳定性满足要求。单元杆件10为受拉杆件，轴向拉力为 P=126.04KN ,则N 126.04 103A 201662.52MPa 215MPac上弦杆计算N 116.42 103A 273642.55MPa 215MPa,经验算符合要求。
30、位移计算图（mm）所以满足要求由力学求解器计算得纵向最大位移值为 3.3mm1200/250=4.8mm,e销轴强度计算抗剪强度计算：销轴采用40Cr,其许用剪应力刁=234 MPa,销轴直径采用D=39mm，按简支梁计算如下图所示:1 0tN187.83/2 仃1515178下弦杆销轴计算简图Q 4 0.5 187.83 1033.14 39278.66MPa 234Mpa ,满足受力要求。抗弯强度计算：按简支梁计算 MQa 0.5 187.83 0.015 1.41KN ?m3232M 1.41 106w242.23MpW 5821406Mp ,所以满足要求。、a, d33.14 3933W 5821mmf销孔孔壁挤压计算销孔的直径是D=40mm，下弦杆槽钢腹板厚度为9mm，腹板单侧焊接-10mm后补强板, 单侧所受实际剪力为Q=187.83/2=93.92KN3Q 93.92 10 123.58MP 300MPa ,满足强度要求。D 40 (9 10)