主桥悬臂挂篮施工计算书 ——浙江宝佳力规范

主桥悬臂挂篮施工计算书
计算书主桥悬臂挂篮施工计算书
桥梁工程 · 悬臂浇筑

主桥悬臂挂篮施工计算书

— 矮塔斜拉桥主梁 · 三角挂篮强度/刚度/稳定性验算 —

(以下计算仅供参考,具体执行以现行最新规范为准)

一工程概况

主桥为(93+155+93)m 预应力混凝土矮塔斜拉桥,主梁采用单箱五室断面:箱梁顶板宽 34.5 m,单侧悬臂长 4.0 m,跨中箱梁底板宽 23.5 m,墩根处箱梁底宽 18.987 m;外侧腹板为斜腹板,厚 45~70 cm,内侧为直腹板,厚 45~70 cm;底板厚度由箱梁根部 120 cm 渐变至中跨、边跨等高梁段处的 25 cm;顶板厚 28 cm,中室顶板加厚为 50 cm。

箱梁 0# 块长 11 m;1#~5# 块长 3 m,其中 1# 节段最重,重 351.1 t;6#~19# 块长 4 m,其中 6# 节段最重,重 381.8 t;中跨、边跨合龙段长 2.0 m。

每套挂篮由 6 片主桁组成,分别布置于各箱梁腹板处,主桁间距依次为 5.835 m、5.5 m、3 m、5.5 m、5.835 m。

主桁杆件采用 2[40b 槽钢上下翼缘加焊 10 mm 钢板;前、后下横梁采用 2[40b 槽钢上下翼缘加焊 10 mm 钢板;前上横梁采用 2HM588×300 型钢;外侧外模导梁采用 2[40b / 2[36b(2[36b 上下贴 10 mm 板件);内侧外模导梁及下导梁采用 2HN400×200 型钢;底模纵梁采用 HN400×200 型钢。底模平台、内外模吊挂及主桁后锚固均采用 φ32 mm、PSB785 级精轧螺纹钢筋。本桥悬浇挂篮为三角挂篮,其布置见图 1、图 2。

图 1 挂篮立面布置图
图 2 挂篮横断面布置图(1-1、2-2 剖面)

二编制依据

(1)本桥桥梁设计图纸;(2)现场实际条件及建设单位要求。

主要规范:《公路桥涵施工技术规范》《钢结构工程施工及验收规范》《公路钢结构桥梁设计规范》。

主要参考资料:《简明施工计算手册》《路桥施工计算手册》《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》及其它现行国家规范、规程。

三计算参数

3.1 主要技术参数

强度、稳定性按极限状态法计算。

Q235 钢:容许弯曲应力 [σ] = 190 MPa,容许剪应力 [τ] = 110 MPa;销轴 45# 钢:[σ] = 360 MPa,[τ] = 196 MPa;精轧螺纹钢筋 PSB785:f = 785 MPa;混凝土容重取 26 kN/m³,钢材弹性模量 Es = 2.06×10⁵ MPa。

3.2 计算荷载

混凝土荷载:单跨单侧悬浇共 19 个节段,1#~5# 块每段长 3.0 m,6#~19# 块每段长 4.0 m;1# 块(3.0 m 段最重)重 351.1 t,6# 块(4.0 m 段最重)重 381.8 t。

施工荷载按 2.5 kN/m² 计;模板荷载按 2.0 kN/m² 计。

3.3 荷载组合

标准组合:混凝土浇筑工况为 1.2×挂篮自重 + 1.4×(混凝土荷载+模板荷载+施工荷载);挂篮走行工况为 1.35×挂篮自重 + 模板荷载。

基本组合:1.0×挂篮自重 + 1.0×(混凝土荷载+模板荷载+施工荷载)。

强度、稳定性按标准组合计算,刚度按基本组合计算,挂篮走行按标准组合验算。

3.4 挂篮验算准则

挂篮为重要临时结构,其设计验算准则为:工作状态下应同时满足强度、刚度及稳定性要求。

四三角挂篮计算过程

4.1 内力符号规定

轴力以拉力为正、压力为负;应力以拉应力为正、压应力为负。

4.2 主梁 1# 块悬浇施工挂篮强度计算

4.2.1 计算模型

根据施工设计图,采用 Midas/Civil 对挂篮整体建模计算,整体模型见图 3。

图 3 挂篮整体计算模型

4.2.2 底模纵梁强度

底模纵梁组合应力及剪应力计算结果见图 4。

图 4 底模纵梁组合应力图(上)与剪应力图(下)

纵梁受力:σ = 133 MPa < [σ] = 190 MPa,τ = 46 MPa < [τ] = 110 MPa;最大相对变形 Δl = 6.5 mm < 5000/400 = 12.5 mm,满足要求。

4.2.3 前、后下横梁强度

前、后下横梁组合应力及剪应力计算结果见图 5、图 6。

图 5 前、后下横梁组合应力图
图 6 前、后下横梁剪应力图

下横梁受力:σ = 96.3 MPa < [σ] = 190 MPa,τ = 30 MPa < [τ] = 110 MPa;最大相对变形 Δl = 12 mm < 4050/200 = 20.25 mm,满足要求。

4.2.4 前、后吊挂(吊杆)强度

前、后吊杆轴力计算结果见图 7。

图 7 吊杆轴力图(kN)

吊杆最大拉力 F = 347 kN。吊杆采用 φ32 精轧螺纹钢筋,按 2 倍安全系数复核:

k = 785 ÷ [ 347×10³ / (π×16²) ] = 1.81 < 2,PSB785 不满足;

建议吊杆改用 PSB930 级 φ32 精轧螺纹钢筋:

k = 930 ÷ [ 347×10³ / (π×16²) ] = 2.15 > 2,满足要求。

4.2.5 前上横梁强度

前上横梁组合应力、剪应力及节点内力计算结果见图 8、图 9。

图 8 前上横梁组合应力图(上)与剪应力图(下)
图 9 前上横梁节点内力图

前上横梁受力:σ = 39 MPa < [σ] = 190 MPa,τ = 22 MPa < [τ] = 110 MPa;最大相对变形 Δl = 1 mm < 5500/400 = 13.75 mm,满足要求。

4.2.6 主桁强度

主桁轴力、弯矩计算结果见图 10,主桁各杆件内力见表 1。

图 10 主桁轴力图(上)与弯矩图(下)
表 1 主桁内力及截面参数表
杆件弦杆立杆前斜杆后斜杆
轴力(kN)-596(压)-1081(压)777(拉)816(拉)
弯矩(kN·m)-131-8675
截面积 A(mm²)16608166081660816608
抗弯模量 W(mm³)1864431186443118644311864431

(1)前、后斜杆最大拉应力:

σ = N/A = 816×10³ / 16608 = 49.1 MPa < [σ] = 190 MPa,满足要求。

(2)立杆、弦杆稳定性计算:

长细比 λ = l/i = 4000/149 = 26.8,φ = 0.9471;

截面塑性发展系数 γx = 1.15,等效弯矩系数 βmx = 1;

N'Ex = π²EA/(1.1λx²) = π²×2.06×10⁵×16608/(1.1×26.8²) = 42739 kN。

立杆稳定应力:

σ = N/(φxA) + βmx·Mx / [γx·Wx·(1-0.8N/N'Ex)]

= 1068×10³/(0.9471×16608) + 86×10⁶/[1.15×1864431×(1-0.8×1068/42739)] = 109 MPa,满足要求。

弦杆稳定应力:

= 575×10³/(0.9471×16608) + 131×10⁶/[1.15×1864431×(1-0.8×588/42739)] = 98 MPa,满足要求。

(3)主桁前端最大变形 8.7 mm,竖向位移见图 11。

图 11 主桁竖向位移图(mm)

经计算,主桁最大变形 Δl = 8.7 mm < 5000/400 = 12.5 mm,变形满足要求。

(4)杆件开孔削弱处承载力:斜杆销轴开孔直径 102 mm,销轴直径 100 mm,补强板厚 δ = 20 mm。开孔削弱处最大拉应力:

σ1 = F1/A1 = 1081×10³ / [2×(300-102)×20 + 2×(400-102)×12.5] = 70.3 MPa < [σ] = 190 MPa,满足。

斜杆孔壁销轴承压:

σ1′ = F1/A1′ = 1081×10³ / [100×(40+2×12.5)] = 167 MPa < 300 MPa,满足。

(5)销轴检算:销轴直径 φ100 mm,材质 45#,按双剪设计,[τ] = 196 MPa。

τ = (4/3)·F/A = (4/3)×1081×10³ / (π×50²×2) = 92.2 MPa < [τ],满足要求。

4.2.7 后锚梁强度

主桁架后锚支点反力见图 12。后锚梁最大受力 73 t,结构为 2×2 根 [28b 槽钢,截面参数见表 2。

图 12 后锚支点反力图(t)
表 2 2[28b 截面参数表(mm)
参数数值
截面积 A(mm²)9031.35
强轴惯性矩 Ix(mm⁴)1.0098×10⁸
弱轴惯性矩 Iy(mm⁴)1.1761×10⁷

(另:抗弯模量 Wx = 721295 mm³、Wy = 128568 mm³,半截面静矩 Sx* = 433970 mm³,腹板厚 9.5 mm。)

最大弯曲应力:

σ = M/W = 0.25×73×0.6×10⁷ / (2×721295) = 76 MPa < [σ] = 190 MPa,满足。

最大剪应力:

τ = Q·Sx*/(Iz·b) = 0.5×73×10³×433970 / (2×1.0098×10⁸×2×9.5) = 41.3 MPa < [τ] = 110 MPa,满足。

4.2.8 后锚固筋强度

单根后锚固筋最大轴向拉力为 73 t,后锚固筋均采用 φ32 精轧螺纹钢筋,按 2 倍抗倾覆安全系数复核:

k = 785 ÷ [ 73×10⁴ / (4×π×16²) ] = 3.45 > 2,满足要求。

4.2.9 外模导梁计算

外模导梁组合应力及剪应力见图 13。

图 13 外模导梁组合应力图(上)与剪应力图(下)

外模导梁受力:σ = 102 MPa < [σ] = 190 MPa,τ = 19 MPa < [τ] = 110 MPa;最大相对变形 Δl = 7 mm < 5000/400 = 12.5 mm,满足要求。

4.2.10 挂篮变形

挂篮整体竖向变形计算结果见图 14。

图 14 挂篮整体变形图(mm)

挂篮最大变形为 16.7 mm,满足要求。

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