【40+72+40m连续箱梁菱形挂篮midas计算分析报告书】midas小箱梁

　 

　改建铁路宁启线南京至南通段复线电气化改造工程

　中铁二十局海洋铁路项目

　40+72+40m连续箱梁

　菱形挂篮计算分析报告

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　 XX桥梁建设有限公司

　20XX年X月

　目录

　1. 工程概述和计算依据 1

　1.1工程概况 1

　1.2基本资料 1

　1.3计算说明 1

　1.4计算参数 1

　1.5计算模型 2

　1.6菱形挂篮结构计算空间模型 3

　1.6.1挂篮主要技术参数 3

　1.6.2挂篮设计基本参数 3

　2 荷载计算 3

　2.1.1 底篮纵梁模型分析计算 3

　2.1.2 底篮平台模型受力分析 6

　2.2 内外导滑梁计算 10

　2.2.1外滑梁计算 10

　2.2.2内滑梁计算 15

　2.3横梁计算 21

　2.3.1下横梁验算 21

　2.3.2前上横梁内力验算 25

　2.4挂篮主桁竖向变形 28

　2.5挂篮主桁内力 29

　2.6挂篮主桁构件强度、稳定性分析 33

　2.6.1挂篮主桁杆件承载力计算 33

　2.7吊杆验算 34

　2.8挂篮行走验算 36

　2.8.1挂篮行走验算 36

　2.8.2反扣轮验算 38

　2.9主桁抗倾覆稳定性计算 40

　3结论 42

　1. 工程概述和计算依据

　1.1工程概况

　主桥上部采用（40+72+40）m两跨预应力混凝土连续箱梁。箱梁断面为单箱单室直腹板断面。箱梁顶宽7.0m，底宽4.0m，翼缘板宽1.5m，根部厚75cm，腹板厚40cm～80cm，底板厚度为40cm～80cm，悬浇段顶板厚度32cm。

　箱梁0#块在托(支)架上施工，梁段总长10m，边、中合拢段长为2m；挂篮悬臂浇筑箱梁1#～5#块段长3.0m，6#～7#块段3.5m，8#～9#块段4.0m，箱梁悬臂浇注采用菱形挂篮进行施工。

　1.2基本资料

　主要规范标准

　《钢结构设计规范》

　(GB50017-2003)

　《公路桥涵施工技术规范》

　(JTG/T F50-2011)

　《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》

　(JTJ025-86)

　1.3计算说明

　 根据设计图纸，对挂篮的主要构造进行了空间建模，采用通用有限元分析程序SAP2000进行空间分析。

　 计算中对传力作了如下的假定：

　（1）箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外导梁、外滑梁分别传至前一节段已施工完的箱梁翼板和挂篮主桁的前上横梁承担。

　（2）箱梁顶板砼、内模支架、内模重量通过内滑梁分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。

　（3）箱梁底板、腹板砼及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。

　1.4计算参数

　钢材弹性模量：E=2.06e5 MPa { GB50017-2003

　表3.4.3}

　密度：γ=7850 Kg/m3 { GB50017-2003

　表3.4.3}

　泊松比：μ=0.3

　{ JTJ041-2000}

　线膨胀系数：α=0.000012 { GB50017-2003

　表3.4.3}

　钢材按容许应力取值，临时结构提高30% { JTJ025-86

　表1.2.10}

　1.5计算模型

　挂篮结构计算模型见下图，包括主桁架、立柱间横向连接系、前上横梁、底篮、导梁等所有的承重系统。

　 1.6菱形挂篮结构计算空间模型

　1.6.1挂篮主要技术参数

　悬臂浇注箱梁梁段最大重量：98t（1＃节段）

　悬臂浇注箱梁梁段最大分段长度：4.0m

　悬臂浇注梁段高度：5.346m

　挂篮计算取箱梁不同节段长最重块段验算，分别取（1#、6#、8#块段进行验算）。

　1.6.2挂篮设计基本参数

　（1）梁段混凝土重量：2.65t/m3。

　（2）人群及机具荷载取2.5 KPa。

　（3）超载系数取1.05；

　（4）新浇砼动力系数取1.2；

　（5）挂篮行走时的冲击系数取1.3；

　（6）抗倾覆稳定系数2.0；

　（7）荷载组合：

　①砼重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数 (强度计算)

　②砼重+挂篮自重 (刚度计算)

　③挂篮自重+冲击附加系数(行走稳定性)

　2 荷载计算

　2.1.1 底篮纵梁模型分析计算

　1#块底板纵梁（箱梁两腹板中间段截面）高侧受力分析

　1#块底板纵梁（箱梁两腹板中间段截面）低侧受力分析

　1#块底篮腹板纵梁（箱梁腹板截面）高侧受力分析

　1#块底篮腹板纵梁（箱梁腹板截面）低侧受力分析

　6#块底板纵梁（箱梁两腹板中间段截面）高侧受力分析

　6#块底板纵梁（箱梁两腹板中间段截面）低侧受力分析

　6#块底篮腹板纵梁（箱梁腹板截面）高侧受力分析

　6#块底篮腹板纵梁（箱梁腹板截面）低侧受力分析

　8#块底板纵梁（箱梁两腹板中间段截面）高侧受力分析

　8#块底板纵梁（箱梁两腹板中间段截面）低侧受力分析

　8#块底篮腹板纵梁（箱梁腹板截面）高侧受力分析

　8#块底篮腹板纵梁（箱梁腹板截面）低侧受力分析

　2.1.2 底篮平台模型受力分析

　1#块底篮平台剪应力（单位：MPa）

　1#块底篮平台弯应力（单位：MPa）

　6#块底篮平台剪应力（单位：MPa）

　6#块底篮平台弯应力（单位：MPa）

　8#块底篮平台剪应力（单位：MPa）

　8#块底篮平台弯应力（单位：MPa）

　由计算模型可知：底纵梁受最大弯矩、最大剪力均在1#块，最大弯应力为：125.8MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，满足强度要求。

　最大剪应力为：28.2Mpa＜85Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。

　1#块底篮平台刚度（单位：mm）

　6#块底篮平台刚度（单位：mm）

　8#块底篮平台刚度（单位：mm）

　由计算模型可知：底篮平台最大挠度为17.5mm，满足规范及设计要求。

　2.2 内外导滑梁计算

　2.2.1外滑梁计算

　1#块外滑梁弯应力（单位：MPa）

　1#块外滑梁剪应力（单位：MPa）

　6#块外滑梁弯应力（单位：MPa）

　6#块外滑梁剪应力（单位：MPa）

　8#块外滑梁弯应力（单位：MPa）

　8#外滑梁剪应力（单位：MPa）

　由计算模型可知：外滑梁受最大弯矩、最大剪力均在8#块，最大弯应力为：89.2MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，满足强度要求。

　最大剪应力为：13.7Mpa＜85Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。

　1#块外滑梁刚度值（单位：mm）

　6#块外滑梁刚度值（单位：mm）

　8#块外滑梁刚度值（单位：mm）

　由模型计算可知，外滑梁最大挠度为14.2mm，满足规范及设计要求。

　2.2.2内滑梁计算

　1#块内滑梁剪应力（单位：MPa）

　1#块内滑梁弯应力（单位：MPa）

　6#块内滑梁剪应力（单位：MPa）

　6#块内滑梁弯应力（单位：MPa）

　8#块内滑梁剪应力（单位：MPa）

　8#块内滑梁弯应力（单位：MPa）

　由计算模型可知：内滑梁受最大弯矩、最大剪力均在8#块，最大弯应力为：82.7MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，满足强度要求。

　最大剪应力为：11.4Mpa＜85Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。

　1#块内滑梁刚度值（单位：mm）

　6#块内滑梁刚度值（单位：mm）

　8#块内滑梁刚度值（单位：mm）

　由计算模型可知：内滑梁最大挠度为12.97mm，满足规范及设计要求。

　2.3横梁计算

　2.3.1下横梁验算

　1#块下横梁剪应力（单位：MPa）

　1#块下横梁弯应力（单位：MPa）

　6#块下横梁剪应力（单位：MPa）

　6#块下横梁弯应力（单位：MPa）

　8#块下横梁剪应力（单位：MPa）

　8#块下横梁弯应力（单位：MPa）

　由计算模型可知：下横梁受最大弯矩、最大剪力均在1#块，最大弯应力为：22.5MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，满足强度要求。

　最大剪应力为：27Mpa＜85Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。

　1#块下横梁刚度值（单位：mm）

　6#块下横梁刚度值（单位：mm）

　8#块下横梁刚度值（单位：mm）

　由计算模型可知：下横梁最大挠度值为16.7mm，满足规范及设计要求。

　2.3.2前上横梁

　1#块前上横梁弯应力（单位：MPa）

　1#块前上横梁剪应力（单位：MPa）

　6#块前上横梁弯应力（单位：MPa）

　6#块前上横梁剪应力（单位：MPa）

　8#前上横梁弯应力（单位：MPa）

　8#块前上横梁剪应力（单位：MPa）

　由计算模型可知：下横梁受最大弯矩在8#块、最大剪力在6#块，最大弯应力为：55.5MPa＜1.3*145Mpa=188.5Mpa (容许抗弯)，满足强度要求。

　最大剪应力为：30.9Mpa＜85Mpa(容许抗剪)，满足强度要求。

　2.4挂篮主桁竖向变形

　1#块主桁变形图（单位：mm）

　6#块主桁变形图（单位：mm）

　8#块主桁变形图（单位：mm）

　由计算模型可知：主桁变形最大挠度值为10.1mm＜20mm，符合规范及设计要求。

　2.5挂篮主桁内力

　挂篮主桁施工荷载组合条件下内力（销结）

　1#块主桁杆件轴力图（单位：KN）

　6#块主桁杆件轴力图（单位：KN）

　8#块主桁杆件轴力图（单位：KN）

　1#块单片主桁后锚最大反力：395KN、前支点反力713.4KN

　6#块单片主桁后锚最大反力：400.6KN、前支点反力723.3KN

　8#块单片主桁后锚最大反力：468.9KN、前支点反力843.8KN

　单片主桁最大后锚反力在8#块，最大反力为468.9KN

　2.6挂篮主桁构件强度、稳定性分析

　2.6.1挂篮主桁杆件承载力计算

　菱形主桁架结构平面杆系共5根杆件，杆件截面2[32a。

　2.7吊杆验算

　1#块吊杆轴力图（单位：KN）

　6#块吊杆轴力图（单位：KN）

　2.8挂篮行走验算

　2.8.1挂篮行走验算

　挂篮行走时,前端还是通过前吊杆、导梁吊杆把底篮、翼板模板及顶板模板吊在前上横梁上；后端通过外滑梁吊住后下横梁（底篮），翼板、顶板模板后端吊要己浇筑完的箱梁。行走时后下横梁变换成了一根简支梁、跨径8m。内外滑梁为

　一简支梁，随挂篮的行走跨径在不断变化(最大为9.8m)。内滑梁支承顶板、内滑梁支承侧模，外滑梁支承侧模。

　挂篮行走验算

　行走状态下应力图

　后下横梁组合应力最大为38MPa＜1.3*145MPa=188.5MPa

　滑梁组合应力最大为85.4MPa＜1.3*145MPa=188.5MPa

　行走吊杆最大拉力为30KN，满足要求；其余吊杆最大拉力41.5KN，满足要求。

　2.8.2反扣轮验算

　①设计参数

　　　径向力 Fr=22750 (N)

　　　轴向力 Fa=0 (N)

　　　轴颈直径 d1=60 (mm)

　　　转速 n=1 (r/min)

　　　要求寿命 Lh'=500 (h)

　　　温度系数 ft=1

　　　润滑方式 Grease=脂润滑

　②被选轴承信息

　　　轴承类型 BType=深沟球轴承

　　　轴承型号 BCode=6312

　　　轴承内径 d=60 (mm)

　　　轴承外径 D=130 (mm)

　　　轴承宽度 B=31 (mm)

　　　基本额定动载荷 C=81800 (N)

　　　基本额定静载荷 Co=51800 (N)

　　　极限转速(脂) nlimz=5000 (r/min)

　③当量动载荷

　　　接触角 a=0 (度)

　　　负荷系数 fp=1.2

　　　判断系数 e=0.16

　　　径向载荷系数 X=1

　　　轴向载荷系数 Y=0

　　　当量动载荷 P=27300 (N)

　　　轴承所需基本额定动载荷 C'=8482.745 (N)

　④校核轴承寿命

　 　 轴承寿命 Lh=448354 (h)

　 　 验算结果 Test=合格

　反扣轮轴验算

　2.9主桁抗倾覆稳定性计算

　P

　1、计算简图如下：

　P1

　2、浇注砼时的抗倾覆计算：根据计算结果，主纵梁后锚在浇注8#块4米节段砼时锚力最大，每个主桁架后锚力P1＝468.9KN

　由上图可计算出：倾覆力P=843.8-468.9=374.9KN

　倾覆弯矩M=P*L=374.9*5.3=1986.97KN.m

　后锚共设4根Φ32精轧螺纹筋，其抗力达到P1=4*500=2000KN

　抗倾覆弯矩M1=P1*L1=2000*4.05=8100KN.m

　主桁抗倾覆系数K=M1/M=8100/1987≈3.0＞2，满足规范要求。

　3、挂篮走行时的抗倾覆计算：根据走行工况计算结果，主纵梁后走反扣轮锚力N＝509.95/4=127.5KN, 由电算模型可知：倾覆力P=164.0KN

　M2=P*L=164.0*5.3=869.2KN.m

　反扣轮轴直径为60mm，材质为45#钢调质，受力模型为短悬臂梁，

　 单只轮子最大抗力Q=125*3*3.14*60*60/16=265KN

　则4只轮子抗倾覆力矩M=4*265*4.05=4293KN.M

　挂篮走行时的后锚力由滑道承受，滑道为钢板组焊H型构件，结构形式如下图：

　经计算W=1006016.8mm3

　滑道每隔240cm 有2根Φ32精轧螺纹锚筋，

　 另滑道梁受弯时能承受的向上的力为：

　单根P1=4σ1W/L=4*145MPa*1006016.8mm3/2.4m=243.1KN

　则滑道梁能承受的抗力取243KN

　抗倾覆弯矩M2=P1*L1=243*2*4.05=1968.3KN

　滑道抗倾覆系数为K=M2/M=1968.3/869>2，满足规范要求。

　反扣轮抗倾覆系数K=M2/M=4293/869>2，满足规范要求。

　基于前述计算，得到以下结论：

　挂篮主桁架，前横梁构件强度、刚度、整体稳定和局部稳定都能满足规范设计要求。

　挂篮钢吊带以及锚固系统验算表明，钢吊带以及后锚吊杆都能满足规范设计要求。

　3结论

　基于前述计算，得到以下结论：

　挂篮主桁架，前横梁构件强度、刚度、整体稳定和局部稳定都能满足规范设计要求。

　挂篮吊杆以及锚固系统验算表明，精轧螺纹钢吊杆以及后锚吊杆都能满足规范设计要求。

　挂篮行走验算表明，行走吊杆、反扣轮以及悬挑结构都能满足规范设计要求。