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1、 雅魯藏布江三號特大橋148m連續剛構三角形掛籃計算書計算： 復核： 審核： 北京博瑞模板腳手架有限責任公司2011年11月目 錄1.掛籃設計.21.1.三角形掛籃結構形式，主要性能參數及特點.21.1.1.掛籃總體結構.21.1.2.主要特點.7 1.1.3.主要技術性能及參數71.2.掛籃設計.71.2.1.設計依據.7 1.2.2.設計規范71.2.3.材料7 1.2.4.計算荷載71.2.5.主要技術指標71.2.6.計算工況91.2.7.結構計算91.2.8.計算成果.111.2.8.1.掛籃在工況一的總變形121.2.8.2.主桁架變形值121.2.8.3.主桁架內力、應力及穩定12、31.2.8.4.主桁架節點連接螺栓驗算191.2.8.5.主桁架整體線彈性屈曲穩定201.2.8.6.前上橫梁強度201.2.8.7.前上橫梁變形值211.2.8.8.底模平臺剛度211.2.8.9.底模平臺強度221.2.8.10.吊桿強度.231.2.8.11. 掛籃后錨抗傾覆系數的計算241.2.8.12.內外模走行梁工作狀態變形值.261.2.8.13.內外模走行梁工作狀態應力值.261.2.8.14.內外模走行梁走行最不利狀態變形值.271.2.8.15.內外模走行梁走行最不利狀態應力值.281.2.8.16.掛籃走行最不利狀后支座反力計算.291.2.8.17.后支座與主構架連接3、螺栓計算.291.2.8.18.后支座計算.301.2.8.19.軌道計算.311.2.8.20.錨固精扎螺紋鋼筋計算.321.3.結論.321.掛籃設計1.1.三角形掛籃結構形式，主要性能參數及特點1.1.1.掛籃總體結構掛籃由三角形主桁架、底模平臺、模板系統、懸吊系統、錨固系統及走行系統六大部分組成。圖1掛籃總體結構主桁架：主桁架是掛籃的主要受力結構。由2榀三角形主桁架、橫向聯結系組成。2榀主桁架中心間距為6.9m，高3.8米，每榀桁架前節點間距為5m，后節點間距均為4.6m，總長10.6m。桁架主桿件采用槽鋼焊接的格構式，節點采用承壓型高強螺栓聯結。橫向聯結系設于兩榀主桁架的豎桿上，其作4、用是保證主桁架的橫向穩定。圖2 主桁架底模平臺：底模平臺直接承受梁段混凝土重量，并為立模，鋼筋綁扎，混凝土澆筑等工序提供操作場地。其由底模板、縱梁和前后橫梁組成。底模板采用大塊鋼模板；其中邊縱梁采用雙I36b工字鋼組焊，中間縱梁采用單I36b工字鋼，橫梁采用雙槽鋼40b組焊。前后橫梁中心距為5.2m，縱梁與橫梁螺栓聯接。圖3 底模平臺模板系統:外側模的模板采用大塊鋼模板拼組，內模采用組合鋼模板拼組。外模板長度為4.3m。內模板為抽屜式結構,可采用手拉葫蘆從前一梁段沿內模走行梁整體滑移就位。圖4 外側模 圖5 內模懸吊系統：懸吊系統用于懸吊底模平臺、外模和內模。并將底模平臺、外模、內模的自重、梁5、段混凝土重量及其它施工荷載傳遞到主構架和已成梁段上。懸吊系統包括底模平臺前后吊桿、外模走行梁前后吊桿、內模走行梁前后吊桿、墊梁、扁擔梁及螺旋千斤頂。底模前后橫梁各設4個吊點，橫梁的吊點均采用雙32精軋螺紋鋼筋。底模平臺前端懸吊在掛籃前上橫梁上，前上橫梁上設有由墊梁、扁擔梁和螺旋千斤頂組成的調節裝置，可任意調整底模標高。底模平臺后端懸吊在已成梁段的底板上和翼緣板上。外模走行梁和內模走行梁的前后吊桿均采用單根32精軋螺紋鋼筋。其中外模走行梁前吊點與走行梁銷接，以避免吊桿產生彎曲次應力。錨固系統：錨固系統設在2榀主桁架的后節點上，共2組，每組錨固系統包括2根后錨扁擔梁、2根后錨橫梁、6根后錨桿。其作6、用是平衡澆筑混凝土時產生的傾覆力矩，確保掛籃施工安全。錨固系統的傳力途徑為主桁架后節點后錨橫梁后錨扁擔梁后錨桿箱梁頂板、翼板。圖6 主桁架后錨走行系統: 走行系統包括墊枕、軌道、前支座、后支座、內外走行梁、滾輪架、牽引設備。掛籃走行時前支座在軌道頂面滑行，聯結于主構架后節點的后支座反扣在軌道翼緣下并沿翼緣行走。掛籃走行由2臺YCL60型千斤頂牽引主桁架并帶動底模平臺和外側模一同前移就位。走行過程中的抗傾覆力傳力途徑為主桁架后節點后支座軌道墊枕豎向預應力粗鋼筋。內模在鋼筋綁扎完成后采用手拉葫蘆沿內模走行梁滑移就位。圖7 走行牽引裝置1.1.2.主要特點 三角形主桁架結構簡單，受力明確，重量輕、剛7、度大。 三角形掛籃重心低，掛籃的拼裝、使用、拆除安全、方便。 操作方便、安全，施工人員站在梁頂即可完成各項操作。 掛籃設計采用大型結構軟件進行整體三維空間分析，使用安全可靠。 可進行連體掛籃的施工。 掛籃的外模板采用大塊鋼模板，可保證箱梁混凝土外觀質量。 可變寬輕型門式內模框架，最大限度的保證箱內操作空間。 底模平臺高度小，可用于施工期間需控制橋下通航、通車凈空的懸灌梁橋的施工。 采用無平衡重液壓千斤頂牽引方式，走形平穩、安全。1.1.3.主要技術性能及參數： 設計梁段重：2190KN。 適用施工節段長：34m 適用梁體寬度（底/頂）：7.49m 適用梁高：5.811m 掛籃自重：650KN 8、走行方式：液壓千斤頂或手拉葫蘆牽引。 工作狀態傾覆穩定系數：3.7 走行狀態傾覆穩定系數：2.6 主構架前節點最大彈性變形：16.6mm1.2.掛籃設計1.2.1.設計依據 新建鐵路拉薩至日喀則線變更設計雅魯藏布江三號特大橋設計圖中鐵第一勘察設計院1.2.2.設計規范鐵路橋涵施工規范(TB10203-2002)客運專線鐵路橋涵工程技術指南(TZ2132005)鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范（TB10002.3-2005）鋼結構設計規范(GB5007-2003)建筑結構荷載規范(GB500092001)鋼結構高強螺栓連接的設計、施工、及驗收規程(JGJ82-91)鋼結構工程施工質量9、驗收規范(GB50205-2001)1.2.3.材料 鋼材：Q235B：用于除銷軸、吊桿以外的其它構件。40Cr號鋼：用于銷軸40Si2MnV(高強精軋螺紋鋼筋)：用于吊桿及錨桿。連接材料：10.9S級鋼結構用高強螺栓聯結副E43XX 焊條Er49-1 CO2氣體保護焊絲1.2.4.計算荷載1.2.4.1.混凝土容重: 2600KN/m31.2.4.2.混凝土超載系數: 1.051.2.4.3.鋼材容重: 78.5KN/m31.2.4.4.施工人員、材料、機具荷載: 1.0KN/m2,按梁段頂面積計算。1.2.4.5.風荷載：石首市50年一遇基本風壓為0.3KN/m21.2.4.6.混凝土灌注10、狀態動力系數取1.11.2.4.7.掛籃走行狀態動力系數取1.21.2.5.主要技術指標梁段長度：3m梁段重量：2190KN主構架前節點最大下撓值：2.0走行狀態抗傾覆系數：2.0 材料允許應力表1.鋼材允許應力鋼材允許應力（Mpa）應力種類符號鋼號Q235BQ345B40Cr(調質）40Si2MnV(精軋螺紋鋼筋)第1組第2、3組第一組第二組抗拉、抗壓和抗彎170155240215375375抗剪10095145130225端面承壓（磨平頂緊）c255230360320表2.螺栓和銷軸允許應力螺栓和銷軸連接允許應力(MPa)螺栓的性能等級、銷軸和構件的鋼號普通螺栓銷軸承壓型連接高強度螺栓抗拉11、抗剪承壓c抗彎抗剪抗拉抗剪承壓c普通螺栓4.8級145100銷軸45號30018040Cr 550330承壓型高強度螺栓8.8級28517510.9級360215構件Q235 255335Q345 360420表3.焊縫允許應力焊縫允許應力（Mpa）焊縫種類應力種類符號構件鋼號Q235B第1組第2、3組對接焊縫抗拉、抗壓170155抗剪10095貼角焊縫抗拉、抗壓和抗剪1201201.2.6.計算工況節段主要參數表節段名稱01234567節段長度(cm)300300300300300300350節段重量(t)219截面梁高(mm)1100010635102159814943287258400812、046節段名稱89101112131415節段長度(cm)350350350350400400400400節段重量(t)截面梁高(mm)77177414713768876632641162246072節段名稱16171819節段長度(cm)400400400400節段重量(t)139139133133截面梁高(mm)5953586858175800根據梁段長度、重量、梁高等參數，設計時按以下三種工況進行計算。工況一： 1號梁段混凝土灌注完成工況。此工況梁段長度最小、混凝土重量最大。工況二：12號梁段混凝土灌注完成工況。此工況梁段長度最大、混凝土重量較大。以上兩種工況荷載組合為：計算強度時：1.13、1的動力系數X梁段混凝土重量X1.05的超載系數1.1的動力系數X掛籃自重施工人員、材料、機具荷載+風荷載計算剛度時：梁段混凝土重量掛籃自重施工人員、材料、機具荷載工況三：12號梁段完成，掛籃由12號至13梁段走行工況。此工況掛籃走行距離最長，控制掛籃走行狀態抗傾覆穩定及內外模走行梁走行狀態的強度和剛度。此工況荷載組合為：1.2的動力系數X掛籃自重風荷載1.2.7.結構計算采用大型結構計算軟件進行整體空間內力分析。按允許應力法進行檢算。計算模型全部采用梁單元，主桁架考慮節點次彎矩。為使模型簡潔，便于計算結果分析，外側模和外模走行梁自重、箱梁翼緣板混凝土重量及其上的施工人員、材料、機具荷載轉換為14、集中荷載施加在前上橫梁上。內模和內模走行梁自重、箱梁頂板混凝土重量及其上的施工人員、材料、機具荷載轉換為集中荷載施加在前上橫梁上。圖8掛籃總體計算圖式圖9掛籃總體計算圖式三維效果圖1.2.8.計算成果經計算，在混凝土灌注狀態，走行梁強度剛度由工況三控制，其余所有構件的強度、剛度均由工況一控制。1.2.8.1.掛籃在工況一的總變形圖10掛籃在工況一的總變形圖1.2.8.2.主桁架變形值見圖4。圖11主桁架變形值計算表明主桁架前節點撓度值f1=16.6mm20mm，主桁剛度符合規范要求。1.2.8.3.主桁架內力、應力及穩定圖12主桁架軸力值圖13主桁架軸力圖圖14主桁架平面內次彎矩圖主桁架桿件內15、力表桿件名稱軸力(KN)桿端次彎矩(KN.m)備注桿AB-882.1A端B端軸力:拉為，壓為彎矩:底邊受拉為，底邊受壓為21.7-67.6桿BC-1570.8B端C端1.70.4桿CD1110.6C端D端-17.6-20桿AC1146.1A端C端-21.9-17.3桿BD-882.5B端D端-65.920.1主桁架桿件應力圖15主桁架桿件應力圖主桁架桿件考慮桿端次應力時絕對值最大應力為127.9MPa= 170MPa，強度滿足要求。主桁架壓桿穩定主桁架桿件采用236b雙槽鋼綴板連接的格構式，橫截面尺寸為(1).桿BD設計參數： 、1整體穩定對實軸（Y軸）計算：查截面型鋼表可得：236b，對實軸16、（Y軸）演算剛度和整體穩定：，滿足要求按照b類截面查鋼結構設計規范附表C：可得：則：對虛軸（X軸）計算：計算肢間距離。分肢長細比,則：從而，取單個槽鋼36b的截面數據為：整個截面對虛軸（X-X軸）數據：， 按照b類截面查鋼結構設計規范附表C：得： 則：2.分肢穩定滿足要求。3.綴板設計初選綴板尺寸：寬度：端綴板： 中綴板：厚度：，且不小于10mm。中綴板取：端綴板取：綴板間凈距 ，取相鄰綴板中心距離 綴板線剛度之和與分肢剛度比值為：，滿足要求橫向剪力：綴板與分肢連接處的內力為：在剪力和彎矩的共同作用下，該處角焊縫強度滿足下式要求：根據構造要求：，最后確定取，可以滿足要求。 (2).桿BC設計參17、數： 、1整體穩定對實軸（Y軸）演算剛度和整體穩定：，滿足要求按照b類截面查鋼結構設計規范附表C：可得：則：對虛軸（X軸）計算：分肢長細比，則 按照b類截面查鋼結構設計規范附表C：得：則： 2.分肢穩定滿足要求。3.綴板設計：中綴板取：端綴板取：綴板間凈距 ，取相鄰綴板中心距離 綴板線剛度之和與分肢剛度比值為：，滿足要求橫向剪力：綴板與分肢連接處的內力為：在剪力和彎矩的共同作用下，該處角焊縫強度滿足下式要求：根據構造要求：，最后確定取，可以滿足要求。1.2.8.4.主桁架節點連接螺栓驗算。桿AB與節點板B的連接螺栓驗算。桿AB軸力絕對值較大，桿端次彎矩最大,連接螺栓個數最少。節點采用雙節點板，18、每側螺栓群計算剪力V=882.1/2=441KN,扭矩為M=67.6/2=33.8KN.m。計算表明，受力最大的螺栓承受剪力為57.7KN，而每個螺栓的抗剪容許承載力為98.26KN，螺栓群有較大的安全儲備。桿BC與節點板B的連接螺栓驗算。桿BC軸力絕對值最大，桿端次彎矩較小，連接螺栓個數最少。每側螺栓群計算剪力V=1570.8/2=785.4KN,扭矩為M=1.7/2=0.85KN.m。計算表明，受力最大的螺栓承受剪力為65.9KN，而每個螺栓的抗剪承載力為98.26KN，螺栓群有較大的安全儲備。1.2.8.5.主桁架整體線彈性屈曲穩定圖16.主桁架整體線彈性屈曲在工況一作用下，主桁架整體線19、彈性屈曲第一階屈曲穩定系數為18，主桁架整體屈曲穩定有足夠的安全系數。1.2.8.6.前上橫梁強度圖17.前上橫梁彎曲應力值圖18.前上橫梁剪應力值在工況二作用下前上橫梁最大彎曲應力=79.4MPa= 170MPa，最大剪應力=47.9MPa=100MPa，前上橫梁強度符合要求。1.2.8.7.前上橫梁變形值見圖19。圖19前上橫梁變形值前上橫梁跨中撓度為26.4mm，扣除主桁架前節點撓度值16.6mm，前上橫梁的相對撓度值f/l=(26.4-16.6)/6900=0.0014，剛度滿足要求。1.2.8.8.底模平臺剛度。底模平臺由工況一控制。在不累加主桁架、前上橫梁、吊桿的變形值的情況下，底20、模平臺最大撓度發生在邊縱梁的跨中，最大值為9.6mm,相對撓度為(9.6-1.4)/5200=0.0016f/l=1/400。表明底模平臺縱梁剛度滿足要求。 圖20.底模平臺變形值1.2.8.9.底模平臺強度圖21.底模平臺邊縱梁彎曲應力值圖22.底模平臺邊縱梁剪應力值在工況一作用下底模平臺邊縱梁最大彎曲應力=124.9MPa= 170MPa，最大剪應力=22.3MPa=100MPa，底模平臺縱梁強度符合要求。圖23.底模平臺后橫梁應力值在工況一作用下底模平臺后橫梁最大應力=89.8MPa2.0,符合要求。圖28.后錨分配梁和后錨扁擔梁彎曲應力值圖29.后錨分配梁和后錨扁擔梁剪應力值后錨分配梁21、最大彎曲應力值為46.1MPa,最大剪應力值為19.2MPa，強度滿足要求后錨扁擔梁最大彎曲應力值為63.1MPa,最大剪應力值為38.6MPa，強度滿足要求1.2.8.12.內外模走行梁工作狀態變形值見圖30。圖30a內模走行梁工作狀態變形值圖30b外模走行梁工作狀態變形值內模走行梁工作狀態最大變形值為26.8mm,相對撓度為9.1/5100=0.0018f/l=1/400; 外模走行梁工作狀態最大變形值為2.9mm,相對撓度為0.7/5100=0.0001f/l=1/400；表明內、外模走行梁在工作狀態下剛度滿足要求。1.2.8.13.內外模走行梁工作狀態應力值見圖31。圖31a內模走行梁22、工作狀態應力值圖31b外模走行梁工作狀態應力值內模走行梁工作狀態最大應力值為127.5MPa=170MPa；外模走行梁工作狀態最大應力值為13.6MPa=170MPa；表明內、外模走行梁在工作狀態下強度滿足要求。1.2.8.14.內外模走行梁走行最不利狀態變形值見圖32。圖32a內模走行梁走行最不利狀態變形值圖32b外模走行梁走行最不利狀態變形值內模走行梁走行狀態最大變形值為13.4mm,相對撓度為13.4/9300=0.0014f/l=1/400; 外模走行梁走行狀態最大變形值為8.6mm,相對撓度為8.6/9500=0.0009f/l=1/400；表明內、外模走行梁在走行狀態下剛度滿足要求23、。1.2.8.15.內外模走行梁走行最不利狀態應力值見圖30。圖33a內模走行梁走行最不利狀態應力值內模走行梁走行狀態最大應力值為57.7MPa=170MPa; 外模走行梁走行狀態最大應力值為28.2MPa=170MP；表明內、外模走行梁在走行狀態下強度滿足要求。圖33b外模走行梁走行最不利狀態應力值1.2.8.16.掛籃走行最不利狀后支座反力計算附表走行狀態后錨最大反力名稱單重(kg)件數總重(kg)備注前上橫梁3144.113144.1前吊桿墊梁102.584410.32前吊桿扁擔梁102.584410.32QD32型螺旋千斤頂208160前吊帶189.42378.8內模前吊桿51.81224、103.62外模前吊桿51.812103.62底模平臺13397.8216698.91一半重量作用于前上橫梁外模前吊桿力99021980內模前吊桿力398027960以上合計21349.69單榀主構架前節點力10674.845主桁架前節點間距5主桁架后節點間距4.6動力系數1.2單榀主構架后錨計算反力13923.711kg由上可知，走行狀態最不利時單榀主構架后支座反力為R=139KN1.2.8.17.后支座與主構架連接螺栓計算每個后支座與主構架由12個M27-10.9S高強螺栓連接，按鋼結構高強螺栓連接的設計、施工、及驗收規程JGJ82-91，每個螺栓抗拉、抗剪、承壓承載力設計值為圖34后支座25、與主構架連接螺栓計算連接螺栓在掛籃走行時拉力N=R=139KN;摩擦力所產生的剪力V=0.5R=69.5KN;摩擦力所產生的彎矩M=V0.31=21.5KNm在拉力N與彎距M作用下一個高強螺栓最大拉力一個高強螺栓的剪力故故后支座與主構架連接螺栓安全。1.2.8.18.后支座計算后支座由連接板、豎板、水平板、隔板及加勁肋組焊而成，其中豎板、水平板和加勁肋構成L形鉤板。掛藍走行時，后支座的水平板鉤住工字鋼軌道的上翼緣，以抵抗走行狀態的傾覆力。經計算，后支座的承載力由水平板承載力控制。水平板采用20的鋼板雙面開坡口與豎板焊透，在每個水平板下設有三道12的加勁肋。每個加勁肋的尺寸為100X56mm，加26、勁肋分別與水平板和豎板雙面貼角焊，焊縫高10mm。每個水平板承受的豎向力為R”=R/2=69.5KN。偏于安全，不計水平板與豎板的焊縫承載力，假定水平板所受豎向力全部通過加勁肋傳給豎板。每個加勁肋與豎板的有效焊縫長度為l1=2X80=160mm；。每個加勁肋與豎板連接焊縫允許承載力N=160X10X0.7X=160X10X0.7X100=112KN；。則每個水平板的允許豎向承載力Q=3XN=3X112KN=336KN；。由以上可知，每個水平板的安全系數k2b=Q/R”=336/69.5=4.8。1.2.8.19.軌道計算軌道采用三維實體單元建模。計算結果表明，在掛籃走行最不利狀態下，軌道翼緣豎27、向變形最大值為0.4mm，等效Von Mises應力最大值為89.6MPa，則軌道承載力的安全系數k2c=235/89.6=2.6。圖35. 軌道計算模型圖36.軌道von Mises應力圖37. 軌道豎向變形值1.2.8.20.錨固精扎螺紋鋼筋計算走行最不利狀態時，掛籃后支座反力R=139KN由一根精扎螺紋鋼筋承受。單根32精扎螺紋鋼筋屈服承載力為603KN，則錨固精扎螺紋鋼筋承載力安全系數 k2d=603/139=4.3。根據1.2.7.171.2.7.20四項計算，掛籃走行狀態抗傾覆系數由軌道承載力控制，最小安全系數K2=k2C=2.6。1.3.結論經計算，該掛籃在各種計算工況下，強度、剛度、穩定均滿足相關規范要求。32