安家寨60+100+60连续梁挂篮计算书

安家寨大桥（60+100+60）m
连续梁挂蓝
设
计
计
算
书
中铁十一局集团汉江重工
2016年6月
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》；
1.2 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12.2m，翼缘板长2.75m，支点处梁高7.8m，跨中梁高4.8m，梁高及底板厚按二次抛物线变化。

腹板厚90cm（支点）至50cm（跨中）折线变化，底板厚度为130cm（支点）至44cm（跨中）按直线线性变化，顶板厚度为70cm（支点）至45cm（跨中）。

箱梁0#块梁段长度为12m，合拢段长度为2.0m；挂篮悬臂浇注箱梁最重块段为1#块，其重量为174.8吨，长度3m。

该特大桥箱梁悬臂浇注段采用菱形挂篮施工。

1.3 挂篮设计
1.3.1 主要技术参数
＝2.1×105MPa；
①、钢弹性模量E
s
②、材料强度设计值：
=125 N/mm2
Q235钢厚度或直径≤16mm，f=215N/mm2，f
V
=180 N/mm2
Q345钢厚度或直径≤16mm，f=310N/mm2，f
V
=170 N/mm2
厚度或直径>16～40mm，f=295N/mm2，f
V
1.3.2 挂篮构造
挂篮为菱形挂篮，菱形架各杆件采用2[40a普通热轧槽钢组焊，前横梁由2I45a组焊，底托系统前托梁由2I45a组焊，后托梁由2I45a组焊，底纵梁由2[36b组焊。

主桁系统重13.3t、行走系统重6.6t、前横梁重2.8t、底托系统重15.7t（含底模模板重量）、内模
系统重5t （内模重量估算）、侧模重20.3t ，整个挂篮系统约重63.7t 。

1.3.3 挂篮计算设计荷载及组合 ①、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K 1=1.2； 活载分项系数K 2=1.4。

②、作用于挂篮主桁的荷载
箱梁荷载：箱梁荷载取1#块计算。

1#块段长度为3m ，重量为174.8t 计算； 施工机具及人群荷载：2.5kN/m 2；
挂篮自重（不含行走及主桁架系统）：43.8t ； ③、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Ⅱ：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Ⅱ用于挂篮系统行走算。

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7.387m 和7.004m ，箱梁腹板厚0.869-0.9m ，腹板每侧荷载由3根底纵梁承担，纵梁间距为0.4m 。

腹板处混凝土线荷载为：
m
kN q /5.20805.12.1263
223
)9.0869.0()004.7387.7(1=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯+=
底模板重量按1.0kN/m 2计，底模板荷载为：
m kN q /1.12.1*9.0*0.12==
人群及机具荷载为：
m kN q /2.34.19.05.23=⨯⨯=
倾倒和振捣混凝土产生的荷载；
m kN q /8.34.19.034=⨯⨯=
1#块加强纵梁的荷载为：m kN q q q q q /2.723
6
.21634321==+++=
加强纵梁的受力及计算模型下图：
加强纵梁受力计算图
支点反力分别为：
KN l b qa R A 4.118516.53
016.32.722=⨯⨯==
KN
l b qa R B 2.98516.535.22.721=⨯⨯==
最大弯矩:
m KN l ba R M A /9.216)516.52016
.33012.1(4.118)2012.1(2max =⨯⨯+⨯=+
=
底纵梁选用2-[36b ，查表知其截面特性参数为： A=2×68.09cm2，Wx=2×702900mm3，Ix=2×126517000mm4
弯曲应力：MPa
f MPa W M w 2106.1537029002109.2166
=<=⨯⨯==σ,满足要求； 剪切应力：MPa
f MPa A V 1259.8668092104.1183
=<=⨯⨯==τ,满足要求；
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 底板下纵梁的计算
底板下纵梁按1#梁段计算。

计算混凝土厚度0.832m ～0.9m ，底板荷载由7根纵梁承担。

底板混凝土荷载： m
kN q /5.14705.12.1263
23
2.5)9.0832.0(1=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+=
模板重量按1kN/m 2计，模板荷载为：m kN q /24.62.112.52=⨯⨯= 人群及机具荷载：m kN q /2.184.15.22.53=⨯⨯=
倾倒和振捣混凝土产生的荷载：m kN q /84.214.12.534=⨯⨯= 每根底板下纵梁的荷载为：m kN q q q q q /7.277
8
.19374321==+++=
底板纵梁载荷小于腹板，故不做验算！
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1#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R A =118.4KN , R B =98.2KN ，
%45%1002
.984.1182
.98=⨯+=+B A B R R R 。

因此前托梁近似承担底部荷载的45%，后托梁承担
底部荷载的55%。

故在此只对后托梁在浇注状态进行受力分析。

底纵梁自重：6.42KN 故，对于前托梁：
腹板处每根底纵梁的集中荷载：7.122%55)42.63
3
6.216(
=⨯+⨯kN 底板处每根底纵梁的集中荷载：7.47%55)64.37
3
8.193(
=⨯+⨯kN
后托梁受力简图
后托梁弯矩图(单位:KN 〃m)
后托梁剪力图(单位:KN)
后托梁由2I45a 组成
查表可知型钢组合截面特性参数为：
A=2×10238mm2 Wx=2×1432900mm3 Ix=2×322410000mm4 由弯矩图可知最大弯矩:Mmax=435.24Kn/m
弯曲应力：MPa
f MPa W M w 210152143290021024.4356
=<=⨯⨯==σ,满足要求。

剪切应力：MPa
f MPa A V 12512267202102382108.4153
=<=⨯+⨯⨯==τ,满足要求；
由以上计算可知，后托梁在浇注状态下，满足要求。

2.2.2 浇注状态前托梁 对于后托梁：
腹板处每根底纵梁的集中荷载：4.100%45)42.63
3
6.216(
=⨯+⨯ kN 底板处每根底纵梁的集中荷载：2.39%45)64.37
3
8.193(
=⨯+⨯ kN
前拖梁受力简图
前托梁弯矩图(单位:KN〃m)
前托梁剪力图(单位:N)
前托梁由2I45a组成
查表可知型钢组合截面特性参数为：
A=2×10238mm2 Wx=2×1432900mm3 Ix=2×322410000mm4 由弯矩图可知最大弯矩:Mmax=242.6Kn/m
弯曲应力：
MPa
f
MPa
W
M
w
210
6.
84
1432900
2
10
6.
2426
=
<
=
⨯
⨯
=
=
σ
,满足要求。

剪切应力：
MPa
f
MPa
A
V
125
4.
87
6720
10238
2
10
6.
2373
=
<
=
+
⨯
⨯
=
=
τ
,满足要求；
由以上计算可知，前托梁在浇注状态下，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：
R=415.8+119.29=535.1 kN（后吊点）
R=237.6+100.4=338kN（前吊点）
吊杆强度验算：
吊杆用φ32mm精轧螺纹钢筋，
MPa
f
MPa
W
R
w
560
477
4.
803
10
3846
=
<
=
⨯
=
=
σ
,满足要求；吊带强度验算：
吊杆用20×200mmQ345B吊带，
MPa
f
MPa
W
R
w
310
7.
133
200
20
10
1.
5356
=
<
=
⨯
⨯
=
=
σ
,满足
要求；
2.3前横梁
2.3.1前横梁浇注状态下受力计算（按1#梁段计算）
P1=237.6+100.4=338kN ，为上横梁作用力。

KN
P 188]4.1375.235.22
05.12.1326248.077.005.12.110)118[(212=⨯⨯⨯++⨯⨯⨯⨯++⨯⨯⨯+=）（）（（腹板外侧吊带作用力）
KN
P 3.84]4.132.535.2205.12.12.532645.005.12.110)6.15.6[(413=⨯⨯⨯++⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+=）（（内模系统吊杆作用力）
前横梁受力简图
前横梁弯矩图
前横梁剪力图
前横梁由2I40a 组成
查表可知型钢组合截面特性参数为：
A=2×8607mm2 Wx=2×1085700mm3 Ix=2×217140000mm4 由弯矩图可知最大弯矩:Mmax=253.8Kn/m
弯曲应力：MPa
f MPa W M w 2109.11610857002108.2536
=<=⨯⨯==σ,满足要求。

剪切应力：MPa
f MPa A V 12511680672101883
=<=⨯⨯==τ,满足要求；
由以上计算可知，前横梁在浇注状态下，满足要求。

第三章 挂篮主桁架计算
1．浇筑最重块（4#块）时受力计算
① 混凝土重量+浇注动力荷载+超载：kN G 220205.12.1108.174=⨯⨯⨯= 前吊点承担混凝土荷载的45%，即：1G =2202×45%=991kN ② 挂篮荷载：前横梁自重18.8KN
前吊点承担底托系统、侧模、内模、端模、操作平台的50％荷载：
P 1=48×10×1.2×50％=288kN
③ 前吊点承担人群和机具荷载的50％： P 2=2.5×12.2×3×1.4×50％ =64kN ④ 倾倒和振捣混凝土荷载的50％： P 3=4×12.2×3×1.4×50％=102.5kN ⑤单片主桁前吊点荷载：
kN P P P G P 7322/)5.102
642888.18991(2/)8.18(3211=++++=++++=
结构计算简图
每片主构架有4根钢筋后锚，采用预埋形式后锚。

φ32mm 的精轧螺纹钢筋抗拉强度为787KN ，后锚群的锚固力按70%折减，F=787×4×70%=2204KN; 设后锚力为Q ，则：732×5.2=4.6×Q Q=828KN;
安全系数：
27.28282204
>==
S ，满足抗倾覆要求！
2. 主构架各杆件计算 2.1 杆件强度计算
按浇注1#节块时的状态计算，由力学计算软件计算杆得： 各杆件均由2-[40a 组成。

查表可知型钢组合截面特性参数为：
A=2×7504mm2 Wx=2×878900mm3 Ix=2×175777000mm4
组合应力计算结果（4.131max =σMPa ＜215][=σMPa ）
位移等值线（18.4mm ＜20mm ）
2.2 压杆稳定性计算
轴力图：KN
(1)压杆稳定检算
压杆长度为4.37m ，所受力为1452.4kN
150][8.352.12437=<==λλy
分肢长细比按
9.178.355.05.01=⨯=≤y λλ
取为14.5 cm A I i x x 4.12===
64.12/437====x ox x i l λ
150
][9.18212
=<=+==λλλλx ox 按b 类查表
得0.895ϕ=
MPa MPa A N 2151.10821004.75895.0104.145223
<=⨯⨯⨯⨯=ϕ 合格
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
主桁架销轴采用40Cr ，直径φ125mm ，最大轴力1505.3KN
3.1.销轴强度验算:
剪应力：MPa MPa A V 2344.61)2
(1023.15052
3
<=⨯==πτ，满足要求。

3.2.节点板销孔承压计算
节点板板厚为20mm ，每块节点板单面焊 20mm 厚补强板，销孔直径D=125mm ，压力P=1505.3/2=753KN 压应力：MPa MP D P 2156.150)
2020(125107533
<=+⨯⨯==δσ，满足要求。

3.3.杆件销孔承压计算
槽钢腹板厚为10mm ，槽钢腹板内侧焊 20mm 厚补强板，销孔直径D=125mm ，压力P=1505.3/2=753KN 压应力：MPa MP D P 215194)
2011(125107533
<=+⨯⨯==δσ，满足要求。

4．挂篮空载行走时受力计算
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、底模系、侧模、内模、端模、吊带系统以及操作平台等总重480KN ，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：F1=240KN
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： F=240×1.3/2=156KN
设后锚力为Q ，则：Q=156×5.2/4.6=176KN
每片桁架后有两对反扣轮，则每个轮子承载的压力为176/4=44<90.8：，安全系数 S=90.8/44=2.1>2符合要求。