高速铁路连续梁挂篮设计计算书
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48+80+48挂篮设计计算书
一、挂篮设计主要参数选取
1、挂篮结构型式
挂篮的主体结构为菱形桁架结构。每台挂篮有两片主桁架,主桁架除销子为40Cr 钢外,其余均由普通型钢及钢板组焊而成。该挂篮主要由三个系统组成,即主桁系统、底篮和模板系统、走行系统,除内模为钢木组合结构外,其余均为钢结构。
2、工程数量
制造4台挂篮,应用于济青高铁48m+80m+48m联系梁悬臂施工。
3、挂篮自重
(1)、挂篮桁架及附件—380KN/台;
(2)、挂篮模板(含内、外模板、底板钢模)重量—230KN/台;
(3)、精轧螺纹吊杆及其他锚固设备—20KN/台;
4、挂篮的主要性能参数
(1)适应最大梁段重量:1259KN;
(2)适应最大梁段长:4.0m;
(3)适应梁高的变化范围:3.6m~6.4m;
(7)挂篮自重(630KN)与最大梁段重量(1259KN)之比为0.5,小于设计要求的700KN。
5、主要材料
(1)钢板及型钢:采用Q235普通碳素结构钢,符合国家标准(GB/T709—1998)、(GB/T706—1988)和(GB/T707—1988)的有关规定。屈服强度为235MPa,设计弹性模量E=2.1×105MPa,[σ]=215MPa,[σw]=215MPa,[τ]=125MPa(注:钢材的容许应力按《钢结构设计规范(GB50017-2003)》选用)。
(2)直径32mm精轧螺纹粗钢筋:符合国家标准(GB/T20065—2006)的有关规定。屈服强度为930MPa,设计控制应力采用屈服强度的0.9倍,设计控制拉力673KN,设计弹性模量E=2.0×105MPa。相应锚具采用JLM型。
(3)销子:采用40Cr钢,符合国家标准(GB/T3077—1999)的有关规定。屈服强度]=785MPa,设计弹性模量E=2.1×105MPa,许用应力[σ]=[σ[σ
s
s]/1.5=785/1.5=523MPa,[τ]=[σ]/1.5/√3=302MPa(注:按<<机械设计手册>>选用)。(4)螺栓:采用钢结构用高强度大六角螺栓,符合国家标准(GB1228—84)的有关规定。
6、挂篮设计荷载
根据《有砟轨道预应力混凝土连续梁跨度:(48+80+48)m》计算各梁段的重量数据如下表所示:
梁体断面图
通过上表进行分析比较可知,浇筑混凝土时1#梁段对前主吊杆产生的力最大,故确定1#梁段工况荷载作为挂篮设计荷载。
二、挂篮设计计算
挂篮结构分析计算采用电算及理论公式相结合的方式。
(一)挂篮主桁架计算(浇注状态)
1、计算说明:该挂篮主桁架为销焊组合构造,每台挂篮由两片主桁架组装而成。在对主桁架进行强度计算时,考虑到两片主桁架的受力存在一定的不均匀性,采用不均匀系数1.2进行计算。但在变形计算时,不考虑不均匀系数,即按两片主桁架均匀受力计算。
2、计算图式:为简化计算,将结点均看作铰于一点的理想铰接点,单片主桁架计算图式简化后的计算模型如图1所示:
图中L
ab =4.5m, L
cd
=5.0m,L
ac
=5.7m,L
bc
=3.6m, L
bd
=5.8m。
图1 主桁架计算模型
3、杆件材料特性(查型钢截面特性表得知):
杆件采用2×[32b,截面面积A=109.8(㎝2),X方向截面惯性矩I
X
=16113.5(㎝4),
Y方向截面惯性矩I
y
=5801(㎝4),
抗弯截面模量W
X
=1007.1(㎝3)。
4、荷载计算:
单片主桁架承受的荷载计算
每片主桁架前端悬臂(前上横梁支点)处承受竖向集中力P按以下公式计算:
P=G
1/4+kG
2
+G
3
/4
式中:
G
1
—每台挂篮模板重量和精轧螺纹吊杆及其他锚固设备重量;按挂蓝施工图纸计算:
G
1
=380KN+20KN=400KN;
G
2
—施工时梁段重量分配到每片主桁架上前支点的荷载值,以最大1#梁段重量为计算依据,因为只要此梁段符合要求,其余梁段均符合要求。
G
2
=1259KN/4=315KN;
k——荷载不均衡系数,取k=1.2;
G
3
——挂蓝施工荷载,主要包括人群荷载和小型机具(如混凝土振捣棒、滑轨等) 荷载,按梁段水平投影面积每平方米2.0KN计算:
G
3
=2.0×6.7×4=53.6KN;
将数据代入公式得:
P=G
1/4+kG
2
+G
3
/4=390/4+1.2×315+53.6/4=612.29KN,按650KN加载。
主桁架的受力简图如图2所示:
图2 主桁架受力简图
5、主桁架各杆件的内力计算:(计算结果由结构力学求解器得出)
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杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------ 单元码轴力(N) 剪力(N) 弯矩(N*m) 轴力(N) 剪力(N) 弯矩(N*m)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 -650000.000 0.00000000 0.00000000 -650000.000 0.00000000 0.00000000
2 919238.815 0.00000000 0.00000000 919238.815 0.00000000 0.00000000
3 -650000.000 0.00000000 0.00000000 -650000.000 0.00000000 0.00000000
4 650000.000 0.00000000 0.00000000 650000.000 0.00000000 0.00000000
5 -919238.815 0.00000000 0.00000000 -919238.815 0.00000000 0.00000000
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