菱形挂篮设计与计算
![菱形挂篮设计与计算](https://img.360docs.net/img5e/02udc74bvkpdtk9rmp01-e1.webp)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
菱形挂篮设计与计算
摘要:当前国内外的挂篮正向轻型化发展,菱形挂篮由于其主要受力构件均为二力杆,能够充分地利用材料的特性,具有结构轻巧,受力明确的特点,已广泛应用于中等跨径的悬浇施工。本文对应用于某桥的菱形挂篮的优化设计和计算作了介绍。
关键词:菱形挂篮设计计算
1 引言
挂篮按构造形式可分为桁架式(包括平弦无平衡重式、菱形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式)、型钢及混合式四种。当前国内外的挂篮正向轻型化发展,挂篮的轻型化有助于节约钢材、便于运输和施工、同时挂篮的轻型化也有利于优化设计,减小跟部弯矩,进而节约纵向预应力的配束。挂篮设计的主要控制指标为:挂篮的总用钢量与最大块件重量之比值K
1
,主桁
架用钢量与最大块件重量之比值K
2。K
1
值愈低,表示整个挂篮的设计愈合理,K
2
值愈低,表示挂篮承重构件的受力愈合理,使用材料愈节省。减轻挂篮自重所采用的手段有:优化结构形式、不设平衡重并改善滑移系统、改进力的传递系统。下面就结合某桥的实际情况,介绍选用的菱形主桁、滑移行走机构、整体模板、标高调整系统的挂篮设计实例。
2.设计概况及总体构思
2.1箱梁结构物参数
(1)悬臂浇筑砼箱梁分段长度为4.0m,悬臂浇筑砼结构最大重量1540 KN
(2)箱梁底板宽8m,顶板宽16.25m。
(3)箱梁高度变化范围:左幅4.8m~2.4m,中间按半立方抛物线变化。
(4)挂篮的最大承载力不小于1850 KN, 挂篮自重及全部的施工荷载不大于600 KN
2.2挂篮的轻型化优化设计总体构思
(1)选用一种受力合理、安全可靠的轻型结构(菱形)作为挂篮承重主桁;
(2)挂篮用材利用国内普通的16Mn和A3钢.
(3)挂篮前移时尾部利用箱梁竖向预应力平衡倾覆力矩以取消平衡重,使用反扣式走行小车。
(4)吊升系统采用精轧螺纹粗钢筋,粗钢筋现场取材方便,可利用现场的竖向预应力筋。同时这种精轧螺纹钢可以通过大螺母进行精确的调整。使得锚固、装拆方便、调整简单。
(5)模板采用整体大模板,通过内外纵梁与挂篮主桁同时移动就位。
(6)采用桁架式横向连接。
(7)主桁采用销接的方式,以利于拆装。
2.3挂篮的结构形式
挂篮的结构形式如图1、图2所示:
2.4 菱形挂篮的组成
挂篮主要由三个系统组成:主桁承重系统、底篮和模板系统、走行系统。(1)主桁承重系统:主桁与前后横梁、行走装置、锚固装置、悬吊分配梁等。(2)底篮和模板系统:底篮、外模、内模、端模和工作平台等。
(3)走行系统:行走滑轨、滑梁小车、后锚。
3.施工荷载分析:
3.1荷载传递路径:
内顶板荷载内滑梁前横梁
翼板荷载内外纵梁后横梁主桁架
腹板荷载加强型纵梁前托梁
底板荷载普通纵梁后托梁底篮后锚
挂篮的设计顺序也是根据荷载的传递路径,一级一级的确定各级结构。先根据各自的荷载情况对内滑梁、纵梁、前、后托梁、前横梁等杆件进行设计,再设计主桁架并校核其刚度、前端的下挠度和销接的强度。随后再对锚固系统和走行系统进行设计。
3.2挂篮结构材料
挂篮主桁架和前后横梁采用16Mn钢,销子采用45号钢,纵梁、托梁、分配梁等采用组合型钢(A3)。
3.3各类荷载及参数的选定
(1)悬臂浇筑砼结构最大重量1540 Kn
(2)人群及机具荷载取2.5 KPa。
(3)风荷载取800 Pa。
(4)钢筋砼比重取值为26KN/m3;
(5)超载系数取1.05;
(6)新浇砼动力系数取1.2;
(7)挂篮行走时的冲击系数取1.1;
(8)钢材的应力:
①16Mn钢容许轴向应力取 240MPa。
②A3钢容许弯曲应力取 188.5MPa。
(9)计算复核的荷载组合:
①砼重+挂篮自重+人群机具+动力附加系数(强度、刚度)
②挂篮自重+冲击附加系数+风荷载 (行走稳定)
3 承重结构设计和计算
承重结构设计内容有:内滑梁、底板纵梁和前、后托梁、顶板及翼板纵梁、滑梁、分配梁及吊带、后托梁锚杆与锚梁、主桁架横梁、主桁架。现举例说明底板纵梁的设计计算以及主桁横梁及主桁的计算,其他的结构类似的计算方法也相同。
3.1底板纵梁计算
底板纵梁位于腹板和底板下主要承受底板和腹板的重量,纵梁根据它承受荷载的种类可分为普通型和加强型。普通型位于箱梁两腹板中间段,承受底板的荷载;加强型纵梁位于箱梁腹板下方除承受底板的荷载外,还承受腹板的荷载。
3.1.1 普通纵梁设计和计算
3.1.1.1 普通纵梁(箱梁两腹板中间段)受力分析
表1 普通纵梁荷载分析表
普通纵梁主要承受底板的重量并传递与前后托梁(图3示)
R
A =qcb/L R
B
=qca/L
M
max
=qcb[d+cb/(2L)]/L
=4.84×107N.mm
普通纵梁选用I
28a
工字钢,其截面特性为:
W
x
=5.08×105mm3
I
x
=7.114×107mm4
σ= M max/ W x= 95.3MPa<188.5MPa
3.1.1.3 普通纵梁刚度计算
当x=d+cb/L=2798.8时(弯矩最大处),挠度最大。
f
max
=qcb[(4L-4b2/L-c2/L)x-4x3/L+(x-d)4/(bc)]/(24EI) =10.3mm<L/
400=13.75mm
刚度满足要求。
3.2 主桁架横梁计算
3.2.1前横梁
前横梁承受由钢吊带传来的荷载,前横梁受力示意图如图4所示
F
1
=33939N(分配梁2通过钢吊带I传来的力)
F
2
=75977N(分配梁2通过吊带I传与前横梁)
F
3
=264721N(直接传与主桁架,可不考虑其作用于前横梁)
F
4
=223835N(分配梁1通过吊带II传与前横梁)
下面分别对各杆件的轴力进行计算:
由上面分析可列出前横梁各杆件的轴力如图5所示:
前横梁材料采用16Mn钢,容许轴向应力240MPa
由图15可得杆件最大轴力为N
max
=339.6kN
前横梁杆件有两种断面:口120×120×8mm
口120×120×6mm
取最不利情况来验算(杆件断面形状为口120×120×6mm时):
σ=N max/A=3.396×105/2736=124MPa<240MPa
满足要求。
3.2.2后横梁
后横梁在砼浇筑时,承载极小。在挂篮前移时,其承受部分底模重与部分侧模重,所受的荷载也较小,所以后横梁杆件均选用口120×120×6mm截面,后横梁强度已足够满足要求,无需再对其进行校核。
3.3 主桁架计算
3.3.1荷载分析