王家沟大桥挂篮计算书-电算

一、工程概况

王家沟大桥桥址位于乌鲁木齐市区西面，是头屯河区工业大道道路工程的重要节点工程，大桥近东西方向横跨整个王家沟，全桥位于直线段，左右两幅桥均沿道路设计中心线对称。全桥从西向东纵坡i=-0.18%，横坡：1.5%。跨径布置为：4×40m先简支后连续小箱梁＋90＋160＋90m连续刚构＋3×40m先简支后连续小箱梁。主桥为预应力混凝土连续刚构，跨径布置为90+160+90m，由两个160m “T”对称结构组成，主桥总长为340m。箱梁顶宽为16.25m，底宽为8.25m，箱梁为单箱单室断面。箱梁根部梁高为9.5m，跨中梁高3.5m，腹板厚度分别为1.2m、0.8m、0.6m，底板厚度由跨中（梁端）的0.3m按1.8次方抛物线变化至根部10m。箱梁采用纵向、横向、竖向三向预应力采用大吨群锚体系，横向预应力采用扁体系，竖向预应力采用精轧螺纹钢筋锚固体系。

墩顶0#梁段长10m。两个“T构”的悬臂纵桥向中跨划分为20个节段、边跨划分为20个节段，节段数及节段长度从根部至跨中分别为：中跨3×3米、4×3.5米、6×4米、6×4.5米、2米合龙断，和边跨3×3米、4×3.5米、6×4米、6×4.5米、2米合龙断。

施工图纸的基本要求：箱梁的悬臂施工中挂篮及全部施工荷载重量不应超过最大悬臂浇筑段重量的0.5倍，并保证挂篮具有足够的安全度，严禁挂篮掉落。挂篮最大承载力不得小于3500kN，挂篮自重、模板等施工荷载应控制在1100kN以下。

方案的确定：

由于大桥所横跨山谷南北走向、施工处风大且频繁，因而要求挂篮结构迎风面小，抗风能力大。因而要求挂篮主桁系统、模板系统、底篮系统等刚度较大。

悬浇箱梁高度从9.5m渐变到3.5m，因而要求内外模板沿竖向可抽除；以达到减轻篮挂自重、和减小风作用带来的负面影响，同时也要求内模也可抽除。箱梁腹板存1.2m、0.8m、0.6m三个厚度，因而要求内模板顶板沿横向可变化延伸。

由于挂篮多达8个，因而要求挂篮尽量减轻自重，以降低施工成本。同时王家沟大桥施工工期紧张，挂篮设计时应适当减低加工难度。

大桥悬臂节断最重为290t，要求承载能力较大。

基于以上原因，经过多种方案比选论证，决定采用棱形式挂篮方案进行设计。

根椐本桥的结构特点各施工特点，挂篮为棱形式挂篮，由以下几个组成部分：（1）棱形块：主桁杆件，结点板，销子连结，共两榀；（2）前横梁，型钢组成，且与底篮前横托梁采用精轧螺纹钢或钢带连结；（3）后横梁，型钢焊接而成的桁架系统，只承受底篮空载时的重量，与后横托梁采用手拉葫芦或钢带连接；（4）前横托梁系统：采用型钢组成，承受底篮纵梁带来的荷载；（5）后横托梁系统：承受底篮纵梁的荷载，采用精轧螺纹钢锚固在上一节断预留孔处；（6）纵梁系统：型钢组成，承受底模带来的荷载；（7）模板系统：由侧模、底模、内模、端模组成；（8）走行系统：由后锚点小车、前支点滑船、轨道组成；（9）平衡及锚固系统：由锚固部件、锚固筋、配重等组成，以便挂篮在灌注砼和空载行走时，具有必要的稳定性。

二、计算依据

1.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）

2.《公路桥涵钢结构及钢结构设计规范》（JTJ025-86）

3.《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

4．王家沟大桥施工图设计

5．王家沟大桥挂篮设计图

6. 其它相关的技术要求

三、计算参数选取

(1) 钢材力学指标

钢材力学指标表表1

(2) 荷载取值

1) 永久作用：挂篮受力主构件及模板自重

挂篮受力主构件自重按模型中自重数值乘以1.1的系数取值，各部分模板重量根据实际模板材料重量以节点力形式加于挂篮主受力构件上；

2) 可变作用：混凝土湿重、风荷载、人群及施工机具荷载(施工荷载)

混凝土湿重取最不利组合情况，即：底板和腹板取所有梁段中重量最大的第4节段的混凝土湿重，顶板和翼板取长度最长的梁段取值；

人群及施工机具荷载取2.0KP；

风荷载取为800Pa。

四、荷载组合

(1)持久状况和短期状况应力

标准组合：作用取标准值，风荷载考虑冲击系数

(2)持久状况正常使用极限状态

短期效应组合:永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应组合

长期效应组合:永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应组合

(3)持久状况承载能力极限状态

基本组合：永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合

五、结构验算

(1) 有限元模型

图1 挂篮有限元模型结构图

1）模型建立

挂篮有限元模型如图所示，按照挂篮设计图及施工作业方式，模型建立共计311个节点、350个单元，9种截面形式，6类边界条件。截面类型、相关的截面特征值及对应材料见表3所列：

截面类型及参数表表2

2）荷载取值 a.自重

挂篮自重包括主受力杆件及各位置处的模板重量，其中主受力构件自重按系统内取值，并乘以1.2倍的系数(包含各构件连接处所用销栓及钢板重量)。挂篮模板自重根据其对应位置，换算成均布荷载加至纵梁及内、外滑梁之上。各对应位置的均布荷载换算值如下表4所示：

挂篮模板自重换算参数表 表3

注：模板重量取用原计算书中所给模板重量值，即底模板重5t，侧模重5t，翼板底模重5t，内模总重8t。

b.施工荷载

施工荷载是指挂篮悬臂施工时，作用在其上的施工机具及作业人员所产生的荷载,施工荷载在此取常用值为200Kg/m2。在挂篮有限元模型中转换成均布荷载分配到对应的纵梁和滑梁之上(表5)。

施工荷载取值参数表表4

c.混凝土湿重

混凝土湿重指该梁段因浇筑混凝土对挂篮产生的作用荷载，混凝土比重取为2.65，混凝土湿重是挂篮主受力因素，考虑到挂篮结构的安全性，计算结果分析