托架设计计算书
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XX铁路连续梁施工挂篮设计计算书编制:校核:审核:目录一、工程概况 (3)二、托架设计 (3)三、载荷分析 (4)四、托架主桁片计算 (6)五、托架细部计算 (24)六、结论 (26)托架设计计算书一、工程概况溪坪大桥、后在特大桥、刘厝特大桥主桥为(40+64+40)m连续梁。
梁部0#块长度8m,1#块长度3m,边跨直线段长度7.6m。
主桥墩身均为空心高墩,根据桥梁结构形式,采用大型托架现浇0#块、1#块,挂篮施工普通块段,托架二次利用现浇边跨直线段的施工方案。
刘厝大桥主桥为(60+100+60)m连续梁,梁部0#块长14m,高7.2m,采用托架现浇施工;牵出线大桥主桥为(48+80+48)m连续梁,七口特大桥主桥为(32+48+48+32)m连续梁,0#块结构尺寸较小,同样采用托架现浇施工。
二、托架设计1、设计原则1.1 可完成0#、1#块、边跨直线段使用托架浇筑,略改装可多次循环利用。
1.2 使用常用型材,结构要简单,受力要明确。
1.3 适应主边墩顶部实心段混凝土构造。
1.4 安装、拆除要方便,节省人力物力,节省工期。
2、布置及构造2.1 主墩顶对称布置,每侧4片桁片;边墩单侧布置4片桁片。
2.2 水平间距按照载荷分布状况布置,保证4片桁片基本受力均匀,且保证横梁挠度复核规范要求。
2.3 部分参数:经几种构造反复比较计算,主桁片选定如下结构:托架形式为三角托架,桁架构造。
上直角边长5.4m,悬臂0.6m;竖直直角边长2.7m。
主要杆件选用[36b双拼;下支点[36b双拼牛腿,全约束;上支点预应力锚固件,横向约束;节点板均采用群螺栓连接,M10.9级高强螺栓副,配弹簧垫圈。
经计算各种工况下最大挠度为3.8mm。
除刘厝大桥0#块上锚固点预应力张拉吨位每根45吨外,其他现浇段上锚固点预应力筋每根张拉40吨。
3、为保证托架加工质量,选用专业挂篮厂家加工所有构件。
横向连接采用[20a现场焊接加固。
4、详细构造见附图。
三、载荷分析取一桁片进行分析,考虑其:G1—模板、托架、横梁、排架等自重载荷;G2—钢筋、砼重力载荷;G3—施工人员机具载荷;G4—砼振捣载荷;其中G1、G2为恒载,G3、G4为活载。
静载荷分项系数取1.2,动载荷分项系数取1.4。
计算强度、稳定性采用G=1.2*恒载+1.4*活载;计算刚度采用G=1.2*恒载。
1、工况一:浇筑(40+64+40)m连续梁0#块。
1.1 侧模重量G1’=(5.266/1.8)*1.6*9.8=45.9KN;底模系统按照5吨考虑,G1’’=5*9.8=49KN,有G1=94.9KN。
托架自重通过施加重力实现。
1.2 悬臂长度1.5m,其中悬臂端截面积17.12m2,悬臂根部截面积19.06m2,按照台体体积公式计算得体积V=27.12m3,钢筋砼密度取2.6t/m3,有G2=27.12*2.6*9.8=691.02KN。
1.3 人员机具载荷G3=1.5KPa*1.5*12.2=27.45KN。
1.4 混凝土振捣载荷G4=2.0KPa*1.5*12.2=36.6KN。
1.5 按照四片桁架均匀受力,有单片桁架沿线路方向每延米载荷集度:强度计算Q1=[(94.9+691.02)*1.2+(27.45+36.6)*1.4]/1.5/4=172.3KN/m;刚度计算Q2=(94.9+691.02)*1.2/1.5/4=157.2KN/m。
均布载荷范围:托架根部向外1.5m。
2、工况二:(40+64+40)m连续梁0#块载荷卸除,浇筑1#块。
2.1 侧模重量G1’=(5.266/1.8)*4*9.8=114.68KN;底模重量按照8吨考虑,G1’’=8*9.8=78.4KN;G1=193.08KN。
2.2 1#块单面砼体积46m3,G2=1172.08KN;2.3 人员机具载荷G3=1.5*3*12.2=54.9KN;2.4 混凝土振捣载荷G4=2.0KPa*3*12.2=73.2KPa;2.5按照四片桁架均匀受力,有单片桁架沿线路方向每延米载荷集度:强度计算Q1=[(193.08+1172.08)*1.2+(54.9+73.2)*1.4]/3/4=151.5KN/m;刚度计算Q2=(193.08+1172.08)*1.2/3/4=136.5KN/m。
均布载荷范围:托架向外1.5m处至4.5m处。
3、工况三:浇筑(40+64+40)m连续梁边跨直线段。
边跨直线段投影悬臂长5.7m。
3.1 托架横梁、排架、模板系统按照20吨考虑,G1=20*9.8=196KN;3.2 砼自重载荷:砼悬臂端头截面积9.74m2,直到距端头3.2m处为同面积截面,从距端头3.2m至距端头5.7m为均匀变化截面,5.7m处截面积为11.72m2。
有V=31.17+26.79=57.96m3,G2=57.96*2.6*9.8=1476.8KN;3.3人员机具载荷:G3=1.5*12.2*5.7=104.31KN;3.4 混凝土振捣载荷:G4=2.0KPa*5.7*12.2=139.08KN;3.5按照四片桁架均匀受力,有单片桁架沿线路方向每延米载荷集度:强度计算Q1=[(196+1476.8)*1.2+(104.31+139.08)*1.4]/5.7/4=103KN/m;刚度计算Q2=(196+1476.8)*1.2/5.7/4=88KN/m。
均布载荷范围:托架根部至外端头5.7m处。
4、工况四:(40+64+40)m连续梁合拢段施工。
4.1 模板支架重:G1=10t=98KN;4.2 合拢段砼重:G2=11.72*2*2.6*9.8=597.3KN;4.3 人员机具载荷:G3=1.5KPa*12.2*2=36.6KN;4.4 混凝土振捣载荷:G4=2.0KPa*12.2*2=48.8KN;4.5按照四片桁架均匀受力,锚固点作为集中力作用在托架节点上,有单片桁架受集中力:强度计算:F1=[(98+597.3)*1.2+(36.6+48.8)*1.4]/2/4=188.8KN;刚度计算:F2=(98+597.3)*1.2/2/4=104.3KN。
均布载荷范围与工况三相同,集中力位置设在托架节点位置。
5、工况五:浇筑刘厝大桥0#块。
刘厝大桥0#块体积大、悬臂长,对托架要求高。
5.1 侧模重量G1’=(5.266/1.8)*4.6*9.8=131.9KN;底模系统按照15吨考虑,G1’’=5*9.8=147KN,有G1=278.9KN。
托架自重通过施加重力实现。
5.2 悬臂长度4.5m,其中悬臂端截面积30.01m2,悬臂根部截面积24.24m2,按照台体体积公式计算得体积V=122.04m3,钢筋砼密度取2.6t/m3,有G2=122.04*2.6*9.8=3109.6KN。
5.3 人员机具载荷G3=1.5KPa*4.6*12.6=86.9KN。
5.4 混凝土振捣载荷G4=2.0KPa*4.5*12.6=113.4KN。
5.5 按照四片桁架均匀受力,有单片桁架沿线路方向每延米载荷集度:强度计算Q1=[(278.9+3109.6)*1.2+(86.9+113.4)*1.4]/4.5/4=241.5KN/m;刚度计算Q2=(278.9+3109.6)*1.2/4.5/4=225.9KN/m。
四、托架主桁片计算1、建立模型:软件计算部分采用通用有限元分析程序ANSYS10.0结构分析模块。
杆件全部采用beam3梁单元模拟计算。
主桁架材质选用Q235b,抗拉、抗压、抗弯强度为215MPa,抗剪强度125MPa。
主桁架示意图如下:主桁采用双拼[36b槽钢,在桁架平面内A=68.09*2cm2=136.18cm2;按照截面周边36cm*30cm计算,X向惯性矩ixx=12651.8*2=25303.6cm4,惯性半径ix=13.63cm,Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=[496.7+(15-2.37)2*68.09]*2=22716.4cm4,惯性半径iy=√(iyy/A)错误!未找到引用源。
=18.3cm。
2、分载荷工况计算校核。
建立有限元模型图如下:下支点为固支,全约束,上支点为仅有水平约束。
分四种工况进行计算:工况一:托架浇筑(40+64+40)m连续梁0#块。
工况二:(40+64+40)m连续梁0#块载荷卸除,托架浇筑1#块。
工况三:托架浇筑(40+64+40)m连续梁边跨直线段。
工况四:托架、吊篮浇筑(40+64+40)m连续梁边跨合拢块。
工况五:刘厝大桥现浇0#块。
2.1 工况一:托架浇筑(40+64+40)m连续梁0#块。
2.1.1载荷示意图及变形图2.1.2 轴应力图最大轴应力16.4MPa,压应力,出现在AC杆上。
2.1.3剪力图最大剪应力为Q=196391/(136.18e-4)=14.4MPa<125MPa。
2.1.4弯曲应力图最大弯曲应力为43.4MPa,小于215MPa。
2.1.5等效应力图最大等效应力41.5MPa,小于215MPa。
2.1.6支点反力上支点水平反力-74.1KN,竖直反力0;下支点水平反力74.1KN,竖直反力258.5KN下,承受弯矩6.2KNm。
2.1.7稳定性分析最易失稳杆件为内AC杆件。
按照截面周边32cm*30cm计算,X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4,惯性半径ix=12.15cm,Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=[336.332+(16-2.158)2*55.1]*2=21787.1cm4,iy=√(iyy/A)错误!未找到引用源。
=14.06cm按照最危险方向计算,计算X向稳定性,杆件按照一端固定,另一端铰支考虑,有:λ=μl/ix=15.6查《钢结构设计规范》,属轴心受压b类截面,查表得稳定系数ψ=0.982,则有:σ=N/(ψA)= 16.4MPa/ 0.953=16.7MPa小于215MPa。
稳定性满足使用要求。
2.1.8结论:此托架满足0#块使用要求。
2.2工况二:(40+64+40)m连续梁0#块载荷卸除,托架浇筑1#块砼。
2.2.1载荷示意图及变形图最大变形2mm,小于3m/400=7.5mm。
2.2.2轴应力图2.2.3剪力图2.2.4弯曲应力2.2.5等效应力最大等效应力70.9MPa,小于215MPa。
2.2.6支点反力上支点水平反力-500.4KN;下支点水平反力500.4KN,竖直反力454.5KN,承受弯矩12.3KNm。
2.2.7稳定性最易失稳杆件为斜杆下面一半。
按照截面周边32cm*30cm计算,X向惯性矩ixx=8144.2*2=16288.4cm4,惯性半径ix=12.15cm,Y向惯性矩iyy=iyc+a2A=[336.332+(16-2.158)2*55.1]*2=21787.1cm4,iy=√(iyy/A)错误!未找到引用源。