某挂篮结构设计分解.docx
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某挂篮结构设计分解.docx
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某挂篮结构设计分解
一、工程概况
二、设计概述
1、设置参数:
根据本桥荷载分部情况最大节段为1#块,故挂篮设计按照1#块进行设计,挂篮抗倾覆安全系数为2。
永久荷载为1.2,可变荷载分项系数为1.4.
2、结构描述
采用三角挂篮结构形式,利用***挂篮进行改装使用,挂篮底模施工长度考虑4m节段施工预留,端模板距离前吊带水平距离0.9mm(实际施工会根据梁底坡度缩短),挂篮后下横梁需要锚入前一个节段底板,考虑锚入点与新旧混凝土截面水平距离0.55m(实际施工会根据梁底坡度缩短)。
挂篮采用三个桁片的结构形式,分别作用于每个腹板宽度中点处。
为了方便设计对挂篮各部分构建进行重量假设,底平台及芯模为50t,上桁架假设50t,侧模板假设20t。
总计120t。
二、结构设计
1、底模设计
根据混凝土荷载及挂篮底模自重进行挂篮设计,已知1#块1-1断面混凝土荷载Q1=混凝土荷载×1.2=928KN/m,Q2=混凝土荷载×1.2=886KN/m,挂篮芯模底模自重线性荷载为Q低=110KN/m,根据结构描述,挂篮底平台纵向尺寸为5.45m,则挂篮底平台纵向受力如图:
单位:
集中荷载--kN集中弯矩--kN·m其他荷载--kN/m
剪力包络图
单位:
kN
弯矩包络图
单位:
kN·m
根据受力分析,挂篮悬臂吊点受力为1645.21KN,锚入已完混凝土吊点力为2156.04KN,挂篮底模平台纵梁最大剪力和为2156.21KN,最大弯矩为3285KN/m;
根据以上受力进行挂篮前吊带受力分析。
已知***挂篮前吊带为160×40mm,的Q345钢带,扣除吊带开孔50mm,则吊带计算宽度为110×40mm。
根据钢结构规范计算得f=265Mpa,则需要n个吊带,nAf=2×1645.21KN,则n=2.8,即3根就满足要求。
锚入已完混凝土吊点采用直径32精轧螺纹钢,已知精扎罗纹钢抗拉强度为830Mpa,需要设n根精轧螺纹钢,nAf=2×2156.21KN,则n=6.5。
即7根满足要求。
挂篮底模平台纵梁,***挂篮设计为窄翼缘H型钢:
HN350x175
(2)
窄翼缘H型钢:
HN350x175
(2)
钢材牌号:
Q235
钢材强度折减系数:
1.00
腹板厚度:
tw=7.00mm
毛截面面积:
A=62.91cm2
截面惯性矩:
Ix=12980.00cm4
半截面面积矩:
Sx=420.42cm3
回转半径:
ix=14.36cm
iy=3.95cm
截面模量:
Wx=741.70cm3
Wy=112.40cm3
截面模量折减系数:
0.95
净截面模量:
Wnx=704.62cm3
Wny=106.78cm3
f=215.00N/mm2,fv=125.00N/mm2
进行结构断面计算,设需要n根H钢,则
f=M/(NWn)=2×3285/(704.62×n)×1000<215MPa;则:
n>43.3根,由于布置过密,无法实现腹板处加密处理,故无法使用,考虑更换构建。
假设设置20根,则反算Wn值确定选型,
Wn=2×3285/(215×20)×1000=1528cm3
选择贴近此类型号的H型钢:
中翼缘H型钢:
HM400x300
钢材牌号:
Q235
腹板厚度:
tw=10.00mm
毛截面面积:
A=133.25cm2
截面惯性矩:
Ix=37363.00cm4
半截面面积矩:
Sx=1057.81cm3
回转半径:
ix=16.75cm
iy=7.35cm
截面模量折减系数:
0.95
净截面模量:
Wnx=1820.20cm3
Wny=456.19cm3
窄翼缘H型钢:
HN500x200
(1)
钢材牌号:
Q235
腹板厚度:
tw=9.00mm
毛截面面积:
A=99.29cm2
截面惯性矩:
Ix=39628.00cm4
半截面面积矩:
Sx=917.83cm3
回转半径:
ix=19.98cm
iy=4.31cm
截面模量折减系数:
0.95
净截面模量:
Wnx=1518.10cm3
Wny=175.85cm3
宽翼缘H型钢:
HW350x350
(1)
钢材牌号:
Q235
腹板厚度:
tw=13.00mm
毛截面面积:
A=133.27cm2
截面惯性矩:
Ix=27352.00cm4
半截面面积矩:
Sx=899.67cm3
回转半径:
ix=14.33cm
iy=8.39cm
截面模量折减系数:
0.95
净截面模量:
Wnx=1537.10cm3
Wny=507.30cm3
热轧普通工字钢:
I50a
钢材牌号:
Q235
腹板厚度:
tw=12.00mm
毛截面面积:
A=119.25cm2
截面惯性矩:
Ix=46472.00cm4
半截面面积矩:
Sx=1084.10cm3
回转半径:
ix=19.74cm
iy=3.07cm
截面模量折减系数:
0.95
净截面模量:
Wnx=1765.95cm3
Wny=134.90cm3
热轧普通槽钢:
[40a
钢材牌号:
Q235
腹板厚度:
tw=10.50mm
毛截面面积:
A=75.04cm2
截面惯性矩:
Ix=17577.70cm4
半截面面积矩:
Sx=524.40cm3
回转半径:
ix=15.30cm
iy=2.81cm
截面模量折减系数:
0.95
净截面模量:
Wnx=834.95cm3
Wnymin=74.86cm3
综上所述选择截面面积最小的窄翼缘H型钢:
HN500x200
(1)
后下横梁设计,后下横梁考虑利用***挂篮后下托梁设计,以1-1断面为,建立计算模型如图,得出得出各部分杆件弯矩和剪力的比例关系。
剪力包络图
弯矩包络图
剪力绝对值为竖向支点力
竖向支点力之和Nhxhl=挂篮底模平台纵梁最大剪力和为2156.21KN(上节计算),2156.21=K1(n1+n2+n3+n4+n5+n6)
=K1(148.19+141.81+167.44+171.97+144.02+150.76)=924.18K1,
得出K1=2.333,
则最大竖向支点力为N4=K×n4=171.97×2.333=401.2KN,单根32精扎罗纹锚固力为668.06KN,最大剪力满足要求;但不满足2倍安全系数,所以考虑在两个箱室中心各增加1根精扎罗纹。
则总体精扎罗纹为8根,修正上面计算7根的考虑。
验算后下横梁断面为
窄翼缘H型钢:
HN400x200
(2)
钢材牌号:
Q235
腹板厚度:
tw=8.00mm
毛截面面积:
A=83.37cm2
截面惯性矩:
Ix=22775.00cm4
半截面面积矩:
Sx=642.98cm3
回转半径:
ix=16.53cm
iy=4.56cm
截面模量:
Wx=1139.00cm3
Wy=173.50cm3
截面模量折减系数:
0.95
净截面模量:
Wnx=1082.05cm3
Wny=164.82cm3
f=215.00N/mm2,fv=125.00N/mm2
则在混凝土浇筑过程中后下横梁最大弯矩Mmax=44.52K=103.86KNm,最大剪力Nmax=228.912KN,经过计算均能满足要求。
在挂篮走行过程中同***挂篮满足要求。
前下横梁设计,考虑利用***挂篮后下托梁设计,以2-2断面为计算模型,以2-2断面为计算荷载,建立计算模型如图,得出各部分杆件的弯矩和剪力关系。
单位:
集中荷载--kN集中弯矩--kN·m其他荷载--kN/m
剪力包络图
单位:
kN
弯矩包络图
单位:
kN·m
剪力绝对值为竖向支点力
竖向支点力和Nqxhl=挂篮悬臂吊点受力为1645.21KN(上节计算),1645.21=K2(n1+n2+n3+n4+n5+n6+n7+n8)
=737.59K2,
得出K2=2.23,
则最大竖向支点力为N8=K2×n8=2.23×118=263KN,单根32精扎罗纹锚固力为668.06KN,满足要求。
混凝土浇筑及走行状态同后下横梁不再进行计算,满足要求。
前上横梁设计断面大于前下横梁不再进行计算,满足要求。
2、桁架设计
根据挂篮受力形式为吊点力传递给上部桁片,三个桁片的距离为5.275m,底模平台受力通过吊带传递给前上横梁,前上横梁传递给每个桁片。
则可分析三个桁片受力情况;
由于底模平台对吊带总体产生,挂篮悬臂吊点受力为1645.21KN。
假设挂篮每个桁片受力为1#块每个腹板处的支点反力,通过建立力学模型得:
剪力包络图
弯矩包络图
断面砼纵向每延米对下部结构的力773.708KN
跨中支点最大竖向力296.13KN
边支点最大竖向力234.38KN
£1=296.13/773.708=0.383
£2=234.38/773.708=0.303
则中桁片受力为0.383×1645.21=630KN,边桁片受力为0.303×1645.21=498.5KN
设计边桁架需要498.5KN,设计中桁架需要630KN。
根据最大桁架受力剪力模型如图:
得出ad弦杆受力为1105.19KN,ab弦杆受力为1020KN,bd杆受力为801KN,AC立柱受力为1390KN,分别验算对应构件。
***挂篮前后弦杆采用20㎜×160㎜Q345钢制作,扣除开工50mm,其计算抗拉强度265Mpa,则FL=160×265×20×2=1696KN>2×875KN(边桁片前后弦杆受力为中桁片受力的0.79倍,对应杆件受力为中桁片受力的0.79倍得出后弦杆受力为1105×0.79=875KN),满足要求,但是由于成品弦杆前后梁开孔,断面削减50mm,考虑补强该部分断面。
考虑在成品弦杆贴开孔处贴10mm钢板,钢板强度Q345,则钢板尺寸为225×
通过计算的使用挂篮前吊带改装成前弦杆,前吊带为40×160㎜,扣除吊带开孔则吊带则计算为2×Fad=2040与2fA=2332KN比较,受力与安全系数积略小于截面拉力,则满足要求,使用前吊带改装前弦杆。
后吊带计算相同。
使用原挂篮吊带改装;
***挂篮原中立柱为直径203壁厚14mm的无缝钢管无法满足本桥梁挂篮要求,计划将其更换,更换为***挂篮底模淘汰的窄翼缘H型钢:
HN350x175
(2)四拼,两两叠放,两组叠放。
腹板方向同桥纵断方向。
验算其压杆稳定:
根据计算已经得出斜支撑受力为N1a=1466.43KN,长度为L=5.44m,为2力杆,HN350x175窄翼缘H型钢组合梁作为斜向支撑,采用排2根H型钢组合。
窄翼缘H型钢:
N350x175
(2)
毛截面面积:
A=62.91cm2
净截面系数:
0.90
净截面面积:
An=56.62cm2
钢材牌号:
Q235
两主轴平面内约束信息:
x平面
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- 挂篮 结构设计 分解