三角斜拉式挂篮设计计算说明书

2011年7月某特大连续钢构桥挂篮计算书

一，概述：

本桥采用跨径为90+160+90米预应力混凝土连续刚构桥，全桥分上、下游两幅，采用单箱单室截面，单箱顶宽1.50米，箱宽8.00米，翼缘悬臂长度为3.50米，悬臂板端部厚0.20米，根部厚0.70米，箱梁端头处梁高为3.50米，0号块件梁高为9.60米，箱梁梁高和底板厚自根部至跨中采用1．5次抛物线平滑过渡，腹板和底板厚度随梁高变化，自跨中截面向端截面逐渐减薄，其中支点截面腹板厚度1.00米，跨中截面腹板厚度0.70米，支点截面底板厚度为1.20米，跨中截面底板厚度0.30米，箱内顶板厚度为0.28米。

全桥单幅一个刚构箱梁共分为41个浇注段（包括合拢段），其中主桥箱梁0号块件梁段长为12米采用支架现浇，挂篮悬浇节段38个，合拢段2个半段采用吊架浇注。

根据施工设计图要求，采用挂篮悬臂浇注施工的梁段一个刚构箱梁有19对梁段，梁段长度为3.00，3.50，4.00，4.20厘米四种规格。其中最大梁段重量为225.5t（2号梁段，砼方量86.75立方米，块件长度为3.5米）。

按施工设计要求，结合本桥实际情况，主梁采用对称三角斜拉式挂篮悬浇施工，主要针对本桥箱梁单箱，双幅、大悬臂的特点进行设计。

二，设计依据：

1，公路桥涵设计通用规范（JT021-）

2，《公路桥涵施工技术规范》（JTI 041-2000）3，公路桥涵钢结构设计规范（JTJ 025-86）

4，钢结构设计规范（GB50017-2003）

5，某特大连续钢构桥工程勘测设计施工图（中铁二院工程集团有限责任公司）

三，设计有关系数：

根据施工图设计要求，本挂篮控制性设计荷载即承载力为：225.6t，挂篮控制重量系数0.4，挂篮自重（净重量）不小于50 KN。

根据交通部颁发的公路桥涵技术规范，荷载计算系数取值如下：

1，浇注混凝土时的振动系数取1.15。

2，挂篮空载行走时冲击系数取1.3（最大值）。

3，考虑箱梁混凝土浇注时胀膜、振动等因素混凝土超载系数取1.05。

4，浇注混凝土和挂篮行走时抗倾覆稳定系数取2.0。

5，模板荷载按每平方米200kg计算，施工机具，人群荷载按每平米400kg 计算.

6，按巴中地区查全国基本风压分布图得巴中地区基本风压为500Pa。

本设计按允许应力法设计。

四，结构受力计算：

1，荷载计算：

悬浇挂蓝主要荷载是浇注的节段混凝土重力，为了将节段混凝土重力合理分配到挂蓝底盘的12根底纵梁和滑梁上，现将节段断面每一半分为A，B，C，D四部分，A部分重力作用到中间的四根底纵梁上，B部分重力作用到两边的八根底纵梁上，C部分重力作用到中间的两根内滑梁上，D部分重力作用到两边的四根外滑梁上。（见下面的加載图上）

按照上述的原则，这里以2#节段（即3.5米长的第一个节段）为例计算如下：

断面分块重：

A=1.07X2.4X3.5X2.6=23.37T

B=(8.7X0.7+0.9X1.07)X3.5X2.6

=.18T

C=(1.5X0.28+(0.28+0.7)/2X1.8)X3.5X2.6

=11.85T

D=((0.2+0.35)/2+(0.35+0.7)/2)X1.75X3.5X2.6

=12.74T

A+B+C+D=23.37+.18+11.85+12.74=112.14T≈0.5X225.6T 分配到每一根梁上每一厘米上的均布荷载（按3.5米长分布）：中间四根底纵梁：Ga=23.37X10/350/2=0.334 KN/CM

两侧四根底纵梁：Gb=.18X10/350/4=0.458 KN/CM

中间两根内滑梁：Gc=11.85X10/350/1=0.339 KN/CM

两侧两根外滑梁：Gd=12.74X10/350/2=0.182 KN/CM 模板的重力（包括支架）也是按位置分配：内模的重力由两根内滑梁承担，两侧的外模由两侧的外滑梁承担，底模由12根底纵梁承担。同样以2#节段为例计算如下：

内模重力： Fn=3.7X(6.6+7X2)X0.2=15.24T

侧模重力： Fw=3.7X(3.5+8)X0.2=8.51T

底模重力： Fd=3.7X8X0.2=5.92T

端模重力按混凝土断面A，B，C，D划分及分配方法，作为集中力分别作用到底纵梁和内、外滑梁上：

Fa=1.07X2.4X0.2=0.514T

Fb=(8.7X0.7+0.9X1.07)X0.2=1.411T

Fc=(1.5X0.28+(0.28+0.7)/2X1.8)X0.2

=0.260T

Fd=((0.2+0.35)/2+(0.35+0.7)/2)X1.75X0.2

=0.280T

风力按集中力作用到立柱的中点：

Ff=500/10000X0.5X11X4.18X0.4=0.460T

式中：查规范两片桁架的折减系数0.4。

施工机具，人群荷载（按工作平台计）：Fj=1.2X5.5X0.4=2.T （分配到2I25工字钢上）下面将各荷载系数及荷载计算列于下表：

2，建立Spa2000计算模型：

根据空间杆件计算程序Spa2000要求，考虑本桥实际，建立悬浇挂蓝的Spa2000计算模型如图。图中两主桁片间用后上横梁连接，下面前支点设为活动铰，后锚点设为可以抗拔的固定铰，形成空间稳定结构。前上横梁连结并支于主桁片前端，利用前上横梁上的吊杆将前下横梁悬吊于下方，后下横梁锚于混凝土底板（底纵梁夹于中间作为底纵梁的固定铰）和悬吊于

悬臂板上，12根底纵梁支承连接在前后下横梁上形成底盘，六根滑梁前端悬吊于前上横梁上，后端悬吊于顶板上。行走时才使用端吊点。

悬浇挂蓝的Spa2000计算模型示意图

前一部分计算的分布荷载和集中荷载，按照在底纵梁和滑梁上的相对位置进行布置后启动程序，即可计算挂蓝上任何主要构件的内力和变形。

3，挂蓝在箱梁各节段上工作时的结构内力分析：

根据设计图纸，单幅一个刚构箱梁共分为41个浇注段，0号块件采用支架现浇，合拢段采用吊架现浇外，其余38个节段均采用挂篮悬浇，38个节段中按段长分成3，3.5，4，4.2四类，每一类节段中都有一个块件重量最大的块件，挂蓝在这个块件上工作表示一个工况，也代表了这一类节段上的工作状况。因此，相应于四类节段就有四个控制工况，这四个控制工况分别为：

工况一：1号块工作状态，代表了3米长梁段工作状态。

工况二：2号块工作状态，代表了2至7号6块3.5米梁段工作状态。

工况三：8号块工作状态，代表了8至14号7块4米梁段工作状态。

工况四：15号块工作状态，代表了15至19号5块4.2米梁段工作状态。

经过对工况一至工况四挂蓝主要构件内力的计算分析对比，工况二的挂蓝主要构件计算内力最大，为这四个工况设计的控制工况，因此，本设计针对工况二进行分析验算。

节段混凝土浇筑完成后挂篮应向前行走。此时后下横梁四个锚点和两个吊点必须撤除，后上横梁用端吊点从两端吊起后下横梁，挂篮才可能向前行走。底纵梁和滑梁上的模板荷载不变，但是没有一点混凝土荷载了。这时的挂蓝工作状态我们叫做工况五。工况五也必须进行分析验算。

4，工况二、工况五工作状态下的内力计算和主要构件应力验算：

图1为工况二状态下挂蓝荷载分布图，图2为工况二状态下挂蓝主要构件轴力分布图，图3为工况二状态下挂蓝主要构件弯矩分布图，图4为工况二状态下挂蓝各节点挠度分布图，表1为工况二状态下挂蓝主要构件内力、应力计算值及验算表。

由表中计算值可以看出挂蓝主要构件的应力值均小于容许应力值，有的还相差很远，设计可靠。为安全可靠要求精轧螺纹钢筋的连接套筒销接板应特殊加工，并对每个加工件试拉，达到JL930级精轧螺纹钢的容许应力值。在工况二状态下虽然后上横梁、后下横梁内力很小，但是后上横梁始终是确保结构横向稳定主要部件，后下横梁又是底盘的重要组成。

工况二状态下前下横梁中心点桡度值为2.97cm（其中包括挂蓝自重和模板重量引起的桡度），挠度值计算不计冲击系数，按净重计算。

图1工况二状态下挂蓝荷载分布图

图2工况二状态下挂蓝主要构件轴力分布图

图3工况二状态下挂蓝主要构件弯矩分布图

图4工况二状态下挂蓝各节点挠度分布图

表1工况二挂蓝主要构件应力计算、验算表。

图5为工况五状态下挂蓝荷载分布图，图6为工况五状态下挂蓝主要构件轴力分布图，图7为工况五状态下挂蓝主要构件弯矩分布图，图8为工况五状态下挂蓝各节点挠度分布图，表2为工况五状态下挂蓝主要构件内力、应力计算值及验算表。

由表中计算值可以看出挂蓝主要构件的应力值均小于容许应力值，有的还相差很远，设计可靠。工况五状态下前下横梁中心点桡度值为0.70cm，

图5工况五状态下挂蓝荷载分布图

图6工况五状态下挂蓝主要构件轴力分布图

图7工况五状态下挂蓝主要构件弯矩分布图

图8工况五状态下挂蓝各节点挠度分布图

表2 工况五挂蓝主要构件应力计算、验算表。

后下横梁中心点桡度值为1.42cm（挠度值计算不计冲击系数按净重计算）。如果后下横梁只使用两根45B的工字钢，工况五状态下后下横梁中心点桡度值达7.78cm，后下横梁弯曲应力值达到容许应力值140 MPa，因此，用两根［16B组成的加强桁架加强了后下横梁，使得挠度值、应力值都降了下来。考虑合拢后挂蓝可能要退行到0号块附近，前吊杆必须拆除，只能和后下横梁一样使用端吊点，因此也用加强桁架加强了前下横梁（如果不需

要可以不加强前下横梁）。

行走状态时挂篮后锚吊带安全性(仅与容许应力比较)：

K =210/.5=3.26>2.0 行走时后锚吊带的安全系数较大。

5,挂蓝构造细节验算：

（1），主桁片拉带、销钉、销孔验算：

斜拉带与立柱，斜拉带与主纵梁都是用直径为90毫米的40Cr销钉销接。见上图是斜拉带端头、立柱端头和主纵梁端头销孔处大样图。斜拉带有效断面为20X4=80厘米平方，销孔处有效断面为:

（30-9.05）X4+（20-9.05）X1=105.7cm2＞80cm2

拉带挤压应力：σ=1168.4/9/6X10=216.4mpa＜（σ）=300mpa立柱销孔挤压应力: σ=1168.4/2/9/4X10=162.3mpa＜（σ）=300mpa

主纵梁销孔挤压应力: σ=1168.4/2/9/7.5X10=86.6mpa＜（σ）=300mpa 销钉双剪强度验算(销槽宽只有80厘米，弯曲应力很小)：

τ=1168.4/2/（πX4.5X4.5）X10=91.8mpa＜（σ）=120mpa （2），行走小车拉带、销钉、销孔验算：

见上图是行走小车拉带和行走小车销孔处大样图，小车拉带有效断面为8X2=16厘米平方，销孔处有效断面为:

（10-4.05）X2+（8-4。05）X1=19.8cm2＞16cm2

拉带挤压应力：σ=206.3/2/4/4X10=.5mpa＜（σ）=300mpa

小车销孔挤压应力：206.3/2/2/4/2X10=.5mpa＜（σ）=210mpa

销钉双剪强度验算(销槽宽只有50厘米，弯曲应力很小):

τ=206.3/2/2/(πX2.0X2.0）X10=41.0mpa＜（σ）=120mpa（3），后上横梁压杆稳定验算：

见上图是后上横梁的轴力图，杆件均由两根16B槽钢组成，下弦杆，内斜杆均为压杆，上弦杆，外斜杆均为拉杆，下弦端头杆件轴压力最大F=134.43kn。压杆稳定性计算：

Pkp=Π2XEXI/L2=3.14X3.14X2100000X83.4/437/437=90.42kn＜34.43kn 杆件失稳，因此要求在每个节点处设置隔板，同时在每个节点杆件中间设置上下綴板。设置后压杆稳定性计算：

Pkp=Π2XEXI/L2=3.14X3.14X2100000X934.5/107/107=1690kn＞4.43kn （4），后锚分配梁强度验算：

见上图后锚横梁相当于一条扁担，主纵梁在后锚横梁的中间向上施加了

756.5/2=378.3kn的力，两根锚杆在两边向下压住，两根锚杆间的距离为160厘米，因此，在后锚横梁中间形成一个负弯矩：

M=378.3X1.2/2X160/2=18158.4kn-cm

σ=18158.4/702.9/2X10=129.2mpa＜(σ)=210mpa(Q345B)

(式中：1.2为不均匀受力系数)

（5），行走小车滚轮轴强度验算：

行走时后锚拉力为206.3kn，每个小车受力F=206.3/2X1.2=123.8kn，每个小车四个滚轮，每个滚轮受力F=123.8/4X1.3=40.2kn。滚轮轴悬臂于支承架上，

悬臂长150毫米，F力作用点

M=40.2X9.5=381.9kn -cm

σ=381.9/3.142/5/5/5X32X10=311.2mpa＜(σ)=140mpa＜(σ)=550mpa （6），行走状态轨道应力计算结果（压梁间距2米）轨道最大应力:σmax =169.5MPa

（7），斜拉吊带端头变形计算结果（200t）最大挠度：fmax=1.33mm

（8），行走状态时小车变形计算（20T）行走小车局部最大应力:σmax =270.2Mpa

行走小车最大挠度：fmax=1.76mm

注：行走小车为外加工，需经过现场预拉试验后合格后方可投入使用下载本文