主桥挂篮计算书.doc

机场高速跨秦淮新河大桥工程 秦淮新河主桥挂挂篮计算书

一、工程概况及计算依据
1.1、工程概况
南京机场高速公路包含主线、东、西集散车道，均跨越秦淮河新河相交，本次施工的桥梁为东、西集散车道跨秦淮河新河大桥。东集散车道跨秦淮新河桥梁墩号、桩号范围：Pe13～Pe16，K4+026.57～K4+226.57；西集散车道跨秦淮新河桥梁墩号、桩号范围：Pw13～Pw16，K4+026.54～K4+226.54，桥梁结构采用单箱单室斜腹板预应力混凝土箱梁，桥梁全宽15.5m，中墩及边墩顶梁高为5.4m、2.7m，变高梁以腹板斜率不变，变底板宽度来实现。
主要施工工艺：箱梁采用对称悬臂浇筑法施工，边跨现浇段搭设支架浇筑，先边跨合拢再中跨合拢。
上部结构主梁为预应力混凝土变截面箱梁，跨径组合54+92+54m。中支点梁高5.4m高跨比1/17.04；跨中梁高2.7m，高跨比1/34.07。箱梁高度按2次抛物线线形变化，边跨与中跨梁高对称。桥梁截面为单箱单室斜腹板箱型截面，箱梁顶板宽15.2m，设置单向2%横坡；底板横向为平坡。截面尺寸：顶板厚28cm；底板厚30～80cm；腹板厚45～85cm；悬臂板长度3.7m，挑臂根部厚55cm。在墩顶及中跨跨中设置横梁。箱梁节段长度0#块为12.0m，其它节段长度3×3.0m+4×3.5m+4×4.0m，共11节段。合拢段长2.0m。全桥共设1个主跨合拢段和2个边跨合拢段。
各节段梁体参数表
节段编号
边跨现浇段
合拢段
11#
10#
9#
8#
7#
节段长度（cm）
6.88
2.0
4.0
4.0
4.0
4.0
3.5
节段重量（t）
248.0
51.1
102.43
103.42
104.16
114.24
113.71
节段编号
6#
5#
4#
3#
2#
1#
0#
节段长度（cm）
3.5
3.5
3.5
4.0
3.0
3.0
3.0
节段重量（t）
121.17
126.71
133.05
119.65
125.36
131.49
690.99

1.2、计算依据
1、机杨高速东西集散车道跨秦淮河新河大桥施工图纸（第二册）；
2、我单位积累的成熟技术、科技成果、施工方法以及从事类似工程的施工经验；
3、《公路桥涵施工技术规范》（G/TF50-2011）；
4、《公路工程施工安全技术规程》（JTJ076-95）；
5、《路桥施工计算手册》 人民交通出版社；
6、《公路钢木结构设计规范》(JTJ025-1986)。
1.3、计算荷载参数取值
1、施工人员、施工料具运输、堆放荷载：①计算模板及直接支撑模板的小棱时，取2.5KN/m2；②计算直接支撑小棱的梁或拱架时取1.5KN/m2；③计算支架立柱及支承拱架的其它结构构件时取1.0KN/m2；
2、振捣荷载2.0KN/m2；
3、模板、支架自重：0.750KN/m2；
4、钢筋混凝土容重取：；
5、钢材弹性模量取：；
6、A3钢力学性能：轴心应力；弯曲应力；剪应力(其容许应力按临时结构组合Ⅰ提高1.3倍)；
4、计算模型
本项目采用三角桁架片组成的三角挂篮，挂篮按最重节段4#重量为1330.5KN进行设计，其主要技术指标见。
挂篮设计参数表

项 目
设 计 参 数
设计承载能力（吨）
180
挂篮总重（吨）
48
挂篮自重最重悬浇梁段重量比值
0.36
挂篮主桁安全系数
2.5
挂篮承重时抗倾覆安全系数
＞2.0
挂篮行走时抗倾覆安全系数
＞2.0
挂篮前吊杆最大变形量（mm）
5.3
挂篮主承重桁架弹性挠度（mm）
9.0
挂篮累计最大变形量（mm）
14.3

本桥挂篮采用三角桁架式挂篮，挂篮主要由主桁三角架及连接器、底模系统、侧模系统、内模系统、横梁系、悬吊系、支垫梁及轨道梁等组成。
（1）、主桁三角架：由主桁三角桁架由立柱、斜拉杆、主梁组成。
主梁由2根[40b型钢加工而成，共长11.0 m，是挂篮主要的承重结构。挂篮两根主梁之间设有平联、斜联，以减少负荷后侧向变形，增加整体稳定性。每片主桁立柱由2根[32b型钢加工而成，长420cm，销孔间距为425cm。斜拉杆采用[22b型钢加工而成，前斜拉杆销孔间距为641 cm、后斜拉杆销孔间距为560cm、，立柱横联采用由[12焊接而成的刚性桁架。立柱、斜拉杆及主梁构成三角桁架，共同承受主桁前、后横梁传给的外荷载。主梁与立柱之间采用底座连接、斜拉杆为销轴连接。
（2）、横梁系由前、后上横梁；前、后下横梁组成，横梁由2[36b槽钢和2[40b加工而成。前、后上横梁固定在主桁架上，底模系统固定在前、后下横梁上，前下横梁通过吊杆吊于前上横梁上，后下横梁由双头螺杆锚固在已经浇筑好的梁段上。
（3）、悬吊系是挂篮的升降系统，位于挂篮的前部，其作用是悬吊和升降底模、侧模、内模和工作平台等，以适应悬臂段高度的变化。由吊杆、吊杆座、千斤顶、手拉葫芦等组成。吊杆及后锚杆均采用JL32精扎螺纹钢。用精扎螺纹钢做的各吊杆接长、锚固的连接器和螺母均采用相应的标准件，除顶升用的螺母为单螺母外，其余均应采用双螺母。各前、后吊杆及后锚吊杆应使用符合规范要求的材料，各吊杆在箱梁施工过程中严禁碰到电焊火花。前吊杆下端与底模平台前横梁栓接，上端支持于前上横梁，前上横梁上设千斤顶及扁担梁调节高度，以实现底模及工作平台的升降。另外葫芦控制内模的前移。
（4）、行走系是挂篮前后移位的主要装置，包括手拉葫芦、轨道梁、前后支撑梁下铺设滚钢形成滚动装置和牵引设备。
（5）、模板系由底模、侧模、内模、端模等组成。
底模：底模由底模架和底模板组成。底模纵梁由I28b型钢组成，底模板由[10槽钢+5mmA3钢板拼焊组成，底模架前端连有角钢，组成操作平台。
侧模：为桁架式整体模板，由型钢焊成的侧模骨架和其上铺[6.3槽钢+5mmA3钢板组成。侧模由纵梁承托在前、后下横梁上，侧模纵梁前部通过悬吊系吊在前下横梁上。后端通过吊杆悬吊在后下横梁上，挂篮行走时，侧模与挂篮底盘一起行走。
内模：顶模采用型钢焊成的桁架片其上铺设木模组成，内模架型钢桁架片下设滑套，可以沿内滑梁行走，内滑梁为25b工字钢，其后部锚在梁段顶板上，前端通过悬吊系吊在前上横梁上。内模架以箱梁上倒角上部为轴，中部、下部以型钢对撑。内模的前移在下一段的底板、腹板的钢筋、预应力管理、预埋件等安装完成后进行。
端模：为木模，以10*10cm方木为加劲带，为一次性使用。为改善混凝土的外观质量，提高梁段接缝的平整度，在所有模板间接缝处均粘贴2cm厚的海绵条（宽5cm以上），以使模板接缝严密不漏浆。
为保证施工安全，操作方便，每套挂篮设5个工作平台，前上横梁设吊带长度调整平台1个，前上横梁下设有1个工作平台，底横梁下设工作平台1个，两端设张拉工作平台2个。工作平台上安装扶手、栏杆、及防护网。

二、挂篮验算
2.1、底模系统
底模系统的组成:
（1）、面板：采用5mm厚钢板组成的定型钢模。
（2）、横向分配梁：为间距＠=25cm的[10槽钢。
（3）、纵梁： I28b工字钢。
2.1.1荷载组合
（1）、以4#块箱梁混凝土自重控制，荷载分块为腹板Ⅰ、底板（含倒角）Ⅱ、顶板（含倒角）Ⅲ、翼缘板Ⅳ四块。混凝土按2.6T/m3计。
a、腹板砼自重:
b、底板砼重:
c、顶板砼自重:
d、翼板砼自重:
（2）、模板荷载：内模、底模按0.75KN/m2计算。
（3）、施工人员和施工材料、机具行走或堆放荷载取2.5Kpa=0.0025N/㎜2。
（4）、振捣混凝土产生的荷载取2.0Kpa=0.002N/㎜2。
2.1.2面板的强度及变形验算
面板取b=10㎜，则分配梁[10槽钢的间距为＠=25cm，
荷载q=10×p=10×0.0493=0.493N/㎜,按四等跨连续梁验算。
面板参数：I=bh3/12=10*53/12=104.2㎜4；W=bh2/6=10*52/6=41.7㎜3；
计算图示如图1:

计算图

弯矩图
计算结果如下：
σmax=Mmax/W=79.17Mpa<1.3*[σ0]=188.5Mpa
fmax=0.35mm<[f0]=1.5mm
2.1.3 [10槽钢小分配梁
分配梁[10槽钢间距为＠=25cm。 [10槽钢的参数：I=198.3cm4 Wx=39.7cm3 A=12.74cm2 G=10Kg/m。
腹板下砼自重:1.2*[(4.726+4.418)/2]*26*1.03=146.926KN/㎡；
底板下砼自重:1.2*1.03*305.76/[(6.75-1.3)*3.5]=19.812KN/㎡；
模板自重:1.2*0.005*78.8=0.473KN/㎡；
[10槽钢楞木自重:q3=1.2*0.1=0.12KN/m；
施工等荷载:1.4*4.5=6.3KN/㎡。
则:腹板计算荷载:q1=250*(146.926+0.473+6.3)/1000+0.12=38.54N/mm，
底板下总荷载:q2=250*(19.812+0.473+6.3)/1000+0.12=6.77N/mm，
计算图示如下图:

计算图

弯矩图
计算结果如下：
Mmax=2035393.75N·mm
σmax=Mmax/W=52.27Mpa<1.3*[σ0]=188.5Mpa
fmax=0.23mm<[f0]=L/500=2.1mm
2.1.4纵梁
以4#梁段作控制块件，分析纵梁受力。纵梁的布置：4根I28b工字钢纵梁承担腹板荷载，6根I28b工字钢纵梁承担底板荷载。
腹板纵梁
腹板纵梁采用4根I28b。
I28b参数: I=7480cm4 Wx=534.3cm3 A=61.05cm2 G=47.9Kg/m。
荷载取值：
a、腹板砼自重：
b、底模自重荷载：
c、纵梁自重:
d、施工荷载：
总计荷载
计算图示如图下

计算图
弯矩图
反力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力 合力
支 座 ---------------------------------------- ------------------------------------------
结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
3 0.00000000 207.243950 0.00000000 207.243950 90.0000000 0.00000000
2 0.00000000 114.591050 0.00000000 114.591050 90.0000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
计算结果如下：
Mmax=233.27KN·m
σmax=Mmax/Wx=108.75Mpa<1.3*[σ0]=188.5Mpa
fmax=9mm<=12.5mm
底板纵梁
底板纵梁采用6根I28b，
荷载取值：
a、底板砼自重：
b、底模自重荷载：
c、纵梁自重:
d、施工荷载：
总计荷载
计算图示如图4。

计算图弯矩图
反力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力 合力
支 座 ---------------------------------------- ------------------------------------------
结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
3 0.00000000 274.317100 0.00000000 274.317100 90.0000000 0.00000000
2 0.00000000 156.712900 0.00000000 156.712900 90.0000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
计算结果如下：
Mmax=309.47KN·m
σmax=96.53Mpa<1.3*[σ0]=188.5Mpa;
fmax=7.1mm<=12.5mm。
2.2 横梁
横梁分前、后上横梁和前、后下横梁，均采用双拼槽钢结构，横梁的受力分以下两种工况：（1）、悬浇状态；（2）、挂篮前移
2.2.1前下横梁
2[36b，[36b参数:I=12650cm4 Wx=703cm3 A=68.1cm2 G=53.4Kg/m。
第一工况：悬浇状态
1、腹板纵梁传给前下横梁的荷载：
2、底板纵梁传给前下横梁的荷载：
3、前下横梁自重
4、翼板砼自重分配1/2荷载：
5、翼板及腹板模板重：
6、翼板上施工等荷载:
则：翼板传给横梁集中荷载：118.69/2=59.34KN；
计算图示如下图:

计算结果如下：
反力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力 合力
支 座 ---------------------------------------- ------------------------------------------
结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
2 0.00000000 19.7922604 0.00000000 19.7922604 90.0000000 0.00000000
3 0.00000000 122.487003 0.00000000 122.487003 90.0000000 0.00000000
4 0.00000000 174.547707 0.00000000 174.547707 90.0000000 0.00000000
5 0.00000000 11.4200563 0.00000000 11.4200563 90.0000000 0.00000000
6 0.00000000 174.547707 0.00000000 174.547707 90.0000000 0.00000000
7 0.00000000 122.487003 0.00000000 122.487003 90.0000000 0.00000000
8 0.00000000 19.7922604 0.00000000 19.7922604 90.0000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
σmax= Mmax/Wx=34.44Mpa<1.3*[σ0]=188.5Mpa
fmax=0.4mm<=4.625mm。
吊杆拉力:Nmax=174.55KN<[N0]= 3.14*(16*10-3)2*650*106*10-3=525KN(JL32)。
2.2.2后下横梁
2[40b，[40b参数: [40b参数:I=18640cm4 Wx=932cm3 A=83cm2 G=65.2Kg/m。
第一工况：悬浇状态
1、腹板纵梁传给前下横梁的荷载：
2、底板纵梁传给前下横梁的荷载：
3、后下横梁自重
4、翼板砼自重分配1/2荷载：
5、翼板及腹板模板重：
6、翼板上施工等荷载:
则：翼板传给横梁集中荷载：118.69/2=59.34KN；
6、计算图示如下图:后横梁的吊杆位置同前横梁相对应布设。

7、计算结果如下：
反力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力 合力
支 座 ---------------------------------------- ------------------------------------------
结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
2 0.00000000 15.6971199 0.00000000 15.6971199 90.0000000 0.00000000
3 0.00000000 154.117770 0.00000000 154.117770 90.0000000 0.00000000
4 0.00000000 291.916318 0.00000000 291.916318 90.0000000 0.00000000
5 0.00000000 24.7975804 0.00000000 24.7975804 90.0000000 0.00000000
6 0.00000000 291.916318 0.00000000 291.916318 90.0000000 0.00000000
7 0.00000000 154.117770 0.00000000 154.117770 90.0000000 0.00000000
8 0.00000000 15.6971199 0.00000000 15.6971199 90.0000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
σmax= Mmax/Wx=43.52Mpa<1.3*[σ0]=188.5Mpa
fmax=0.42mm<=4.625mm。
吊杆拉力:Nmax=291.92KN<[N0]=525KN(JL32)。
第二工况：挂篮前移
挂篮在前移时,其后下横梁受力为最不利,故仅对后下横梁验算。
1、 腹板纵梁及底模自重传给后下横梁的荷载：
腹板纵梁采用4根I28b：单位重G=47.9Kg/m。
a、底模自重荷载：
b、纵梁自重:
总计荷载
计算图示如图下

2、 底板纵梁及底模自重传给后下横梁的荷载：
底板纵梁采用6根I28b， G=47.9Kg/m。
荷载取值：a、底模自重荷载：
b、纵梁自重:
总计荷载

3、后下横梁自重
4、翼板及腹板模板重：
5、计算图示如下图:

6、计算结果如下：
反力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力 合力
支 座 ---------------------------------------- ------------------------------------------
结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 0.00000000 43.7200000 0.00000000 43.7200000 90.0000000 0.00000000
9 0.00000000 43.7200000 0.00000000 43.7200000 90.0000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Mmax=220.13KN·m
σmax=Mmax/Wx=118.1Mpa<1.3[σ0]=188.5Mpa；
fmax=5.2cm。
2.2.3前上横梁
2[40b，[40b参数: [40b参数:I=18640cm4 Wx=932cm3 A=83cm2 G=65.2Kg/m。
第一工况：悬浇状态
1、顶板砼自重：前上横梁承担1/2并由2根I25b内滑梁承担，则每根内滑梁承担荷载为:Q1=192.192/4=48.05KN；
2、顶模自重:Q2=6.0*4.5*0.75=20.25KN，
则每根内滑梁承担:Q2=20.25/4=5.06KN；
3、前上横梁自重Q3=2*65.2=1.30KN/m；
4、内滑梁自重:Q4=42Kg/m*6/2=126Kg=1.26KN；
5、施工等荷载:Q5=3.5*6*3.5/4=18.37KN；
则内滑梁前吊杆承担荷载:P=48.05+5.06+1.26+18.37=72.74KN。
前上横梁荷载：根据前下横梁计算结果有：
从左至右依次为(KN)：19.8，122.5，174.5，72.7(顶板),11.4，72.7(顶板), 174.5，122.5，19.8。
5、计算图示如下图:

6、计算结果如下：
反力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力 合力
支 座 ---------------------------------------- ------------------------------------------
结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
2 0.00000000 406.250000 0.00000000 406.250000 90.0000000 0.00000000
3 0.00000000 406.250000 0.00000000 406.250000 90.0000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
σmax= Mmax/Wx=158.8Mpa<1.3[σ0]=188.5Mpa
fmax=15mm<=18mm。(在中间部分采取内衬加劲板及钢板等加强措施,减小变形值)
2.2.4 后上横梁
第一工况：悬浇状态
因悬浇时后上横梁不受力，其吊杆全部锚在已浇好梁段顶板和翼板上。
第二工况：挂篮前移
后上横梁荷载：根据后下横梁计算结果有：
从左至右依次为(KN)：43.72, 43.72。
1、后上横梁自重Q3=2*65.2=1.3KN/m；
2、计算图示如下图:

计算结果如下：Mmax=229.83KN·m
反力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力 合力
支 座 ---------------------------------------- ------------------------------------------
结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
2 0.00000000 54.7050000 0.00000000 54.7050000 90.0000000 0.00000000
3 0.00000000 54.7050000 0.00000000 54.7050000 90.0000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
σmax= Mmax/Wx=123.56Mpa<1.3[σ0]=188.5Mpa；
2.3 主梁
第一工况：悬浇状态
（1）、主桁：主桁为三角桁片，由立柱、斜拉杆、主梁组成。
主梁由2根I40b型钢加工而成，共长11.0 m，是挂篮主要的承重结构。挂篮两根主梁之间设有平联、斜联，以增加整体稳定性。每片主桁立柱由2根[32b型钢加工而成，长420cm，销孔间距为425 cm。斜拉杆采用2根[22b型钢加工而成，前斜拉杆销孔间距为641cm，后斜拉杆销孔间距为560cm，立柱横联采用由槽钢[12焊接而成的刚性桁架。立柱、斜拉杆及主梁构成三角桁架，共同承受主桁前、后横梁传给的外荷载。主梁与立柱之间采用底座连接、斜拉杆为销轴连接。
主梁荷载：根据前上横梁计算结果有：R=406.25KN；
计算图示如下图:

计算结果如下：
内力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 -406.250000 -101.562500
2 -505.877814 20.5844057 -101.562500 -505.877814 20.5844057 -2.75735247
3 -505.877814 0.75543903 -2.75735247 -505.877814 0.75543903 0.00000000
4 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000
5 -988.150884 0.00000000 0.00000000 -988.150884 0.00000000 0.00000000
6 661.891209 0.00000000 0.00000000 661.891209 0.00000000 0.00000000
7 755.637844 0.00000000 0.00000000 755.637844 0.00000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
反力计算
-----------------------------------------------------------------------------------------------
结点约束反力 合力
支 座 ---------------------------------------- ------------------------------------------
结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
3 0.00000000 968.321917 0.00000000 968.321917 90.0000000 0.00000000
4 0.00000000 -562.071917 0.00000000 562.071917 -90.0000000 0.00000000
-----------------------------------------------------------------------------------------------
主梁I40b：
σmax=N/A+M/(γ*W)=505.88×103/(2*83×102)+101.56×106/(1.05*2*932×1