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菱形挂蓝主桁架强度与稳定性验算

来源:职称驿站所属分类:体育科学教育论文发布时间:2012-07-16 09:40:29浏览:

  摘要:以在建的连续箱梁施工使用的菱形挂篮为实例,利用MIDAS软件建模分析,分别对挂篮主桁架的强度、刚度和稳定性进行验算。得到桁架型钢、锚固系统、行走系统的强度、刚度和稳定性均满足设计和规范要求。
  关键词:挂篮;强度;刚度;稳定性
  1挂蓝设计概述
  上海市林海公路4标段大治河桥为单箱双室,(60+105.5+58.5)m的三跨连续梁桥,采用挂蓝法悬臂浇注施工工艺。0、1号块采用满堂支架现浇施工,2~13号块采用挂蓝悬臂浇注施工。悬浇挂蓝选用刚度比较大的菱形挂蓝,如图1。
  挂蓝由主桁系统、底蓝系统、行走及锚固系统、模板及调整系统,以及附属结构(操作平台、爬梯和栏杆等)部分组成。挂篮的3榀主桁架,位于箱梁腹板处,主桁架间距5.75m。
  图1挂篮结构图
  挂蓝行走采用双轨自锚形式。每榀主桁下设置两根走轨,两组反扣轮组,轨道用压梁、竖向预应力钢筋锚固。主桁前端支座采用滑船形式,主桁立柱铰接。行走轨道采用钢板焊接H型钢,轨道整根布置,两根轨道之间不设置横向联结,现场根据需要采取相应的措施,轨道前移采用挂蓝顶起后拖动。挂蓝行走采用穿心顶拖动,轨道前端、支座上设置反力装置。
  2、挂篮设计依据
  1)林海公路4标段大治河桥设计图纸;
  2)《钢结构工程施工质量验收规范》•GB50205-2001;
  3)《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)。
  3、分析内容
  1)挂篮桁架强度和刚度
  根据林海公路大治河桥设计资料进行荷载分析,验算节段施工时主桁架的强度和刚度;
  2)挂篮施工时抗倾覆稳定性
  节段施工时,按最大荷载考虑,验算挂篮后锚固系统的稳定性;
  3)挂篮行走时抗倾覆稳定性
  挂篮前移时,考虑恒荷载和震动等不利因素,验算行走系统的稳定性。
  4、荷载分析
  1)节段新浇混凝土的荷载
  挂蓝施工节段最大长度为4.0m,箱梁底板宽度12m,节段最大重量为2号块,节段长度3.5m,最大重量为1690KN。偏于安全考虑,将节段总重量,按照前、后横梁之间的距离为5m,宽度12m换算成面荷载P1:
  P1=1690/5/12=28.16Kpa;
  2)施工人员、施工料具运输、堆放荷载
  P2=1.5Kpa;
  换算成集中荷载为:1.5*4*12=72KN;
  3)混凝土振捣产生的荷载
  P3=2.0Kpa
  换算成集中荷载为:2.0*4*12=96KN;
  4)底模板(50KN)
  P4=50KN/5/12=0.83Kpa;
  5)内模重量(含行走梁和内滑梁)105KN
  P5=105/5/12=1.75Kpa;
  6)前上横梁、前下横梁、后下横梁:
  根据挂蓝图纸,横梁总重量
  P6=28.2+25.49+36.18=89.87KN;
  7)外侧模板(外侧导梁1、导梁2)
  外侧模板:2*80KN=160KN;
  外侧导梁1、导梁2:23.4+7.54=30.9KN;
  P7=160+30.94=190.94KN;
  8)挂蓝底模纵梁(按照0.5m的间距平均布置,每个挂蓝26片,长度6m),采用I32a,每米重量52.68Kg/m,总重量为:
  P8=26*6*52.68=8218Kg=82.18KN。
  换算成为面积荷载为:82.18/5/12=1.37Kpa;
  9)荷载组合
  根据以上计算的个分项荷载,结合进行结构分析的部位,荷载组合如下:
  挂蓝主桁架
  验算挂蓝的主桁架荷载,考虑全部荷载由桁架和箱梁端部承受,实际上箱梁所承受的荷载大于挂蓝桁架的,但我们在计算时假定两者各承担一半,所以,挂蓝主桁架承受的荷载(即前上横梁)的荷载计算如下:
  总荷载计算:
  P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8
  =1690+72+96+50+105+89.87+190.94+82.18
  =2376KN。
  桁架有3片受力,所以每片桁架的前端承受的荷载为:
  5、挂蓝结构计算
  采用MIDAS软件建模,分别对主桁架的内力、变形、应力进行计算分析,得到如下结果:
  1)桁架单元的内力计算结果:
  图2桁架受力图图3桁架内力图
  2)桁架单元最大位移:桁架最大位移为挂蓝的前端,最大位移13mm;
  图4桁架变形图图5桁架应力图
  3)挂蓝桁架单元应力:最大应力为71.3Mpa,小于容许压应力175Mpa,满足规范要求。
  4)杆件的稳定性验算
  选择承受拉应力和压应力最大杆件进行校核,从杆件内力计算结果可知,挂蓝前斜杆和后拉杆所承受的拉应力和压应力里最大,F=699.2KN。杆件的强度和稳定性复核计算如下:
  ①前斜杆的稳定性验算
  前斜杆的由3[32a槽钢双拼而成,长度L=6.1m;A=2*4850=9700mm2;
  查《手册》可知[32a槽钢的i=12.44cm;
  长细比λ=L/i=610/12.44
  查表可知前斜杆的稳定性系数φ=0.828
  所以,挂蓝前斜杆受压稳定性满足要求。
  ②后拉杆抗拉强度验算
  所以,后拉杆的强度,满足要求。
  6、挂蓝稳定性计算
  6.1挂蓝施工时抗倾覆稳定性计算
  1)后锚强度计算
  根据挂蓝设计图纸,每榀菱形挂蓝后部有两根后锚扁担梁,由2根I25a双拼而成,
  图6单榀桁架尺寸图
  每根扁担梁各通过2根φ32mmJL750精轧螺纹钢与桥面锚固,所以每榀桁架有4根后锚杆,由前面主桁架计算可知,
  每根JL750的精轧螺纹钢设计拉力:
  T=750*3.14*0.0152=529.8KN;
  考虑2倍的安全系数,[T]=529.8/2=264.9KN;所以,4根φ32mm精轧螺纹钢筋的容许拉力=4*264.9=1059.6KN>NA=518.2KN,因此,后锚拉杆的强度满足安全要求。
  2)后锚扁担梁强度验算
  后锚扁担梁由2根25a工字钢和钢板拼焊而成,查《路桥施工计算手册》可知2根25a工字钢:Wx=2*401360mm3;A=2*4851mm2;
  图7扁担梁受力图
   后锚扁担梁弯矩计算:
  后锚扁担梁剪力计算:
  弯曲应力验算
  弯曲强度满足要求。
  剪应力验算
  抗剪强度满足要求。
  6.2挂蓝空载前移时抗倾覆稳定性验算
  当挂蓝空载前移到箱梁浇注位置时,此时处于悬臂空载下的挂篮所承受的倾覆力最大,在这种荷载工况下,挂篮的主要承受的荷载有:外侧模板和滑梁、内侧模板和内滑梁、前上、下横梁底篮纵梁和底模等,以及堆放的机具荷载。现在对上面这些荷载进行计算:
  ①人员机具堆放荷载:72KN;
  ②内模板(内滑梁):105KN;
  ③外侧模板(外滑梁):160KN;
  ④底模纵梁:82.18KN;
  ⑤前上横梁、前下横梁:28.2+25.9=54.1KN;
  将前面5项荷载根据前后横梁的分摊情况,计算在挂篮空载前行的工况下,三榀挂篮前端的总荷载T:
  T=(72+105+160+82.18)/2+54.1=273.69KN;
  再考虑20%其他不确定因素荷载:T=273.69*1.2=328.424KN
  所以,每榀挂蓝前端承受的荷载t=T/3=109.5KN。
  CD
  图8单榀桁架尺寸图
   则反扣轮组的负荷为:
  反扣轮组与主桁架的联结,以及反扣轮与分配梁的联结均采用XZ50-170型的贝雷销,材料为30铬锰钛,抗剪强度585Mpa。
  图9反扣轮组结构图
  1)反扣轮组联结销的强度验算
  由挂蓝设计图纸可知,反扣轮组与主构架的联结为一根XZ50-170型的贝雷销:
  截面积:A=3.14*25*25=1962.5mm2,30铬锰钛抗剪强度为585Mpa,所以1根贝雷销的容许剪力[F]=1962×585=1147KN>=142.6KN;
  安全系数K=1147/142.6=8.0,满足规范要求。
  2)轴承负荷验算
  每套反扣轮组中,有8套312滚珠轴承。考虑到挂蓝实际使用时受力的不均衡型,故假定只有2只轮中的4个轴承受力,查《工具手册》可知每只312轴承饿额定负荷为48.5KN,4个312轴承的容许负荷为4×48.5=194KN>=142.6KN。
  故反扣轮组轴承安全满足要求。
  3)反扣轮固定轴验算
  每套反扣轮组的轴承之间有4根固定轴,直径为60mm,A3钢材质,考虑到反扣轮组在施工受力的不均衡性,假定只有2根轴受力,则每根固定轴承受的剪力为:
  τ=
  其中:A=3.14*30*30=2826mm2,F=116KN
  τ=
  所以,反扣轮组轴承固定销的抗剪强度满足要求。
  因为固定销受弯曲应力很小,这里不做弯曲强度验算。
  综上所述,可知挂篮空载前行时,抗倾覆稳定性满足安全要求。
  7结论
  基于前述计算,得到以下结论:
  (1)挂篮主桁架的强度、刚度、整体稳定和局部稳定都能满足规范设计要求。
  (2)挂篮的锚固系统和行走系统经验算表明都能满足规范设计要求。
  参考文献
  [1]陈绍蕃,顾强.钢结构[M].北京.中国建筑工业出版社.2003.
  [2]周水兴,向中富.桥梁工程[M].乌鲁木齐.新疆大学出版社.2001.10.
  [3]交通部,JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2000.

《菱形挂蓝主桁架强度与稳定性验算》

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