朝陽(yáng)大橋掛籃有限元計(jì)算書(shū)2

1、 南昌朝陽(yáng)大橋掛籃有限元計(jì)算說(shuō)明書(shū)編制：審核：批準(zhǔn)： 掛籃有限元計(jì)算說(shuō)明書(shū)目 錄1 設(shè)計(jì)說(shuō)明11.1設(shè)計(jì)依據(jù)11.2掛籃結(jié)構(gòu)組成11.3 掛籃結(jié)構(gòu)參數(shù)11.3.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)11.3.2主要材料21.3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算荷載21.3.4 內(nèi)力符號(hào)規(guī)定32 掛籃底籃系統(tǒng)計(jì)算42.1底籃澆筑狀態(tài)受力檢算42.1.1澆注底板時(shí)42.1.2澆注頂板時(shí)62.2底籃橫梁空載走行狀態(tài)受力檢算83 掛籃導(dǎo)向系統(tǒng)計(jì)算113.1外導(dǎo)梁受力檢算113.1.1澆注頂板時(shí)114 掛籃主吊桿及前上橫梁計(jì)算134.1吊掛系統(tǒng)受力檢算134.1.1精軋螺紋鋼吊桿134.2前上橫梁受力檢算134.2.1在澆注底板塊時(shí)134.2.2

2、在澆注頂板塊時(shí)155 掛籃主桁計(jì)算195.1荷載計(jì)算195.2主桁結(jié)構(gòu)檢算195.2.1澆筑底板時(shí)195.2.2澆筑頂板時(shí)206 計(jì)算結(jié)果匯總226.1應(yīng)力匯總226.2位移匯總227、 計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)起吊安裝時(shí)的風(fēng)力作用22 掛籃有限元計(jì)算說(shuō)明書(shū)1 設(shè)計(jì)說(shuō)明1.1設(shè)計(jì)依據(jù)1) 南昌朝陽(yáng)大橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋梁圖；2) 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）；3) 路橋施工計(jì)算手冊(cè)；4) 結(jié)構(gòu)力學(xué)；5) 材料力學(xué)；6) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)；7) 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTG/T F50-2011）1.2掛籃結(jié)構(gòu)組成南昌朝陽(yáng)大橋掛籃主要由主桁系統(tǒng)、主桁走行錨固系統(tǒng)、底籃走行系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、

3、起吊系統(tǒng)、前上橫梁、液壓系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、平臺(tái)防護(hù)系統(tǒng)、輔助部件等組成。掛籃結(jié)構(gòu)如下圖所示:1.3 掛籃結(jié)構(gòu)參數(shù)1.3.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)1) 砼自重； 2) 鋼材彈性模量；3) 材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：牌號(hào)許用正應(yīng)力許用彎曲應(yīng)力w許用剪切應(yīng)力Q235215MPa215MPa125MPaQ345（16t35）295MPa295MPa170MPaQ345（35t50）265MPa265MPa155MPa40Cr470MPa480MPa280MPa45320MPa320MPa178MPaPSB785650MPaPSB830690MPa1.3.2主要材料掛籃的前上橫梁由2H450×200普通熱軋H型鋼組

4、焊組成，底籃前、后橫梁采用H390×300普通熱軋H型鋼組焊成桁架結(jié)構(gòu)形式，底板下縱梁采用H300×175和H150×75普通熱軋H型鋼組焊成桁架結(jié)構(gòu)形式，外導(dǎo)梁采用I56b工字鋼組成，軌道采用雙拼I40a工字鋼。1.3.3 設(shè)計(jì)計(jì)算荷載1、荷載系數(shù)1) 考慮箱梁混凝土澆筑時(shí)脹模等系數(shù)的超載系數(shù)：1.052) 掛籃空載行走時(shí)的沖擊系數(shù)1.33) 澆筑混凝土和掛籃行走時(shí)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：2.04) 活載分項(xiàng)系數(shù)1.45) 恒載分項(xiàng)系數(shù)1.22、作用于掛籃的荷載取9#塊計(jì)算箱梁荷載。根據(jù)箱梁截面受力特點(diǎn)，劃分箱梁各節(jié)段斷面如圖所示：通過(guò)建立箱梁各節(jié)段三維模型并查詢各段

5、體積，計(jì)算箱梁斷面內(nèi)各段重量如下表所示：節(jié)塊9#(6.4m)備注269kN校核外導(dǎo)梁+4962kN校核底板下縱梁恒載分項(xiàng)系數(shù)K1=1.2；活載分項(xiàng)系數(shù)K2=1.4。箱梁最大梁段重量：682.26t；施工機(jī)具及人群荷載：2.5KPa；傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載：2KPa振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：2KPa1.3.4 內(nèi)力符號(hào)規(guī)定軸力：拉力為正，壓力為負(fù)；應(yīng)力：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)；其它符號(hào)規(guī)定參照結(jié)構(gòu)力學(xué)2 掛籃底籃系統(tǒng)計(jì)算2.1底籃澆筑狀態(tài)受力檢算整個(gè)底籃系統(tǒng)三維模型較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，直接用于分析時(shí)有一定的計(jì)算量，在普通的計(jì)算機(jī)或工作站的硬件條件下很難獲得精確的計(jì)算結(jié)果?？紤]到模型的對(duì)稱性，此處取1/2底

6、籃系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。為得到較為精確的結(jié)果，在對(duì)細(xì)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理的同時(shí)，盡量按照原圖將模型結(jié)構(gòu)建立完整。具體模型總裝圖如下圖所示：2.1.1澆注底板時(shí)1、載荷計(jì)算1) 底板混凝土荷載為：2) 模板重量按計(jì)，模板載荷為：3) 人群及機(jī)具荷載為：4) 傾倒和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載為：2、受力分析 其受力模型如下圖所示：底籃的應(yīng)力云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知整個(gè)底籃系統(tǒng)最大應(yīng)力為139.755Mpa，故滿足要求。底籃的位移云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知整個(gè)底籃系統(tǒng)最大位移為2.891mm，出現(xiàn)在底模中間的位置，底模前端靠近底籃前橫梁處最大位移約為1mm。底籃吊點(diǎn)支點(diǎn)反力如下圖所示：2.1.2澆注頂板時(shí)1、載荷

7、計(jì)算1) 頂板混凝土荷載為：2) 模板重量按計(jì)，模板載荷為：3) 人群及機(jī)具荷載為：4) 傾倒和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載為：2、受力分析 其受力模型如下圖所示：底籃的應(yīng)力云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知整個(gè)底籃系統(tǒng)最大應(yīng)力為231.315Mpa，出現(xiàn)在吊架的尖角處，根據(jù)彈塑性力學(xué)理論，此應(yīng)力為局部應(yīng)力，隨著實(shí)際工況中尖角的消失，該應(yīng)力也會(huì)消失，因此不做討論。從圖中可以看出，底籃系統(tǒng)的應(yīng)力分布大部分在140Mpa以下，因此滿足要求。底籃的位移云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知整個(gè)底籃系統(tǒng)最大位移為4.762mm，出現(xiàn)在底模中間的位置，底模前端靠近底籃前橫梁處最大位移約為2mm。底籃吊點(diǎn)支點(diǎn)反力如下圖所示：2.2底

8、籃橫梁空載走行狀態(tài)受力檢算掛籃空載走行狀態(tài)下，底籃橫梁主要承受模板及其自重的作用，其受力模型如下：底籃的應(yīng)力云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知整個(gè)底籃系統(tǒng)最大應(yīng)力為348.667Mpa，出現(xiàn)在吊架的尖角處，根據(jù)彈塑性力學(xué)理論，此應(yīng)力為局部應(yīng)力，隨著實(shí)際工況中尖角的消失，該應(yīng)力也會(huì)消失，因此不做討論。從圖中可以看出，底籃系統(tǒng)的應(yīng)力分布大部分在140Mpa以下，因此滿足要求。底籃的位移云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知整個(gè)底籃系統(tǒng)最大位移為32.71mm，出現(xiàn)在底模中間的位置。滿足要求。3 掛籃導(dǎo)向系統(tǒng)計(jì)算3.1外導(dǎo)梁受力檢算外導(dǎo)梁主要承受箱梁翼緣處混凝土重量及外模重量，采用I56b工字鋼加工，作用于外導(dǎo)梁上載荷

9、如下：澆注9#塊時(shí)頂部翼緣處混凝土載荷為：269kN；具體模型如下圖所示：3.1.1澆注頂板時(shí)導(dǎo)梁的應(yīng)力云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知導(dǎo)梁平臺(tái)最大應(yīng)力為250.166Mpa，出現(xiàn)在聯(lián)系梁翼緣的尖角處，根據(jù)彈塑性力學(xué)理論，此應(yīng)力為局部應(yīng)力，隨著實(shí)際工況中尖角的消失，該應(yīng)力也會(huì)消失，因此不做討論。從圖中可以看出，導(dǎo)梁的應(yīng)力分布大部分在85Mpa以下，因此滿足要求。導(dǎo)梁的位移云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知導(dǎo)梁最大下?lián)蠟?.935mm，出現(xiàn)在外側(cè)模中間的位置。滿足要求。導(dǎo)梁吊點(diǎn)支點(diǎn)反力如下圖所示：4 掛籃主吊桿及前上橫梁計(jì)算4.1吊掛系統(tǒng)受力檢算4.1.1精軋螺紋鋼吊桿底籃前橫梁吊桿采用強(qiáng)度等級(jí)為PSB930

10、直徑為40的精軋螺紋鋼筋,根據(jù)前文底籃計(jì)算結(jié)果知，澆筑狀態(tài)底籃前橫梁兩端最外側(cè)吊桿受力最大，該位置單根吊桿最大荷載為134+85.2=219.2kN，則其應(yīng)力為：PSB930精軋螺紋鋼設(shè)計(jì)應(yīng)力值取750MPa，其安全儲(chǔ)備為：澆筑底板時(shí)，底籃前橫梁吊桿中受力最大的為85.2kN，其變形量為：澆筑頂板時(shí)，底籃前橫梁吊桿中受力最大的為152kN，其變形量為：4.2前上橫梁受力檢算4.2.1在澆注底板塊時(shí)掛籃前上橫梁在澆筑底板時(shí)承受的吊桿拉力如下所示：前上橫梁采用2H450×200H型鋼加工，其受力模型如下圖所示：前上橫梁的應(yīng)力云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知前上橫梁最大應(yīng)力為35.276Mpa，

11、滿足要求。前上橫梁的位移云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知前上橫梁最大位移為0.5mm，滿足要求，出現(xiàn)在前上橫梁中間的位置。前上橫梁吊點(diǎn)支點(diǎn)反力如下圖所示：4.2.2在澆注頂板塊時(shí)掛籃前橫梁在頂板時(shí)承受的吊桿拉力如下所示：前上橫梁采用2H450×200H型鋼加工，其受力模型如下圖所示：前上橫梁的應(yīng)力云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知前上橫梁最大應(yīng)力為75.683Mpa，滿足要求。前上橫梁的位移云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知前上橫梁最大位移為2.55mm，滿足要求，最大變形出現(xiàn)在前上橫梁端部的位置。為方便掛籃合位移計(jì)算，取2#、3#主桁間部分最大位移為0.8mm。前上橫梁主桁位置支點(diǎn)反力如下圖所示：5 掛

12、籃主桁計(jì)算5.1荷載計(jì)算前面計(jì)算的結(jié)果是單獨(dú)考慮混凝土載荷計(jì)算而得出的結(jié)果，即由混凝土引發(fā)的掛籃結(jié)構(gòu)件的彈性變形，由以上前上橫梁支點(diǎn)反力計(jì)算可知，澆筑底板時(shí)單片主桁前節(jié)點(diǎn)最大荷載P=153kN，澆筑頂板時(shí)單片主桁前節(jié)點(diǎn)最大荷載P=394kN。5.2主桁結(jié)構(gòu)檢算5.2.1澆筑底板時(shí)主桁架計(jì)算模型如下圖所示：主桁架的應(yīng)力云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知主桁架最大應(yīng)力為51.083Mpa，滿足要求。主桁架的位移云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知主桁架最大位移為3.7mm，出現(xiàn)在前端點(diǎn)處。為方便掛籃合位移計(jì)算，取前橫梁安裝處位移為3.4mm。5.2.2澆筑頂板時(shí)主桁架計(jì)算模型如下圖所示：主桁架的應(yīng)力云譜圖如下：由計(jì)

13、算結(jié)果可知主桁架最大應(yīng)力為131.547Mpa，滿足要求。主桁架的位移云譜圖如下：由計(jì)算結(jié)果可知主桁架最大位移為9.536mm，出現(xiàn)在前端點(diǎn)處。為方便掛籃合位移計(jì)算，取前橫梁安裝處位移為9.1mm。 6 計(jì)算結(jié)果匯總6.1應(yīng)力匯總部件名稱澆筑頂?shù)装鍟r(shí)應(yīng)力大小（MPa）許用應(yīng)力（MPa）是否滿足要求底籃系統(tǒng)148215滿足要求導(dǎo)向系統(tǒng)85215滿足要求前上橫梁111215滿足要求主桁系統(tǒng)152215滿足要求6.2位移匯總部件名稱澆筑底板時(shí)位移大?。╩m）底籃系統(tǒng)1吊桿變形4.51前上橫梁0.5主桁系統(tǒng)3.4合位移9.41部件名稱澆筑頂板時(shí)位移大小（mm）底籃系統(tǒng)2吊桿變形8.05前上橫梁0.8主桁系統(tǒng)9.1合位移19.957、 計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)起吊安裝時(shí)的風(fēng)力作用節(jié)段鋼結(jié)構(gòu)起吊安裝時(shí)須考慮風(fēng)載影響，根據(jù)掛籃及起吊系統(tǒng)特性和人員操作安全考慮，在6級(jí)以上大風(fēng)不再起吊鋼結(jié)構(gòu)和前移掛籃。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范附表A，本次計(jì)算取6級(jí)大風(fēng),對(duì)應(yīng)風(fēng)壓值為119pa。根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范，采用如下公式計(jì)算風(fēng)力對(duì)平臺(tái)的作用力：Fwh=k0k1K3WdAwhk0為設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)， k1風(fēng)載阻力系數(shù) ，由構(gòu)件形狀及間距決定，上部箱梁按實(shí)腹梁取， K3地形、地理?xiàng)l件系數(shù)， Awh迎風(fēng)面積（m2）， Wd設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓。結(jié)合本支架平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特性，k0取0.8，風(fēng)載系數(shù)k1取值1.9；地