掛籃的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

1.1《鐵路橋涵施工標(biāo)準(zhǔn)》(TB10203-2002)

1.2《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程技術(shù)指南》(TZ213-2005)

1.3《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝七結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(TB10002.3-2005)

1.4《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB5007-2003)

1.5《建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)》(GB50009—2001)

1.6《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工、及驗(yàn)收規(guī)程》(JGJ82-91)

1.7《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(GB50205-2001)

2.計(jì)算荷載

2.1.混凝土容重：26KN/D1\

5

2.2.鋼材彈性模量Es=2.1X10MPa：

2.3.混凝土超載系數(shù)：1.05。

2.4.鋼材容重：78.5KN/ID3

2.5.施工人員、材料、機(jī)具荷載：l.OOKWm；按梁段頂面積計(jì)算。

2.6.風(fēng)荷載:天津市50年一遇根本風(fēng)壓為0.35KN/D1。(具體參考《建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)》(GB50009-2001))

2.7.混凝土灌注狀態(tài)動(dòng)力沖擊系數(shù)取1.1。

2.8.掛籃走行狀態(tài)動(dòng)力沖擊系數(shù)取1.2。

3.主要技術(shù)指標(biāo)(掛籃設(shè)計(jì)按照允許應(yīng)力法計(jì)算)

3.1.設(shè)計(jì)參數(shù)

梁段長(zhǎng)度：

梁段重量：

掛籃重量：

掛籃利用系數(shù)：40%-33%

梁段高度:

梁段寬度（底/頂）；

主構(gòu)架前節(jié)點(diǎn)最大下?lián)现担海?0mm

前上橫梁、走行梁、底模平臺(tái)橫梁和縱梁剛度：支撐計(jì)算跨徑的1/400

底模板、外模剛度：支撐計(jì)算跨徑的1/400

內(nèi)模剛度：支撐計(jì)算跨徑的1/400

工作狀態(tài)抗傾覆系數(shù)：＞2.0

走行狀態(tài)抗傾覆系數(shù)；＞2.0

3.2材料

鋼材：

Q235B：用于除銷軸、吊帶（桿）以外的其它構(gòu)件。

Q345B用于吊帶

40Cr號(hào)鋼：用于銷軸

40shMnV（高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋）：用于吊桿及錨桿。（中32精軋螺紋粗鋼筋采用40Si2Mov鋼材，屈

服強(qiáng)度750MPa,容許應(yīng)力:0.7X750MPa=525Mpa,容許剪應(yīng)力[T]=0.6[c]=315MPa。）

連接材料：

10.9S級(jí)鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)螺栓聯(lián)結(jié)副

E43XX焊條

Er49-1COz氣體保護(hù)焊絲

3.3.材料允許應(yīng)力

表L鋼材允許應(yīng)力

鋼材允許應(yīng)力（Mpa）

鋼號(hào)

Q235BQ345B

應(yīng)力種類符號(hào)49Cr40Si＞MnV

第1第2、3第一第二

（調(diào)質(zhì)）（精軋螺紋鋼筋）

組組組組

抗拉、抗壓和抗彎[6]170155240215375375

抗剪[T]10095145130225

端面承壓（磨平頂緊）[6C]255230360320

表2.焊縫允許應(yīng)力

焊縫允許應(yīng)力(Mpa)

構(gòu)件鋼號(hào)

焊縫種類應(yīng)力種類符號(hào)Q235B

第1組第2、3組

抗拉、抗壓[6]170155

對(duì)接焊縫

抗剪[T]10095

貼角焊縫抗拉、抗壓和抗剪[T]120120

表3.螺栓利銷軸允許應(yīng)力

螺栓和銷軸連接允許應(yīng)力(MPa)

普通螺栓銷軸承壓型連接高強(qiáng)度螺栓

螺栓的性能等級(jí)、銷軸

和構(gòu)件的鋼號(hào)

承壓承壓

抗拉［b］抗剪［i］抗彎［b］抗剪抗拉［5］抗剪［?。?/p>

FSel［6J

普通螺栓4.8級(jí)145100

45號(hào)300180

銷軸

40Cr550330

承壓型高強(qiáng)8.8級(jí)285175

度螺栓10.9級(jí)360215

Q235255335

構(gòu)件

Q345360420

4?計(jì)算工況

根據(jù)梁段長(zhǎng)度、重量、梁高等參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)按以下四種工況進(jìn)行計(jì)算。

工況一：某x號(hào)梁段混凝土灌注完成工況。此工況梁段長(zhǎng)度最小、混凝土重量最大。

工況二：某x號(hào)梁段混凝土灌注完成工況。此工況梁段長(zhǎng)度最大、混凝土重量較大。

以上二種工況荷載組合為：

計(jì)算強(qiáng)度時(shí)：

1.1的動(dòng)力系數(shù)X梁段混凝土重量XI.05的超載系數(shù)+1.1的動(dòng)力系數(shù)X拄籃自重十

施工人員、材料、機(jī)具荷載+風(fēng)荷載

計(jì)算剛度時(shí)：

梁段混凝土重量+掛籃自重+施工人員、材料、機(jī)具荷載

工況三：某號(hào)梁段完成，掛籃走行工況。此工況掛籃走行距離最長(zhǎng)，控制掛籃走行狀態(tài)抗

傾覆穩(wěn)定及內(nèi)外模走行梁走行狀態(tài)的強(qiáng)度和剛度。

此工況荷載組合為：1.2的動(dòng)力系數(shù)X掛籃自重+風(fēng)荷載

5,設(shè)計(jì)過(guò)程

掛籃設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)程序：

⑴搜集原始參數(shù)，進(jìn)行荷載分解：

⑵選定計(jì)算程序及復(fù)核程序；

⑶根據(jù)需要選定掛籃結(jié)構(gòu)形式：

⑷應(yīng)用計(jì)算軟件對(duì)掛籃主要受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析；

（5）對(duì)掛籃節(jié)點(diǎn)、吊掛系統(tǒng)、走行系統(tǒng)等進(jìn)行局部設(shè)計(jì)及“?算；

（6）繪制掛籃設(shè)計(jì)圖紙

⑺組織掛籃加工，進(jìn)行靜載試臉，并提交各節(jié)段建議預(yù)拱度值:

6,主桁架的設(shè)計(jì)

主桁架受壓桿件按格構(gòu)式軸心受壓柱進(jìn)行計(jì)算，受拉構(gòu)件進(jìn)行截面強(qiáng)

度的計(jì)算即可。

掛籃主桁架的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)給定連續(xù)梁的節(jié)段圖，確定最長(zhǎng)節(jié)段長(zhǎng)度和最重節(jié)段長(zhǎng)度，然后根

據(jù)最長(zhǎng)節(jié)段長(zhǎng)度確定主桁架和桿件的長(zhǎng)度尺寸，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，

主桁架各桿件長(zhǎng)度確定以后就可以進(jìn)行截面的選擇了，首先計(jì)算主桁架前節(jié)點(diǎn)承受荷載。

總承受荷載=混凝土重量+施工機(jī)具及人群荷載+掛籃重量（除去主構(gòu)架）

=混凝土最重梁段*1.05超教系數(shù)*1.1沖擊系數(shù)+1.0*S（梁段頂面積）+掛籃

重量（估算一般為梁重的33%-40%）

單品掛籃前支點(diǎn)承受荷載為總承受荷載的l/4o

根據(jù)初步計(jì)算主桁架各桿件軸力，計(jì)算選擇桿件的截面尺寸和連接類型。

根據(jù)軸力與桿件的計(jì)算長(zhǎng)度選擇桿件的截面尺寸：

根據(jù)格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)步驟：?般假設(shè)（4=30-40）

（1）按對(duì)實(shí)軸（y-y）的整體穩(wěn)定性選擇構(gòu)件的截面。（參考例題）

3r

設(shè)計(jì)參數(shù)：70v=701.=6000〃〃〃、N=1500x10A,

假設(shè)4=70,按b類截面查附表得%=0.751,于是所需截面枳為

N1500xl()3

A=3y廣0.751X215X102=92.9cm

所需回轉(zhuǎn)半徑:

=殳="?吧=8.57M,試選2[28b,A=2*45.62=91.24cm2,

70

/,.=10.6cmo

對(duì)實(shí)軸驗(yàn)算剛度和整體穩(wěn)定性：

4=&_=600==56.6<[幻=150,滿足剛度要求。按b類截面查附表得化

1y10.6〃7m

=0.825,那么

—=Lx10'—=200.6A,/mm2<[cr]=215.V/mm2（滿足要求）。

（pyA0.825x912W

（2）按虛軸（x-x）與實(shí)軸等穩(wěn)定性原那么確定倆分肢間距。為了滿足等穩(wěn)

定性，一般應(yīng)使倆主軸方向的長(zhǎng)細(xì)比相等，即使4.產(chǎn)4。

雙于雙肢綴板柱?-若〔4分肢對(duì)平行與虛軸的自身形心軸的長(zhǎng)細(xì)比，其

計(jì)算長(zhǎng)度為：焊接時(shí)，為相鄰倆綴板的凈距離，螺栓連接時(shí)為相鄰倆綴板邊緣螺栓的距離?！?/p>

因人.=56.6,分肢長(zhǎng)細(xì)比％W0.54^=0.5x56.6=28.3,實(shí)際取4=28,那么

4=J老一老=756.62-282=49.2,那么

600勿r,/r-

------=121.O2ocm,從而

49.2

b=/r/0.44=27.7cm,取b=28cm;

（3）對(duì)所選柱截面進(jìn)行驗(yàn)算。

1）剛度和整體穩(wěn)定性:

4=2x(242.1+45.62x11.982)=13535cm4

%二12.2M,入—=

x

91.24ir

九=+/=^49.2-+282=56.6<[2]=150

按照b類截面查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》附表C;得；%=0.825

那么.1510x1(P/

JL==200.6,V/mnr<[a]=215?V/nim~

(p、A0.825x2x9124

2）分肢穩(wěn)性性驗(yàn)算:

4ax=(，4r'5。)

40

今;1]=28<｝（滿足要求）。

0.5Xmax=28.3

（4）綴板的設(shè)計(jì)。

初選綴板尺寸：寬度：端綴板：勺=1.254=1.25x（280—2x20.2）=299.5〃"〃

中綴板：%,=0.75。=0.75x(280-2x20.2)=179.7〃M

..ci280—2x20.2__o-j~?_丁_A

厚度：t.=—=------------=5.3〃"〃，且不，卜于10mm.

'}4545

中綴板取:hpXtp=200nunx10nun

端綴板取:hpxf°=300nunx10mm

綴板間凈距7]==23x28=644切勿,取《=650m勿

相鄰綴板中心距離/=600〃〃〃

綴板線剛度之和與分肢剛度比值為:

2x(10x2OO3/12)/(280-2x20.2)55648

=13.8>6滿足要求

242X104/6004033

橫向剪力：聯(lián)"匹=2x456%病X215N/加療=23083N

85V23585

綴板與分肢連接處的內(nèi)力為：

TVI23083Nx600nvn。0e、

/=---=----------------------=nA/V

2a2x(280-2x20.2)itvn

M=r*-=28902N?280=346x1(FN?機(jī)〃?

22

在剪力和彎矩的共同作用下，該處角焊縫強(qiáng)度滿足下式要求：

根據(jù)構(gòu)造要求：hf>1.5-712.5=5.3，〃"2,47—（1~,最后確定取/?,二，

可以滿足要求。

主桁架各桿件尺寸和截面確定以后，在不考慮節(jié)點(diǎn)次書矩下粗略計(jì)算節(jié)點(diǎn)的連接類型,

選定螺栓數(shù)目或者是銷軸直徑。

螺栓的連接。

螺栓的排列布置應(yīng)滿足一下要求：

1）受力要求:在受力方向，螺栓的端距過(guò)小時(shí)，鋼板有剪斷的可能，因而要規(guī)定一個(gè)

最小的端距。當(dāng)各排螺栓栓距、線距和邊距過(guò)小時(shí)，構(gòu)件有沿折線或者是直線破壞的可能；

對(duì)受壓構(gòu)件，當(dāng)沿作用力方向檢距過(guò)大時(shí)，在被連接的板件間易發(fā)生張口或鼓曲現(xiàn)象。因

此從受力角度規(guī)定了最小和最大的允許距離。

2）構(gòu)造要求：當(dāng)螺栓距或者是線距過(guò)大時(shí)，被連接的構(gòu)件接觸面不夠緊密，潮氣容易

侵入縫隙而造成腐蝕，所以規(guī)定了螺栓最大容許距離。

3）施工要求：要保證一定的空間，便于轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓扳手，因此規(guī)定了螺栓最小容許距離。

表43螺栓或鉀釘?shù)?大、最小容許距離（mm）

注&＞為算檢或停燈的孔徑」為外層較薄板件的厚度?

，可按中間推的政值采用?

（2）銅板邊球:與剛性構(gòu)件（如角鋼.槽鋼等）相連的螺桂或鰥仃的最大刈距

主桁架節(jié)點(diǎn)螺栓連接時(shí)，螺栓只承受剪力和次彎矩下的扭矩作用。

螺栓設(shè)計(jì)時(shí)首先根據(jù)各桿件的軸力粗略計(jì)算螺栓的數(shù)目，按螺栓受剪力計(jì)算,

螺栓設(shè)計(jì)的具體計(jì)算參考有關(guān)書籍。防止剪力螺栓連接破壞的倆種構(gòu)造措

施：

L為了防止板件端部被剪壞，當(dāng)螺栓孔距板段太近時(shí)，可能出現(xiàn)這種破

壞。計(jì)算說(shuō)明螺栓孔中心到板端的距離超過(guò)孔徑的2倍時(shí)，可以防止這種破

壞。

2.螺栓桿受彎破壞。一般限制就可以防止這種破壞的。

節(jié)點(diǎn)板的設(shè)計(jì)：抗撕裂計(jì)算和節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度的選擇。

1.節(jié)點(diǎn)板在拉剪作用下的強(qiáng)度計(jì)算：可以按照有效寬度法進(jìn)行計(jì)算。

N

be為有效寬度，應(yīng)力擴(kuò)散角為30°。

2.節(jié)點(diǎn)板在壓力作用下穩(wěn)定性的控制：

桁架節(jié)點(diǎn)板在歇腹桿作用下穩(wěn)定性可用以下尺寸控制。

1對(duì)有豎腹桿相連的節(jié)點(diǎn)板?當(dāng)<7/^15—2357一時(shí)（r為受

壓腹桿連接肢端面中點(diǎn)沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距離）?可不計(jì)

算穩(wěn)定c否則，應(yīng)按附錄F進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。在任何情況下?「//不

得大于227235777o

2對(duì)無(wú)豎腹桿相連的節(jié)點(diǎn)板?當(dāng)<7/<10/235//；時(shí),節(jié)點(diǎn)

板的穩(wěn)定承載力可取為0.8bjfo當(dāng)c//>10,2357/；時(shí)，應(yīng)按

本規(guī)范附錄F進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，但在任何情況下?不得大于

17.5V^357.7；O

3.節(jié)點(diǎn)板構(gòu)造要求:

1節(jié)點(diǎn)板邊緣與腹桿軸線之間的夾角不應(yīng)小于15°；

2斜腹桿與弦桿的夾角應(yīng)在30°?60°之間；

第83頁(yè)

3節(jié)點(diǎn)板的自由邊長(zhǎng)度/(與厚度I之比不得大于60v礪萬(wàn)；,

否則應(yīng)沿自由邊設(shè)加勁肋予以加強(qiáng)。

4.節(jié)點(diǎn)板厚度選用表：作為參考

單壁式桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表

表1-45單空式桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用賽

桁柒腹桿內(nèi)力或三角影局171~291~511?681~911.1291-1771-

里戴桿韁皆同內(nèi)力A'(kN)290510680910129017703090

中間節(jié)點(diǎn)板厚度i(lau)68101214161830

住1本我的運(yùn)用他圈為：

(!)適用于邳摧桁架的節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度會(huì)1L節(jié)點(diǎn)板用材為Q235.焊條E43,

(2)口點(diǎn)板邊緣與腹桿獨(dú)毆之間的夾用應(yīng)不小F301

(3)力點(diǎn)板與我桿用螂餌健途接，當(dāng)采用第怦時(shí),黃點(diǎn)板的厚度應(yīng)通過(guò)計(jì)算嫡定

(4)時(shí)有咨可桿的環(huán)點(diǎn)板.斗“，《”時(shí).M不膾算花點(diǎn)板的糙定：對(duì)無(wú)轉(zhuǎn)照桿的節(jié)點(diǎn)板.當(dāng)

10在5/工時(shí),可將受壓照產(chǎn)的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.25后內(nèi)在點(diǎn)求也點(diǎn)板印度.此時(shí)亦可不就算片點(diǎn)板

的稔定；式中。為受Hi膜桿連接股端面中點(diǎn)附腹桿軸線方向至弦桿的凈距離

2支座帶點(diǎn)板的厚度常較中間節(jié)點(diǎn)板增加2mm,

銷軸的設(shè)計(jì)：銷軸只承受剪切應(yīng)力，允許剪切應(yīng)力為

330Mpo

7.底?？v梁的設(shè)計(jì)計(jì)算（參考計(jì)算例題，節(jié)段長(zhǎng)為3米）

底?？v梁一般用雙工字鋼加連接槽鋼焊接而成，或者采用鋼板加工成雙工字形，底?？v梁按格構(gòu)式

受彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，?般包括強(qiáng)度（抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度）、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性，對(duì)于采

用鋼板焊接的組合截面梁時(shí)，計(jì)算內(nèi)容還包括梁翼緣與腹板的連接焊縫、腹板加勁肋設(shè)計(jì)等。

7.1腹板底縱梁受力驗(yàn)算

7.1.1荷載組合、內(nèi)反力計(jì)算及截面初選

箱梁腹板混凝土自重：G3=3.88*3*2.6=30.264t方段長(zhǎng)為3米，而枳為3.88

每側(cè)腹板布置3道，那么作用在底縱梁上的均布荷載為：

q=30.264*1.35*9.8/3*3=44.488KN/m

R前

計(jì)算示意圖如圖8所示，圖中的最大彎矩為:

M^=101.7KN*m

支座反力為:

R前=52.648KNR后=80.818KN

所選構(gòu)件截面模量應(yīng)滿足如下要求:

101.7*1000

WVMmax二450.5而

，LX

~rx[f]1.05*215

截面選2][25b槽鋼，其截面參數(shù)為:

4

%=579.2d,/v=7238cm

7.1.2強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

抗彎強(qiáng)度:

101.7*1()6

=167MP?<[/]=215MP^

1.05*579.2*10T

滿足要求。

剛度驗(yàn)算:

最大撓度：<ynm=\5mni

o^/L=15/4690=l/313>[1/400]

撓度較大，可通過(guò)設(shè)置預(yù)拱來(lái)滿足剛度要求。

由此可知，腹板底縱梁采用2][25b槽鋼，其強(qiáng)度能滿足要求，但撓度較大，可通過(guò)設(shè)置預(yù)拱來(lái)滿

足剛度要求。

7.2底板底縱梁受力驗(yàn)算

7.2.1荷載組合、內(nèi)反力計(jì)算及截面初選

底板混凝土自重、底板模板自重主要由6道縱梁承受，作用在每道縱梁上的荷載為:

箱梁底板碎自重：G4=4.94*3*2.6=38.532t

底模自重：G7=3.63t

那么：

q=(G<+G)*1.35*9.8/6*3=31KN/m平安系數(shù)為L(zhǎng)35

q=31KN/m

圖9底板底縱梁計(jì)算示意圖

圖9中的最大內(nèi)力和支座反力為:

M0M=71KN*m

R?=36.687KNRfi=56.313KN

所選構(gòu)件截面模量應(yīng)滿足如下要求：

>A/,71*1000

吸nax=314.5cw3

~Yx[f]105*215

截面選2][25b槽鋼，其截面參數(shù)為:

34

IV；IV=579.2m,Ix=7238cm

7.2.2強(qiáng)度、剛度驗(yàn)算

抗彎強(qiáng)度：

71*1

=---------1------r=117MPa<[f]=215MPa

九W,“1.05*579.2*10-L」

滿足要求。

剛度驗(yàn)算：

梁內(nèi)最大撓度：0mx=10.5〃?/〃

wmax/L=10.5/4690=1/446<[1/400]

其剛度能滿足要求。

由此可知，底板底縱梁布置6道，每道采用2][25b槽鋼，其強(qiáng)度、剛度均能滿足要求。

綜上所述，腹板底縱梁每側(cè)布置3道，每道采用2][25b槽鋼，其抗彎強(qiáng)度能滿足要求，但撓度較大，

可通過(guò)設(shè)置預(yù)拱來(lái)滿足剛度要求。

底板底縱梁布置6道，每道采用2][25b槽鋼，其強(qiáng)度、剛度均能滿足要求。

7.3設(shè)計(jì)說(shuō)明

1）上面例題進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)應(yīng)算入混凝土的超載系數(shù)和沖擊系數(shù)，算剛度時(shí)不計(jì)入。

2）截面的選擇可按計(jì)算;截面模量查表得到，也可以按照最大彎矩查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)直接得到，也可

以按照設(shè)”?經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算得到。

3）計(jì)算建模時(shí)應(yīng)盡量符合實(shí)際受力情況，計(jì)算得到的支座反力為設(shè)計(jì)橫梁時(shí)用。

8.其它各梁的設(shè)計(jì)計(jì)算（參考計(jì)算例題，節(jié)段長(zhǎng)為3米）

其它各梁的計(jì)算同底模重量的計(jì)算，關(guān)鍵是荷載的計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算為順序?yàn)榈啄？v梁一一底模橫梁一

一前上橫梁，然后走行梁和各小部小的設(shè)計(jì)。

8.1底模橫梁受力驗(yàn)算

荷載:底板+腹板+底模平臺(tái)

8.2前上橫梁受力驗(yàn)算

荷載二〔底板+腹板+底模平臺(tái)）+［外模走

行梁+翼緣板+外側(cè)模）+〔內(nèi)模走行梁+頂