南昌朝阳大桥挂篮 有限元计算说明书编制：审核：批准： 挂篮有限元计算说明书目 录1 设计说明 11.1设计依据 11.2挂篮结构组成 11.3 挂篮结构参数 11.3.1主要设计参数 11.3.2主要材料 21.3.3 设计计算荷载 21.3.4 内力符号规定 32 挂篮底篮系统计算 42.1底篮浇筑状态受力检算 42.1.1浇注底板时 42.1.2浇注顶板时 62.2底篮横梁空载走行状态受力检算 83 挂篮导向系统计算 113.1外导梁受力检算 113.1.1浇注顶板时 114 挂篮主吊杆及前上横梁计算 134.1吊挂系统受力检算 134.1.1精轧螺纹钢吊杆 134.2前上横梁受力检算 134.2.1在浇注底板块时 134.2.2在浇注顶板块时 155 挂篮主桁计算 195.1荷载计算 195.2主桁结构检算 195.2.1浇筑底板时 195.2.2浇筑顶板时 206 计算结果汇总 226.1应力汇总 226.2位移汇总 227、 计算钢结构起吊安装时的风力作用 22 挂篮有限元计算说明书1 设计说明1.1设计依据1) 《南昌朝阳大桥预应力混凝土连续梁桥梁图》；2) 《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；3) 《路桥施工计算手册》；4) 《结构力学》；5) 《材料力学》；6) 《机械设计手册》；7) 《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）1.2挂篮结构组成南昌朝阳大桥挂篮主要由主桁系统、主桁走行锚固系统、底篮走行系统、导向系统、底篮系统、起吊系统、前上横梁、液压系统、吊挂系统、平台防护系统、辅助部件等组成。
挂篮结构如下图所示:1.3 挂篮结构参数1.3.1主要设计参数1) 砼自重； 2) 钢材弹性模量；3) 材料强度设计值：牌号许用正应力[σ]许用弯曲应力[σw]许用剪切应力[τ]Q235215MPa215MPa125MPaQ345（16＜t≤35）295MPa295MPa170MPaQ345（35＜t≤50）265MPa265MPa155MPa40Cr470MPa480MPa280MPa45320MPa320MPa178MPaPSB785650MPaPSB830690MPa1.3.2主要材料 挂篮的前上横梁由2H450×200普通热轧H型钢组焊组成，底篮前、后横梁采用H390×300普通热轧H型钢组焊成桁架结构形式，底板下纵梁采用H300×175和H150×75普通热轧H型钢组焊成桁架结构形式，外导梁采用I56b工字钢组成，轨道采用双拼I40a工字钢1.3.3 设计计算荷载1、荷载系数1) 考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数：1.052) 挂篮空载行走时的冲击系数1.33) 浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.04) 活载分项系数1.45) 恒载分项系数1.22、作用于挂篮的荷载取9#块计算箱梁荷载。
根据箱梁截面受力特点，划分箱梁各节段断面如图所示：通过建立箱梁各节段三维模型并查询各段体积，计算箱梁断面内各段重量如下表所示：节块9#(6.4m)备注①269kN校核外导梁②+③4962kN校核底板下纵梁恒载分项系数K1=1.2；活载分项系数K2=1.4箱梁最大梁段重量：682.26t；施工机具及人群荷载：2.5KPa；倾倒混凝土产生的荷载：2KPa振捣混凝土产生的荷载：2KPa1.3.4 内力符号规定轴力：拉力为正，压力为负；应力：拉应力为正，压应力为负；其它符号规定参照《结构力学》2 挂篮底篮系统计算2.1底篮浇筑状态受力检算整个底篮系统三维模型较大，结构复杂，直接用于分析时有一定的计算量，在普通的计算机或工作站的硬件条件下很难获得精确的计算结果考虑到模型的对称性，此处取1/2底篮系统进行计算为得到较为精确的结果，在对细部结构进行优化处理的同时，尽量按照原图将模型结构建立完整具体模型总装图如下图所示：2.1.1浇注底板时1、载荷计算1) 底板混凝土荷载为：2) 模板重量按计，模板载荷为：3) 人群及机具荷载为：4) 倾倒和振捣混凝土产生的荷载为：2、受力分析 其受力模型如下图所示：底篮的应力云谱图如下：由计算结果可知整个底篮系统最大应力为139.755Mpa，故满足要求。
底篮的位移云谱图如下：由计算结果可知整个底篮系统最大位移为2.891mm，出现在底模中间的位置，底模前端靠近底篮前横梁处最大位移约为1mm底篮吊点支点反力如下图所示：2.1.2浇注顶板时1、载荷计算1) 顶板混凝土荷载为：2) 模板重量按计，模板载荷为：3) 人群及机具荷载为：4) 倾倒和振捣混凝土产生的荷载为：2、受力分析 其受力模型如下图所示：底篮的应力云谱图如下：由计算结果可知整个底篮系统最大应力为231.315Mpa，出现在吊架的尖角处，根据弹塑性力学理论，此应力为局部应力，随着实际工况中尖角的消失，该应力也会消失，因此不做讨论从图中可以看出，底篮系统的应力分布大部分在140Mpa以下，因此满足要求底篮的位移云谱图如下：由计算结果可知整个底篮系统最大位移为4.762mm，出现在底模中间的位置，底模前端靠近底篮前横梁处最大位移约为2mm底篮吊点支点反力如下图所示：2.2底篮横梁空载走行状态受力检算挂篮空载走行状态下，底篮横梁主要承受模板及其自重的作用，其受力模型如下：底篮的应力云谱图如下：由计算结果可知整个底篮系统最大应力为348.667Mpa，出现在吊架的尖角处，根据弹塑性力学理论，此应力为局部应力，随着实际工况中尖角的消失，该应力也会消失，因此不做讨论。
从图中可以看出，底篮系统的应力分布大部分在140Mpa以下，因此满足要求底篮的位移云谱图如下：由计算结果可知整个底篮系统最大位移为32.71mm，出现在底模中间的位置满足要求3 挂篮导向系统计算3.1外导梁受力检算外导梁主要承受箱梁翼缘处混凝土重量及外模重量，采用I56b工字钢加工，作用于外导梁上载荷如下：——浇注9#块时顶部翼缘处混凝土载荷为：269kN；具体模型如下图所示：3.1.1浇注顶板时导梁的应力云谱图如下：由计算结果可知导梁平台最大应力为250.166Mpa，出现在联系梁翼缘的尖角处，根据弹塑性力学理论，此应力为局部应力，随着实际工况中尖角的消失，该应力也会消失，因此不做讨论从图中可以看出，导梁的应力分布大部分在85Mpa以下，因此满足要求导梁的位移云谱图如下：由计算结果可知导梁最大下挠为6.935mm，出现在外侧模中间的位置满足要求导梁吊点支点反力如下图所示：4 挂篮主吊杆及前上横梁计算4.1吊挂系统受力检算4.1.1精轧螺纹钢吊杆底篮前横梁吊杆采用强度等级为PSB930直径为φ40的精轧螺纹钢筋,根据前文底篮计算结果知，浇筑状态底篮前横梁两端最外侧吊杆受力最大，该位置单根吊杆最大荷载为134+85.2=219.2kN，则其应力为：PSB930精轧螺纹钢设计应力值取750MPa，其安全储备为：浇筑底板时，底篮前横梁吊杆中受力最大的为85.2kN，其变形量为：浇筑顶板时，底篮前横梁吊杆中受力最大的为152kN，其变形量为：4.2前上横梁受力检算4.2.1在浇注底板块时挂篮前上横梁在浇筑底板时承受的吊杆拉力如下所示：前上横梁采用2H450×200H型钢加工，其受力模型如下图所示：前上横梁的应力云谱图如下：由计算结果可知前上横梁最大应力为35.276Mpa，满足要求。
前上横梁的位移云谱图如下：由计算结果可知前上横梁最大位移为0.5mm，满足要求，出现在前上横梁中间的位置前上横梁吊点支点反力如下图所示：4.2.2在浇注顶板块时挂篮前横梁在顶板时承受的吊杆拉力如下所示：前上横梁采用2H450×200H型钢加工，其受力模型如下图所示：前上横梁的应力云谱图如下：由计算结果可知前上横梁最大应力为75.683Mpa，满足要求前上横梁的位移云谱图如下：由计算结果可知前上横梁最大位移为2.55mm，满足要求，最大变形出现在前上横梁端部的位置为方便挂篮合位移计算，取2#、3#主桁间部分最大位移为0.8mm前上横梁主桁位置支点反力如下图所示：5 挂篮主桁计算5.1荷载计算前面计算的结果是单独考虑混凝土载荷计算而得出的结果，即由混凝土引发的挂篮结构件的弹性变形，由以上前上横梁支点反力计算可知，浇筑底板时单片主桁前节点最大荷载P=153kN，浇筑顶板时单片主桁前节点最大荷载P=394kN5.2主桁结构检算5.2.1浇筑底板时主桁架计算模型如下图所示：主桁架的应力云谱图如下：由计算结果可知主桁架最大应力为51.083Mpa，满足要求主桁架的位移云谱图如下：由计算结果可知主桁架最大位移为3.7mm，出现在前端点处。
为方便挂篮合位移计算，取前横梁安装处位移为3.4mm5.2.2浇筑顶板时主桁架计算模型如下图所示：主桁架的应力云谱图如下：由计算结果可知主桁架最大应力为131.547Mpa，满足要求主桁架的位移云谱图如下：由计算结果可知主桁架最大位移为9.536mm，出现在前端点处为方便挂篮合位移计算，取前横梁安装处位移为9.1mm 6 计算结果汇总6.1应力汇总部件名称浇筑顶底板时应力大小（MPa）许用应力（MPa）是否满足要求底篮系统148215满足要求导向系统85215满足要求前上横梁111215满足要求主桁系统152215满足要求6.2位移汇总部件名称浇筑底板时位移大小（mm）底篮系统1吊杆变形4.51前上横梁0.5主桁系统3.4合位移9.41部件名称浇筑顶板时位移大小（mm）底篮系统2吊杆变形8.05前上横梁0.8主桁系统9.1合位移19.957、 计算钢结构起吊安装时的风力作用节段钢结构起吊安装时须考虑风载影响，根据挂篮及起吊系统特性和人员操作安全考虑，在6级以上大风不再起吊钢结构和前移挂篮根据《公路桥涵设计通用规范》附表A，本次计算取6级大风,对应风压值为119pa根据《公路桥涵设计通用规范》，采用如下公式计算风力对平台的作用力：Fwh=k0k1K3WdAwhk0为设计风速重现期换算系数， k1风载阻力系数 ，由构件形状及间距决定，。