移动模架主要结构设计书.ppt

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1、中铁十三局集团第五工程有限公司,二OO八年一月,MSS1800/50m上行式移动模架主要结构设计计算,中泉路桥设备有限公司,武吉高速公路笔架山大桥50m上行式移动模架施工技术方案论证会,MSS1800型50m上行式移动模架主要结构设计计算,第二部分 设计指标,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,第四部分 移动模架造桥机倾覆稳定性检算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第六部分 移动模架造桥机模架检算,第七部分 吊杆设计计算,第一部分 设计文件及参考文献,第八部分 走行轮箱轮压计算,第九部分 预埋件计算,第一部分 设计规范及参考文献,起重机设计手册 中国铁道出版社钢结构设计手册（第二版）中国建

2、筑工业出版社机械设计手册（第四版）预埋件设计手册 中国建筑工业出版社,1、钢结构容许应力,第二部分 设计指标,2、结构验算安全系数,钢结构安全系梁：n1.5抗倾覆稳定系梁：n1.5,3、焊缝容许应力,贴角焊缝剪切容许应力：f=120MPa。,第二部分 设计指标,3.1 竖向荷载3.1.1 现浇混凝土荷载 移动模架各施工节段混凝土方量及钢筋重量见下表，混凝土浇筑工况计算时按容重2.6t/m3计算现浇钢筋混凝土自重，混凝土浇筑前工况按预应力及普通钢筋实际重量加载。表中L1表示跨内浇筑长度，L2表示悬臂浇筑长度。,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.1.2 移动模架自重荷载将以下结构重量视为均布荷

3、载：1、3号主梁（双层，24盖板）：q1=2.77 t/m2号主梁（双层，30盖板）：q2=3.16 t/m4号主梁（单层，20盖板）q3=1.73 t/m1号导梁：q4=1.54 t/m2号导梁：q5=1.17 t/m施工临时荷载：q6=0.2t/m（仅13号主梁范围内有，计12.4t）将以下结构重量视为集中荷载：主梁接头ZJ1：3.365 t（共4个）主梁接头ZJ2：1.915 t（共1个）导梁接头DJ：1.357 t（共2个）,前支腿：15 t中支腿：15.4 t后支腿：14.3 t导梁前端鼻架：0.3 t挑梁及吊臂：共30点，每点71.04/30=2.368 t底模：共26点（除墩顶散

4、模），每点32.015/26=1.231 t侧模及翼模：共30点，55.935/30=1.865 t底模架：共26点，61.63/26=2.37 t侧模架：共30点，48.17/30=1.606 t安全走道：共26点，4.89/26=0.188 t内模：按1t/m估算，2.1t/m,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.1.3 冲击系数造桥机工作时，每次浇筑的混凝土重量相对于整机自重很小，新浇混凝土的冲击力可忽略不计；造桥机主机走行是由油缸顶推前进，轨道平顺良好，其走行的冲击力可以忽略；支腿重量相对较小，其走行的冲击力也可以忽略不计。,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.2 水平荷载 水平荷

5、载仅考虑风力的影响。3.2.1 计算风压工作状态计算风压造桥机走行时的计算风压取7级风的最大风压：q1=25 kg/m2非工作状态计算风压造桥机在非工作状态时，要求支承稳固，此时计算风压取11级风的最大风压：q2=80 kg/m2,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.2.2 挑梁、主梁及导梁承受的风荷载（1）横桥向风荷载,迎风面积A1=423 m2主梁形状系数C取1.4风压高度变化系数Kh取1.71非工作状态风荷载Pwf1=CKhq2A1=1.41.7180423=81013 kg,工作状态风荷载Pwg1=CKhq1A1=1.41.7125423=25316 kg风荷载高度方向作用点在主梁纵

6、移方钢踏面以上2.44m处。（2）纵桥向风荷载（略）,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,3.2.3模架和模板承受的风荷载（1）模架开启状态横桥向风荷载,迎风面积A2=61.512.5+61.511.860.6+3.12.10.615=281 m2 非工作状态风荷载Pwf2=CKhq2A3=1.41.7180281=53817 kg,工作状态风荷载Pwg2=CKhq1A3=1.41.7125281=16818 kg风荷载作用点在主梁纵移方钢踏面以下y=3.67m（2）纵桥向风荷载（略）,第三部分 移动模架造桥机设计荷载,4.1 主梁纵向抗倾覆稳定性检算 造桥机主梁纵向倾覆稳定性最不利情况出现在主

7、梁纵移过程中，取两种不利工况进行纵向抗倾覆稳定性计算。工况一：中支腿吊挂前移至桥面安装后，整机前移13.8米。,第四部分 造桥机抗倾覆稳定性检算,M倾=3590 t-m，后支腿反力R3=58.45 tM稳=3590+40.258.45=5940 t-mK稳=M稳/M倾=5940/3590=1.651.5（满足要求）,工况二：整机前移13.8m后，中支腿油缸与主梁转换牛腿顶紧，前支腿吊挂至前墩墩顶，但尚未与前墩墩顶预埋件连接。,M倾=5023 t-m，后支腿反力R3=16.51 tM稳=5023+37.9516.51=5650 t-mK稳=M稳/M倾=5650/5023=1.12后支腿设2根32

8、精轧螺纹钢筋利用桥面吊杆孔进行张紧锚固，如须达到1.5倍的安全系数，则有：M稳=1.5M倾=1.55023=7535 t-m,结论：主梁的纵向抗倾覆稳定性满足要求。,由此精轧螺纹钢筋需提供总拉力T为：M稳=5023+37.95（16.51+T）=7535T=(7535-5023-37.9516.51)/37.95=49.7 t则单根精轧螺纹钢筋需提供拉力T1=49.7/2=24.85 t由单根32精轧螺纹钢筋（级钢筋）容许外力大于50 t（满足要求）,第四部分 造桥机抗倾覆稳定性检算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.1.1 1号、3号主梁截面性质1、3号主梁梁高5580，上下盖板为2

9、4厚，材质Q345B（16Mn）。毛截面面积A=0.30465 m2毛截面惯性矩Ix=1.4553 m4截面绕x轴抗弯模量Wx=0.518 m35.1.2 2号主梁截面性质2号主梁梁高5580，上下盖板为30厚，材质Q345B（16Mn）。毛截面面积A=0.3292m2毛截面惯性矩Ix=1.6371 m4截面绕x轴抗弯模量Wxup=0.583 m35.1.3 4号主梁截面性质4号主梁梁高3062，上下盖板为20厚，材质Q345B（16Mn）。毛截面面积A=0.1927m2,毛截面惯性矩Ix=0.2997 m4截面绕x轴抗弯模量Wxup=0.183 m35.1.4 1号导梁截面性质1号导梁为等截

10、面空腹箱梁，梁高3062，上下盖板为12厚，材质Q345B（16Mn）。毛截面面积A=0.1703m2毛截面惯性矩Ix=0.2458 m4截面绕x轴抗弯模量Wxup=0.148 m35.1.5 2号导梁截面性质2号导梁为变截面空腹箱梁，上下盖板为12厚，材质Q345B（16Mn）。始端截面参数同1号导梁。末端：毛截面面积A=0.126 m2毛截面惯性矩Ix=0.0577 m4截面绕x轴抗弯模量Wxup=0.064 m3,5.1 主梁截面性质,5.2 主梁钢结构整体稳定性检算,5.2.1.检算原则 按两端简支及悬臂的箱形截面受弯构件进行检算。5.2.2.简支 截面高度h与两腹板间距b0之比h/b

11、0=5580/2000=2.796 按两端简支形式检算受压翼缘的自由长度l1与b0之比 l1/b0=50000/2000=2565 不需计算箱梁整体稳定性。5.2.3悬臂按整机前悬臂54.1米形式检算时，需满足下式Mx/（bWx）f式中：Mx移动模架造桥机纵移过程中内主梁最大悬臂弯矩Mx=5023 t-m Wx=0.583 m3b绕强轴弯曲所确定的整体稳定系数近似取b=0.9f钢材的强度设计值，对Q345B钢，f=290MPaMx/（bWx）=5023E5/（0.90.583E7）=95.7 MPaf=215MPa,结论：主梁整体稳定满足要求.,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.3 主

12、梁钢结构局部稳定性检算,5.3.1.腹板局部稳定性检算腹板高度h0与腹板厚度h的比值h0/h=5452/12=454.3=146腹板应：设置横向加劲肋受压区设置三道纵向加劲肋（包括上下层拼接板）腹板应力情况考察标准截面最大剪力处腹板的平均剪应力 max=Qmax/（2h0h）式中：Qmax=792tmax=792E4/（2545212）=60.5 MPa最大弯矩处腹板计算高度边缘的弯曲压应力=My1/Ix式中：M=8609 t-my1=2.747 mIx=1.6371 m4=8609E-22.747/1.6371=144.5 Mpa,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,受压翼缘与纵向加劲肋之

13、间的区格h1=1118 mm实际取h1=800 mm将第一道纵向加劲肋以下，对称于原中性轴的部分视作新梁的腹板，其计算高度为h01=h0-2h1=5452-2800=3852 mm其受压边缘的弯曲压应力为=（1-2 h1/h0）=42.4 MPah1=2064 mm实际取h1=800mm将第二道纵向加劲肋以下，对称于原中性轴的部分视作新梁的腹板，其计算高度为h02=h01-2h1=3852-2800=2252 mm同理可得,取h1=870mm，则受拉翼缘与纵向加劲肋之间的区格则h2=h02-h1=2252-870=1382 mm=8961200mm按构造确定腹板横向加劲肋（横隔板）的间距0.5

14、h2=691mma2h2=2764mm取a=2100 mm，满足要求。,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.3.2 腹板加劲肋的截面检算横隔板周边宽度b不小于244mm，板厚=8mmb=244mmh0/30+40=221 mm由b/=30.515故横隔板周边需镶边补强，镶边板-8mm100mm横隔板及其镶边截面对腹板中心的惯性矩Iz=11785 cm43h0h3=2826 cm4Iz3h0h3（满足要求）腹板纵向加劲肋尺寸-16150 a/h0=210/545.2=0.390.85腹板纵向加劲肋截面对腹板边缘的惯性矩Iy=1800 cm41.5h0h3=1413 cm4Iy1.5h0h3

15、（满足要求）,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.3.3 受压盖板局部稳定性检算盖板厚度分别为24和36的两种主梁盖板均配置相同的纵向加劲肋，故仅检算24主梁受压盖板宽厚比即可。盖板自由外伸部分的宽厚比b/=4.4/2.4=1.8333，须设置纵向加劲肋设置两道纵向加劲肋，加劲肋截面-16150b0/=63.4/2.4=26.433（满足要求）,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.4.1 混凝土浇筑状态主梁内力及变形控制工况下主梁的最大内力及变形：Mmax=8609 t-mQmax=792 tmax=7.5 cm主梁最大应力：max=8609E-2/0.583=147.7 MPa=

16、215 MPa（满足）腹板最大剪应力max=式中Qmax=792 t（截面最大剪力）S=0.303 m3（最大剪力截面中性轴以上部分对中性轴静矩）Ix=1.4553 m4（最大剪力处毛截面惯性矩）h=212mm（腹板厚度）则max=68.7 MPa=130 MPa（满足）挠跨比=75/50000=1/6671/600（满足）,5.4 主梁强度刚度计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.4.2 上下层主梁间剪力螺栓及焊缝强度校核（1）采用M24-10.9级精制螺栓双剪方式连结。螺栓孔24M24-10.9级精制螺栓的承剪能力：单剪Ndv12t；双剪Nsv24t。根据剪应力互等定理，上下层主

17、梁结合面高度上的剪应力=式中：Vmax=792 t（截面最大剪力）S=0.3 m3（结合面以上部分毛截面对中性轴面积矩）Ix=1.4553 m4（最大剪力处箱梁毛截面惯性矩）h=212mm（腹板厚度）=68.0 MPa螺栓间距按17.5cm布置，横向每腹板两侧各布置一颗计2颗则单栓单剪内力Nv Nv=7.14 tNdv=12 t（满足要求）（2）腹板与对接法兰板间为K=8mm双面贴角焊缝，焊缝剪切抗力Qf：Qf=217.50.60.712010-2=17.64 tNv=7.14t（满足要求）,5.5.1.接头设计原则主梁钢箱梁接头处实际内力乘以系数1.1进行接头设计。接头ZJ1的强度设计值：M

18、j=1.18248=9073 t-m Qj=1.1648=713 t接头ZJ2的强度设计值：Mj=1.12100=2310 t-m Qj=1.1254=280 t采用M24-10.9级精制螺栓双剪方式连结。M24-10.9级精制螺栓的承剪能力：单剪Qd=10 t双剪Qs=20 t5.5.2 ZJ1接头的设计计算腹板分配弯矩接头毛截面惯性矩：Ix=1.6371 m4腹板对截面中性轴的惯性矩：If=0.403 m4腹板按刚度分配弯矩Mf=（If/Ix）Mj=（0.403/1.6371）9073=2233 t-m,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,5.5 主梁接头设计计算,盖板分配的弯矩Mg=M

19、j-Mf=9073-2233=6840 t-m（1）盖板接头的设计计算上下盖板接头螺栓及节点板布置基本相同，另在贴板上布置有螺栓，故下盖板接头螺栓数量偏少，按下盖板进行接头设计计算。盖板的拉压内力：N=Mg/h式中：h盖板中心距，h=5.47 mN=6840/5.47=1250 t所需螺栓的数量：n=1250/20=62.5个确定使用108个M24-10.9级精制螺栓。,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算,第五部分 移动模架造桥机主梁设计计算

20、,第六部分 移动模架造桥机模架计算,模架设计为两片一组空间桁架梁结构，模架分左右两半跨，浇筑混凝土时两半跨在跨中对接，上下弦对接采用M30螺栓连接。模架与挑梁之间采用60的吊杆(材质为45号钢调质处理)连接。按照二维梁单元建立挑梁、吊臂及侧模架平面有限元模型，按照三维梁单元建立底模架空间有限元模型，采用通用有限元程序进行分析计算。模架结构自重按换算重度由程序自动加载，模板及混凝土荷载以节点力加载在底模架节点上；由于采用混凝土斜向分层浇筑，混凝土侧压力对满载工况影响不予考虑。挑梁、吊臂及侧模架平面有限元模型及底模架空间有限元模型见下图。,侧模架空载有限元模型,侧模架浇筑状态有限元模型,底模架空载

21、有限元模型,底模架浇筑状态有限元模型,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.1挑梁、吊臂、及侧模架计算,6.1.1 开模过孔状态结构计算，各杆件单元编号及轴力如下图。,其中主要杆件轴力：4号单元N4=3.5 t（-）19号单元N17=4.2 t（-）12号单元N12=4.8 t（-）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.1.2 浇筑完成状态结构计算，各杆件单元编号及轴力如下图。,其中主要杆件轴力：3号单元N3=33.6 t（+）24号单元N24=12.2 t（-）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.1.3 主要杆件强度及稳定性计算（1）4号单元，杆件型号210，截面积A=25.5cm2i

22、x=3.94 cm iy=2.72 cmL0=1.0297=297 cmmax=y=L0/iy=297/2.72=109=150（满足）强度计算=N4/A=3.5E2/25.5=13.7MPa=150MPa（满足）整体稳定计算，Q235钢，b类截面，查表得=0.499=N4/（A）=3.5E2/（0.49925.5）=27.5MPa=150MPa（满足）（2）19号单元，杆件型号1086，截面积A=19.23cm2i=3.61 cm L0=1.0192=192 cm=L0/i=192/3.61=53.2=150（满足）强度计算=N19/A=4.2E2/19.23=21.9MPa=150MPa（

23、满足）整体稳定计算，Q235钢，a类截面，查表得=0.907=N19/（A）=4.2E2/（0.90719.23）=24.1MPa=150MPa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,（3）12号单元，杆件型号2636扣焊，截面积A=14.6cm2i=2.4 cm L0=1.0200=200 cm=L0/i=200/2.4=83.3=150（满足）强度计算=N12/A=4.8E2/14.6=32.9MPa=150MPa（满足）整体稳定计算，Q235钢，b类截面，查表得=0.668=N12/（A）=4.8E2/（0.66814.6）=49.2MPa=150MPa（满足）（4）3号单元，杆件型

24、号214a 截面积A=37.02cm2强度计算=N3/A=33.6E2/37.02=90.8MPa=150MPa（满足）（5）24号单元，杆件型号216a，截面积A=43.9cm2ix=6.28 cm iy=3.17 cmL0=1.0122=122cmmax=y=L0/iy=122/3.17=38.5=150（满足）强度计算=N24/A=12.2E2/43.9=27.8MPa=150MPa（满足）整体稳定计算，Q235钢，b类截面，查表得=0.905=N24/（A）=12.2E2/（0.90543.9）=30.7MPa=150MPa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.1.4 挑梁安

25、装销轴强度检算混凝土浇筑完成工况挑梁支承反力如下图,销轴双剪内力为Q=33.0t设计采用60销轴，材质为调质45号钢，剪切面积A=28.26cm2销轴剪切应力=Q/2A=33E2/(228.26)=58.4 MPa=125MPa（满足）挑梁铰板孔壁承压应力c=33E2/（261.6）=172MPac=415 MPa（满足）主梁铰板孔壁承压应力c=33E2/（63.6）=153MPac=390 MPa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.2.1 开模过孔状态结构计算，主桁各杆件单元编号及轴力如下图。,主要杆件轴力很小，此工况下无须检算。,6.2底模架计算,第六部分 移动模架造桥机模架计

26、算,6.2.2 浇筑完成状态结构计算，主桁各杆件单元编号及轴力如下图。,浇筑完成状态受力最大纵向联接系各杆件单元编号及轴力如右图其中主要杆件轴力：170号单元N170=13.2 t（-）82号单元N82=10.7 t（-）139号单元N139=13.1 t（+）171号单元N171=12.0 t（+）43号单元N43=1.6 t（-）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,6.2.3 主要杆件强度及稳定性计算（1）170号单元，杆件型号210，截面积A=25.5cm2ix=3.94 cm iy=1.42cm（因无缀板，故按单根槽钢计算）L0=1.0137=137 cmmax=y=L0/iy=137

27、/1.42=96.5=150（满足）强度计算=N170/A=13.2E2/25.5=51.8MPa=150MPa（满足）整体稳定计算，Q235钢，b类截面，查表得=0.575=N170/（A）=13.2E2/（0.57525.5）=90.0MPa=150MPa（满足）（2）82号单元，杆件型号2636扣焊，截面积A=14.6cm2i=2.4 cm L0=1.0222=222 cm=L0/i=222/2.4=92.5=150（满足）强度计算=N82/A=10.7E2/14.6=73.3MPa=150MPa（满足）整体稳定计算，Q235钢，b类截面，查表得=0.601=N82/（A）=10.7E2

28、/（0.60114.6）=121.9MPa=150MPa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,（3）139号单元，杆件型号212.6 截面积A=31.37cm2强度计算=N139/A=13.1E2/31.37=41.8MPa=150MPa（满足）（4）171号单元，2636扣焊,截面积A=14.6 cm2强度计算=N171/A=12E2/14.6=82.2MPa=150MPa（满足）（5）43号单元，杆件型号636，截面积A=7.3cm2i=1.24 cm L0=0.7210=147cm=L0/i=147/1.24=119=150（满足）强度计算=N43/A=1.6E2/7.3=21.9

29、MPa=150MPa（满足）整体稳定计算，Q235钢，b类截面，查表得=0.442=N43/（A）=1.6E2/（0.4427.3）=49.6MPa=150MPa（满足）,第六部分 移动模架造桥机模架计算,第七部分 吊杆设计计算,吊杆采用60圆钢，Tr609螺纹，螺纹小径大于54mm，材质为45，容许应力215MPa，吊杆螺纹处最小截面积Aj=22.9cm2，单根吊杆拉力为30t。7.1吊杆控制截面拉应力=N/Aj=30E2/22.9=131 MPa=215 MPa（满足）7.2 吊杆销轴检算吊杆与挑梁间采用60销轴，材质为45号钢调质。挑梁上固定销板(包括补强板)厚度为32mm；吊杆顶端销板

30、(包括补强板)为228mm。销轴双剪应力：=N/2Aq=30E2/(228.26)=53.0 MPa=125 MPa（满足）固定销板孔壁承压应力:c=N/Ac=30E2/(63.2)=156.3MPac=415MPa（满足）吊杆销板孔壁承压应力:c=0.5N/Ac=0.530E2/(62.8)=89.3 MPac=390MPa（满足）,第八部分 走压轮箱轮压计算,移动模架过孔走行采用轮轨方式，前后支腿走行轮共16只，为单踏面、双轮缘结构，轮轴由滑动轴承支承，走行轨道为平顶方钢。线接触允许轮压：Pc K1DLC1C2（N）已知条件：托辊最大轮压Pc=58.4t584000 N走道方钢宽 L=12

31、0 mm，走行轮直径 D=500 mm，由走行轮材料 b800 MPa K1=7.2 由车轮转速 n=1.8 rev/min C1=1.17 由机构工作级别为M3C2=1.25则许用轮压为：K1DLC1C2=7.25001201.171.25=631800 kN584000 N，满足要求。,第九部分 墩顶预埋件计算,墩顶预埋件埋入深度为1米，根据预埋件设计手册相关计算方法，单个预埋件立柱承载力：N=fth1S+fccA式中：ft砼轴心抗拉强度设计值，对C40砼，取1.8MPa；h1埋入深度，本预埋件为h1=1.0m；S柱脚截面周长，本预埋件为S=2.15m；砼局部受压时的强度提高系数，=3；fcc素砼轴心抗压强度设计值，取fcc=0.95 fc=18.5MPa；A钢柱截面面积，本预埋件为A=0.0262m2；综上，有N=（1.81.02.15+318.50.0262）102=532tN=1105/4=276t，满足要求。,谢谢大家！,欢迎各位专业 批评指正,