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某特大刚构桥施工挂篮受力与变形分析
摘要
平衡悬灌法施工的成败及质量控制的优劣在于挂篮的工艺设计, 挂篮设计的好坏直接影响到施工进度, 它是特大桥梁施工中的一项关键技术。本文以某特大型刚构桥的具体工程为背景,通过分析某特大刚构桥挂篮图纸,简化计算模型,把空间结构等效(或近似等效)成平面结构,利用材料力学、结构力学等相关力学知识求出精确解,计算出各主要构件的受力情况与变形挠度,并利用梁单元和杆单元建立挂篮有限元模型,通过ansys软件进行空间模拟分析,对施工挂篮在施工承载过程中各个主要构件的强度、变形和结构稳定进行验算。通过对两种计算方法的对比分析得到施工挂篮的受力与变形,其结果能够指导挂篮的工艺设,增加施工进度,降低施工成本,达到施工安全可靠,经济合理。
关键字:挂篮;简化计算模型; 有限元模型;受力;变形
目录
1 绪论 1
1.1 挂篮的构造和设计 1
1.1.1 挂篮概述 1
1.1.2 挂篮的主要构造 1
1.1.3挂篮的设计要求 2
1.2挂篮的分类及特点 3
1.2.1 挂篮的分类 3
1.2.2 几种挂篮结构的主要特点 4
1.3挂篮的结构计算 5
1.4本文的研究内容、途径、目的及意义 6
1.4.1 研究内容 6
1.4.2 研究途径 6
1.4.3 研究目的 7
1.4.4 研究意义 7
2 挂篮计算说明 8
2.1计算依据 8
2.1.1 计算的原则 8
2.1.2 计算依据及参考资料 8
2.2工程概况 8
2.3挂篮设计 9
2.3.1 主要技术参数 9
2.3.2 HLGL270-16.2/4.5型挂篮构造 9
2.3.3 挂篮计算设计荷载及组合 10
3挂篮主要构造受力与变形分析 11
3.1挂篮底篮的纵梁受力与变形 11
3.1.1 预压荷载下的纵梁受力与变形 11
3.1.2 悬臂浇筑下的纵梁受力与变形 13
3.2挂篮底篮的前后横梁受力与变形 14
3.2.1 前横梁受力与变形 14
3.2.2 后横梁受力与变形 16
3.3吊带计算 18
3.4外滑梁的计算 18
3.5内滑梁纵梁计算 19
3.5.1 悬臂浇筑施工时 19
3.5.2 移篮时: 20
3.6主桁上横梁的计算 20
3.7整体抗倾覆计算 21
3.7.1 悬臂浇筑施工状态 22
3.7.2 挂篮移篮时整体防倾覆校核(轨道受力图如图3.11) 22
3.8拉带校核 23
3.9立柱强度及稳定性计算 24
3.10主桁主梁计算 25
3.11挂篮移篮时主桁横向稳定性计算 26
3.12本章小结 27
4 主要构造有限元分析 28
4.1有限元模型的建立与求解 28
4.1.1 有限元模型的建立 28
4.1.2 有限元的求解 29
4.2主要构造的应力云图分析 30
4.2.1 底篮纵梁应力云图分析 30
4.2.3 主桁上横梁的应力云图分析 32
4.2.4 主桁主梁应力云图分析 32
4.2.5 外滑梁应力云图分析 33
4.2.6 内滑梁应力云图分析 34
4.2.7 主桁立柱应力云图分析 34
4.2.8 整体应力云图分析 35
4.3主要构造的位移云图分析 35
4.3.1 底篮纵梁位移云图分析 35
4.3.2 底篮前后横梁位移云图分析 36
4.3.3 主桁上横梁位移云图分析 37
4.3.4 主桁主梁位移云图分析 38
4.3.5 外滑梁位移云图分析 38
4.3.6 内滑梁位移云图分析 39
4.3.7 主桁立柱位移云图分析 40
4.3.8 整体位移云图分析 41
4.4本章小结 41
5 结论 43
参考文献 44
致谢 45
1 绪论
1.1 挂篮的构造和设计
1.1.1 挂篮概述
自原联邦德国迪维达克公司开创挂篮悬臂浇筑法以来[1], 至今, 已开发出桁架式、斜拉式、三角式、型钢式等结构形式多种多样的挂篮。作为一种能沿着轨道行走的活动脚手架, 悬挂锚固在已经箱梁梁段上,时在挂篮上进行箱梁的模板安装、管道安、钢筋绑扎、混凝土、预应力张拉、压浆等工作。当一个梁段的施工完成后,挂篮解除后锚,, 以降低施工中主梁临时内力峰值; 在悬浇完成后, 将斜拉索与挂篮分离, 实现索力的转换。
(3)锚固系统
锚固系统包括前后锚杆组、止推机构和顶升机构。其功能是在挂篮工作状态下已浇梁体传力的通道, 其中止推机构是纵梁向已浇梁体传递水平力的唯一路径(忽略摩擦力), 还可通过锚固调整吊带(杆)的长度来确定底模的高度,满足浇筑梁段所需的高标。同时在挂篮前移和浇筑混凝土箱梁时抵抗挂篮的整体倾覆失稳,故应验算挂篮在空载行走状态和浇筑混凝土时的倾覆稳定,其稳定系数不小于1.5。
(4)行走系统
行走系统由挂腿、牵引机构及行走反滚轮组成, 实现挂篮
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