连续梁悬臂浇筑挂篮设计与计算

石家庄铁道大学毕业设计连续梁悬臂浇筑挂篮设计与计算Con ti nu ous beam can tilever pouri ngCradle desig n and calculati on2016届土木工程学院专业土木工程学号20120216学生姓名王申指导教师葛俊颖完成日期2015年6月14日毕业设计成绩单学生姓名王申学号20120216班级土 1201-6专业土木工程毕业设计题目连续梁悬臂浇筑挂篮设计与计算指导教师姓名葛俊颖指导教帅职称副教授评定成绩指导教师得分答辩小组得分成绩:院长（主任）签字：年 月 日毕业设计任务书题目连续梁悬臂浇筑挂篮设计与计算学生姓名王申学号20120216班级土1201-6专业土木工程承担指导任务单位土木工程学院导师葛俊颖导师副教授姓名职称一、基本资料某双线铁路箱梁桥桥跨布置48m+80m+48m,预应力混凝土连续梁桥。主梁采用单箱单室变高度预应力混凝土箱梁，梁底曲线采用二次抛物线。箱梁顶板宽13米, 底板宽6.7 米,梁高变化范围7.0 4.0米。1#块底板底板厚100cm，腹板厚100cm， 顶板厚50cm。挂篮适应最大梁段长4.0米。二、设计技术指标混凝土自重丫 =26kN/m 3;(2) 钢弹性模量 Es= 2.1 X105MPa ;(3) 模板的允许挠度为1.5mm ;(4) 临时结构简化为简支梁后的允许挠度为L/400。(5) 荷载系数考虑箱梁混凝土浇注时胀模等因素的超载系数：1.05 ;浇筑混凝土时的动力系数：1.2 ;浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0 ;(6) 作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取1#块计算；施工机具及人群荷载：2.5kPa ;模板自重取0.7kN/m 2。三、设计内容1. 计算书主要须设计验算：(1) 挂篮内模设计计算(2) 挂篮底模设计计算(3 )底横梁及吊杆设计计算(4)侧模桁架设计计算(5 )导梁的设计计算(6 )主桁架设计计算(7) 后锚设计计算(8 )螺栓及节点板设计计算2. 绘图、文字整理。3. 答辩。四、设计要求1. 学习使用tekla Xsteel软件；2. 学习使用有限元分析软件 midas civil ;3. 利用钢结构设计原理及理论设计挂篮；4. 计算部分包括手工理论计算和有限元分析；5. 出图利用 Xsteel 和 AutoCAD ；6. 论文不少于1.5万字；7. 图纸不少于5张，其中至少1张手工图.8. 完成毕业设计说明书的编写；9. 完成规定的英文翻译；五、进度计划第1周-第2周：查阅文献、外文翻译；第3周-第8周：毕业实习、学习Xsteel软件、学习midas/civil软件使用，挂篮 设计；第9周-第14周：结构计算，画图；第15周-第15周：文整、答辩。六、主要参考文献1、 铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)2、 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-2005 )3、铁路桥涵施工规范(TB10203-2002)4、钢结构设计规范(GB50017-2003 )5、 客运专线铁路桥涵施工技术指南(TZ213-2005)6、公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)7、张志国，张庆芳主编：钢结构，中国铁道出版社8、葛俊颖主编：桥梁工程，中国铁道出版社2016年3月15日毕业设计开题报告题目连续梁悬臂浇筑挂篮设计与计算学生姓名王申学号20120216班级土 1201-6专业土木工程1、研究背景伴随着中国的快速发展城市化进程的推进，交通运输的需求量逐步加大，为了 节约土地资源，以桥代路的方式被逐渐推广，对于桥梁建造的速度要求越来越高； 同时近年来随着桥梁结构多样化、复杂化的发展，所在的地理位置和自然条件的千 差万别，不同的桥梁所采用的施工工艺也不尽相同，在施工中投入的临时结构设备 也存在着种类和形式上的变化和发展。在桥梁施工过程中，考虑到气候、交通、环 境等各方面的影响，多采用悬臂施工法，而悬臂施工法最主要的临时结构就是挂篮 系统。本次设计的连续梁桥的挂篮是临时结构当中相当重要的一部分，在桥梁施工 当中有着不可替代的作用，挂篮设计的合理与否将关系到整个桥梁的施工质量。2、国内外研究现状。挂篮悬臂浇筑施工方法又称迪维达克施工方法，悬臂浇筑法施工从60年代由前西德首先使用以来，先后由各国借鉴运用，发展至今，已成为修建大中跨径桥梁 的一种有效施工手段。日本预应力混凝土工业协会关于预应力混凝土长大桥梁的 调查研究报告指出，1972年后建造的跨径大于100m以上的桥梁近200座，其 中悬臂法施工的桥梁占87%以上，而采用悬臂浇筑法施工占80%左右。这充分表明 了悬臂施工方法在当代以及今后桥梁施工当中将处于非常重要的地位，挂篮作为悬 臂灌筑施工的主要设备现已有很多类型，有些国家如日本、法国等已有定型的系列 化产品，这为施工过程带来很大的便利。我国自从20世纪80年代开始使用这种技术以来，已经取得了巨大的成就，从 最初的平行桁架式逐渐发展为多样化，从最初的压重式到现在的锚固式结构越来越 轻型，受力越来越合理，施工越来越方便，应用也越来越广泛。随着我国经济的发 展，基础建设的投入加大，桥梁不断地涌现。但与其他在悬臂施工方面发展较快的 国家相比仍然有着不小的差距。因此，总结并比较各种类型挂篮的优劣，努力发展 我国的悬臂施工工艺，对今后的应用及其发展有着重要的意义。3、设计内容。本次设计的主要内容是挂篮设计。挂篮是悬臂浇筑施工的主要临时结构。挂篮 设计主要内容包括：（1）根据桥梁跨度，计算施工荷载并确定挂篮的类型。（2）拟定挂篮杆件的尺寸，节点板细部尺寸，确定受力模型。（3）力学检算：主桁架平面受力计算横联受力计算 节点计算（4）修改并确定最终各零件的尺寸和连接节点尺寸。（5）将确定的数据输入到Xsteel中建立3D模型。（6）编写计算书并输出施工图4、设计方案及预期达到的目标。采用承载力极限状态法，按照“根据桥梁施工图及相关规范初拟结构布置形式 及相应尺寸一荷载计算一建模计算分析或简单手算一根据计算结果对所拟定的结 构进行修改、完善一再次检算”的思路进行结构设计，并最终确定设计方案。通过挂篮的设计与计算，熟悉挂篮的构造施工过程和方法，巩固和深化所学的 基础课程，专业基础课和专业课知识。熟练掌握Auto CAD、Midas等工程软件，培养工程意识，能熟练应用相关的专业知识和软件辅助解决工程中的实际问题。提 高读取资料的能力，同时锻炼搜集有效资料的能力，掌握本专业的相关技术规范。5、计划进度。第1周-第2周：查阅文献，复习相关课程，完成开题报告和外文翻译；第3周-第5周：完成毕业实习并交上实习报告第6周-第8周：学习Xsteel软件、学习Midas civil软件使用，进行挂篮设计;第9周-第14周：使用Midas软件进行挂篮结构计算，使用 Tekla structures 软件绘制挂篮详图、并出图辅助 CAD生成最终图纸。第15周-第15周：文整、答辩。2016年3月21日随着桥梁建设的飞速发展，桥梁的施工技术得到显著提高。在大跨度桥梁及其他 方法难以实施的环境中经常采用悬臂浇筑施工的方法，从而使悬臂浇筑施工过程中临时结构的设计更为重要。悬臂浇筑法施工是连续梁桥施工最常用的施工方法之一，而挂篮系统是悬臂法施工所用的重要施工机具。本课题以跨度为48m+80m+48m预应力混凝土连续梁桥为背景，以实际工程为资料，研究设计了施工所用的挂篮用Midas软件分别对底横梁、底模桁架、外模桁架、外模吊梁、内模吊梁、前上横梁和主桁杆进行建模加载计算，随后进行整体建 模计算，挂篮所承受的荷载以及模板、受压稳定，抗倾覆系数、螺栓连接等计算采用 手算。经过反复的设计验算挂篮结构的强度、刚度、稳定性均达到了规范的要求。并 且结构强度都充分利用，使结构满足了经济型的要求。设计方案完成后，在tekla structures （Xsteel）软件中将设计方案的模型建立 出来，并生成结构各构件和零件的图纸，对于细部的构件可以采用AutoCAD辅助绘 图，最终画出详细的施工图。关键词：悬臂浇筑施工；挂篮； Midas ； Tekla structuresAbstractWith the rapid developme nt of bridge con structi on, bridge con struct ion tech no logy has bee n greatly improved. Can tilever casti ng con structi on in thelarge spanandother methodsdifficultto implementthe environment isofte n usedinthe con struct ionof themethod, sothat the can tilevercon struct ionofthe temporarystructureof the desig nis more importa nt.Can tilever casti ng con structi on is one of the com mon methods used in thecon struct ion of con ti nu ousbeam bridge, and the hanging basket is acon struct ion equipme nt used in the con struct ion of the can tilever method.This topic to spa n con ti nu ous beam bridge 48m+80m+48m prestressedconcrete as the background, takes the actual project data, research and desig n of the con struct ion of hanging basket using Midas software respectively of beam bottom, bottom mould truss, mould truss, outer mold hanging beam and an inner mould hanging beam, a front upper beam and truss rod load modelingcalculation,followed by the overall modelingcalculation,hanging basket bear the load as well as the template andcompressi on stability aga inst overtur ning coefficie nt and bolt connecting the calculation by hand. The strength, rigidity and stability of the hanging basket structure have reached the sta ndard requireme nts through repeated desig n.And structural strength are fully utilized, so that the structure can meet the requireme nts of econo mic type.After the completio n of the desig n scheme, in the Tekla structures Xsteel software willdesig nthe model built, and gen erates the structuralcomp onentsand parts draw in gs.For details of the members can useAutoCAD draw ing, the final draw detail draw in gs.Key words : The can tilever con structi on; Cradle; Midas; Tekla structures目录第1章绪论1.31.1挂篮的研究背景及意义 131.2国内外研究现状 1.31.3挂篮分类.1.41.4菱形挂篮.1.41.4.1 承重系统1.4.1.4.2 走行系统1.5.1.4.3 模板系统1.5.悬吊系统15.1.4.5 锚固系统1.6.张拉操作平台 1.6.1.5工程软件简介.1.6.1.5.1 Tekla Structures .1.6.1.5.2 Midas Civil 1.7.第2章 挂篮结构设计说明 1.9.2.1挂篮结构设计依据及参考资料 .1.9.2.2设计技术指标19.2.3挂篮结构设计思路.1.9.第3章 挂篮计算 2.1.3.1计算简介2.1.工程概况 21.计算内容23.3.2模板系统计算 24.底膜计算 24.侧膜计算25.侧模桁架计算27.内模计算 29.3.3主要结构计算 3.0.底模纵梁计算 30.前底横梁计算 35.后底横梁计算 36.侧模吊梁荷载分析计算 38.内膜吊梁荷载分析计算 41.顶横梁荷载分析计算45.主桁架荷载分析计算 46.3.4结构连接设计 4.9.3.4.1 连接吊带、吊杆设计计算 4.9.主桁节点板螺栓设计计算 5.0.主桁架横联及门架设计 52.底横梁销座设计计算54.3.5浇筑时主桁抗倾覆验算 5.4.3.6行走时主桁抗倾覆验算 5.5.3.7挂篮整体设计计算 5.5.3.8挂篮整体设计计算与分别设计计算的比较 57第4章结论59.4.1设计总结 5.9.4.2 挂篮设计中存在的问题及其反思 59.参考文献6.0.致谢6.1.附录 A6.3.附录 B7.5.第1章绪论1.1挂篮的研究背景及意义伴随着中国的快速发展城市化进程的推进， 交通运输的需求量逐步加大，为了节 约土地资源，以桥代路的方式被逐渐推广，对于桥梁建造的速度要求越来越高； 同时 近年来随着桥梁结构多样化、复杂化的发展，所在的地理位置和自然条件的千差万别， 不同的桥梁所采用的施工工艺也不尽相同， 在施工中投入的临时结构设备也存在着种 类和形式上的变化和发展。在桥梁施工过程中，考虑到气候、交通、环境等各方面的 影响，多采用悬臂施工法，而悬臂施工法最主要的临时结构就是挂篮系统。 本次设计 的连续梁桥的挂篮是临时结构当中相当重要的一部分， 在桥梁施工当中有着不可替代 的作用。悬臂施工具有很大的优势：施工结构简单，受力明确，安装、拆卸方便，不需要 大量的施工机械和临时设备；不影响桥下通航通车；施工受季节、河道水位影响小。 悬臂施工的主要施工工具为挂篮，因此挂篮设计的合理与否将关系到整个桥梁的施工 质量。1.2国内外研究现状挂篮悬臂浇筑施工方法又称为迪维达克施工方法，悬臂浇筑法施工从20世纪60年代由西德首先使用以来，先后被各国借鉴运用，发展至今，已成为修建大中跨径桥 梁的一种重要的施工手段。日本预应力混凝土工业协会发表的关于预应力混凝土长 大桥梁的调查研究报告指出，自 1972年后建造的跨径大于100m以上的桥梁近 200座，其中使用悬臂施工法施工的桥梁占 87%以上，其中采用悬臂浇筑法施工的 占80%左右。这充分表明了悬臂施工法在当代以及今后桥梁施工当中将处于非常重 要的地位，而挂篮作为悬臂灌筑施工的主要设备现在已有很多类型，在一些国家如日本、法国等已有定型的系列化产品，这为施工过程带来极大便利。我国自从20世纪80年代开始使用这种技术以来，已经取得了巨大的成就，从 最初的平行桁架式逐渐发展为多样化，从最初的压重式到现在的锚固式结构越来越轻 型，受力越来越合理，施工越来越方便，应用也越来越广泛。随着我国经济的发展， 基础建设的投入加大，桥梁不断地涌现。但与其他在悬臂施工方面发展较快的国家相 比仍然有着不小的差距。因此，总结并比较各种类型挂篮的优劣，努力发展我国的悬 臂施工工艺，对今后的应用及其发展有着重要的意义。1.3挂篮分类目前，挂篮的形式有很多。挂篮可以按照多种分类方式进行分类， 常见的分类方 法有：（1）按挂篮使用材料分类：由军用梁、贝雷梁、万能杆件等制式杆件组拼的挂 篮和由型钢加工制成的挂篮两种；（2 ）按受力原理分类：垂直吊杆式（包括三角形挂篮和菱形挂篮）、斜拉式（包 括三角斜拉式和预应力斜拉式）、刚性模板式三种；（3）按抗倾覆平衡方式分类：压重式、锚固式和半压重半锚固式三种；（4）按移动方式分类：滚动式、滑动式和组合式三种。本文中采用的挂篮设计为菱形挂篮。1.4菱形挂篮挂篮是悬臂施工中的关键设备。其主要功能是支承模板，承受新浇筑的混凝土的 重量。这就要求挂篮不仅要有足够的强度保证， 还要有足够的刚度以及稳定性。 挂篮 具有结构简单、自重轻、前移和装拆方便、坚固稳定、受力后变形小、便于调整标高 和具有较强的可重复利用性等特点， 挂篮下部有充足的空间，可提供较大的施工作业 平台，有利于钢筋模板施工操作。菱形挂篮可认为是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来，其上部结构为菱形，前部伸出两个伸臂小梁，作为挂篮底模平台和侧模前移的滑道， 其菱形结构后端锚固于 箱梁顶板上，无平衡压重，且结构简单，自重轻，近年来在桥梁施工中被广应用。菱形挂篮系统主要由承重系统、走形系统、模板系统悬吊系统、锚固系统以及张 拉操作平台六部分组成。承重系统菱形挂篮的承重系统由两片主桁架组成。 主桁架竖放于箱梁腹板位置，主桁的片 数由主梁截面特性决定，一般为两片。主桁各杆件一般采用对扣双槽钢的截面， 各杆 间的连接一般为栓接或销接。两片主桁之间通过槽钢或者角钢组成的横联连接。主桁架承受施工设备和新浇筑节段混凝土的全部重量，并且通过支点和锚固装置将荷载传 到已施工完成的梁身上。在主桁前端节点处放置一根横梁，横梁截面一般采用双工字 钢截面，若悬吊系统采用吊带，两工字钢间距由吊带宽度确定。在横梁上设置吊点， 用于悬吊底模横梁、侧模吊梁及内模吊梁。142走行系统挂篮走行系统分为桁架走行系统、底模、外模走行系统及内模走行系统。桁架走行系统是在两片桁架下已浇箱梁顶面铺设用钢板组焊的轨道，轨道顶面放置前后支座，支座与主桁节点通过螺栓连接，前支座支撑在轨道顶面，下垫聚四氟乙 烯滑板，可沿轨道滑行，主桁前移时后支座通过反扣装置沿轨道顶板下缘滑行，不需要加平衡重。底模和外模与挂篮主桁同步行走， 走行时，底模模板仍然支撑在底模纵 梁上，后底横梁和外模模板系统悬挂于侧模走行梁上， 并随侧模走行梁一起向前行走。 内模待前段箱梁底板和腹板的钢筋绑扎完成后，沿内导梁滑移到位。浇筑混凝土前， 主桁架后端用精轧螺纹钢锚固于已浇梁段箱梁顶面。143模板系统模板系统由外侧模、内模和底模等几部分组成。外侧模由模板及其加劲肋组成。模板通常采用钢板，加劲肋一般采用小型号的槽 钢或角钢。外侧模横向由侧模桁架支撑，侧模桁架竖向支撑于侧模导梁上。 挂篮行走 时，外侧模与侧模桁架一同沿导梁行走。内模模板一般使用组合钢模板， 不设加劲肋，横向由内模框架支撑。内模框架通 常采用双槽钢截面，顶板倒角处设带销孔的钢板，以适应由腹板厚度变化而引起的顶 板宽度变化。横向内模框架通过纵向连接梁连接成整体， 再通过滑轮连接到内模导吊 梁上，挂篮走行时，模板及内模框架沿吊梁随其一并向前行走。底模由底模模板、模板加劲肋、底模桁架（或纵梁）、底横梁等组成。底模模板 一般使用钢板，当腹板倾斜时，由于梁高沿桥向变化，底模宽度会沿桥向变化，模板 宽度沿桥向也发生变化，这时可在底模模板中间一定范围内加一块木模板。 模板加劲 肋采用较小型号的槽钢或角钢。底模模板及其加劲肋纵向由底模桁架（或纵梁）支撑, 底模桁架（或纵梁）支撑于前后底横梁上。底模桁架一般由型钢焊接而成，底模纵梁 一般采用型钢，底模横梁一般采用双槽钢截面或双工字钢截面。144悬吊系统悬吊系统是由螺旋千斤顶、扁担梁、吊杆或吊带组成的，用于悬吊模板系统。悬 吊段很重时采用吊带，否则可以采用吊杆。吊带或吊杆一般通过扁担梁固定于前上横 梁上。由于桥梁的梁高一般是沿着纵桥向变化，为了使挂篮能很好的适应梁高变化， 需借助螺旋千斤顶及扁担梁来调整底模模板的标高。145锚固系统对双向以及三向预应力梁，可借助梁腹板的双向预应力钢筋将滑道锚固在梁的顶 板上，用以平衡挂篮空载走行时的倾覆力矩；对无竖向预应力筋的梁，可通过施工中的预埋钢筋或预留孔洞来解决。146张拉操作平台张拉操作平台悬挂于主桁上，为张拉、移动挂篮、立模、混凝土浇筑等提供操作的平台。通过钢丝绳悬吊在菱形桁架的前端小悬臂梁上，一般用角钢和钢筋组成，平台平面铺以木板供作业人员站立行走，可用手动葫芦调整其高度。1.5工程软件简介1.5.1 Tekla StructuresTekla Structures是Tekla公司出品的钢结构详图设计软件。Tekla Structures 的功能包括3D实体结构模型与结构分析的完全整合、 3D钢结构细部的设计、3D 钢筋混凝土的设计、专案管理、自动 Shop Drawing 、BOM表自动产生系统等。Tekla Structures软件是一套多功能的三维建模软件。它能够轻松地创建出精确 而智能的钢结构模型。借助这个智能的三维模型，用户可以实现在规划、设计、制造、 安装过程中自由地进行信息交换。同时利用它浩大的节点库、多用户模式（多人在同 一时刻对同一模型进行操作）并结合各种信息可以显著提高工作效率及工作精度，降 低工作成本，大幅度的提高生产效率。本论文中对Tekla Structures的使用主要在于其强大的建模功能和图纸生成功 能。本次应用该软件建模画图过程大体如下：（1 ）建立参考坐标轴，其中包括 X、Y、Z方向轴线的建立，根据模型的尺寸先 计算出各个方向的轴线个数及轴线间的距离， 在建立轴线对话框中输入即可自动生成 三个方向的轴线。（2）创建视图，因为该软件是三维建模软件，用户可以从多个角度观察和操作， 沿着轴线创建多个平面视图，并设置各个视图的属性，有利于后期建模过程中准确选 择参考面。（3）建立模型，建模是最主要也最复杂的过程。建模过程中需要进行参数设置，包括视图属性，工具栏属性设置等。Tekla Structures提供丰富的截面库和材料库， 可以直接从截面库里选择你要画的截面并从材料库里选择材料，画出来直接就是3D空间模型，如果用户所要画的截面或者材料在库里不存在， 该软件支持用户通过自定 义增加截面或材料。该软件还提供了强大的模型修改功能， 对建立的零件或构件可以 自由的进行修改，包括旋转、偏心修改以及长度修改，模型可以在工作区域内自由地 移动、复制，对于对称结构或者排架结构等重复工作量大的结构，可明显减少工作量。该软件在建模过程中的一大亮点在于软件自带参数化连接节点，比如梁梁连接节点、 梁柱连接节点等通过设定节点参数都可以直接生成，建模效率大幅度提升。对于一些 相似性很高的构件，用户可以设置参数化零件，例如本设计中用到的挂篮主桁杆， 其 截面为对扣槽钢用缀板焊接，我们将主桁杆定义成参数化零件，对于缀板的数量、位 置、大小以及槽钢的型号、间距，只需在画出零件以后修改零件参数即可。（4 ）生成图纸，图纸分为零件图、构件图和多件图和整体布置图，选中零件、 构件选择生成图纸的按钮就可以生成图纸，图纸可以直接打印也可以转成dwg格式的CAD图纸。但图纸的格式，包括材料表、构件位置以及表头的有无、位置，可以 直接套用软件自带的格式，如果软件自带的格式不能满足需要，用户可以自定义图纸 格式，包括纸张大小、材料表和表头统计的内容已经这些表格的位置，同样定义好的设置可以生成文件导出，用于其他模型的出图。在选中视图的情况下可以生成整体布 置图，其效果就是用平面线的图纸来画空间效果图。通过Tekla Structures生成零件图和构件图，再加上Auto Cad辅助画出一些细部构造图和整体示意图， 便可得到 完整的工程图纸。1.5.2 Midas CivilMidas Civil程序是Midas系列的软件产品之一，是一款通用的有限元分析软件， 主要适用于桥梁工程、地下工程、工业建筑、机场、大坝、港口等结构的设计与分析。 特别是针对桥梁结构，Midas civil结合国内的规范与用户习惯，在建模、分析、后 处理、设计等方面提供了很多便利功能，目前广泛应用于公路、铁路、市政、水利等 工程领域。有限元分析软件通常都有三大模块组成：前处理模块、求解模块以及后处理模块。前处理模块是用来建立结构有限元模型的，包括确定单元的种类、材料特性、几 何特性和单元之间的连接处理等。 有的软件在前处理中可以建立几何模型 （基本元素 为点、线、面和体）和有限元模型，因为最终参与计算的是有限元模型，所以几何模 型还必须通过网格划分从而得到有限元模型。Midas civil的前处理模块只能建立有 限元模型，即使从AutoCAD导入DXF格式的几何模型，也会直接被转换成了杆系 的有限元模型。求解模块一般包括边界条件的施加、 求解器的选择、荷载施加策略及求解选项的 设置。后处理模块用来将分析的结果按要求输出，比如输出位移、应力的云图、荷载 位移的曲线等。Midas civil有两个模式，一个是前处理模式，另一个是后处理模式。前处理模 式中包括了材料和截面的定义、建模、边界条件的施加、荷载的施加、分析选项设置 和求解等内容。模型修改必须在前处理模式下进行，后处理模式包括荷载组合和计算 结果的输出等内容，不能修改模型。第2章挂篮结构设计说明2.1挂篮结构设计依据及参考资料48m+80m+48m，预应力混凝土连续梁桥。主梁采用单箱单室变高度预应力混凝土箱梁，梁底曲线采用二次抛物线。箱梁顶板宽13米，底板宽6.7米，梁高变化范围7.0 4.0米。1#块底板底板厚100cm，腹板厚100cm，顶板厚50cm。挂篮 适应最大梁段长4.0米。挂篮主要设计依据包括：1 铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)2 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.3-2005 )3 铁路桥涵施工规范(TB10203-2002)4 钢结构设计规范(GB50017-2003 )5 .客运专线铁路桥涵施工技术指南(TZ213-2005 )6 .公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000 )2.2设计技术指标(1)混凝土自重26kN/m 3 ;钢弹性模量Es 2.1 105 ;(3) 模板的允许挠度为1.5mm ;(4) 临时结构简化为简支结构后的允许挠度为 L /400;(5) 荷载系数考虑箱梁混凝土浇注时胀模等因素的超载系数：1.05;浇筑混凝土时的动力系数：1.2 ;浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0 ;(6) 作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取1#块进行计算施工机具及人群荷载：2.5kPa;模板自重取0.7kN/m 2。2.3挂篮结构设计思路该挂篮的设计计算方法为容许应力设计法，挂篮设计按最长最重的1号块进行设计计算。1号块截面尺寸如图2-1所示。挂篮在设计过程中先确定挂篮的形式，根据 截面尺寸参考已完成的工程图纸初步拟定挂篮各杆件的截面尺寸。通过手算算出结构 各杆件承受的荷载，用 Midas建立各个构件的受力模型并加载运算，检查设计的杆件在刚度、强度、稳定性方面能否满足规范要求，若不满足，在软件中修改截面尺寸，继续加载运算直至所选截面通过检算。在各构件截面尺寸检算通过后，还要对连接销 座等细部构件进行检算。最后用 Midas建立整体受力模型，再次检算各杆件，并比 较单独计算的模型和整体模型的差别。图2-11号块截面尺寸图（单位：mm ）第3章挂篮计算3.1计算简介工程概况某双线铁路箱梁桥桥跨布置48m+80m+48m,预应力混凝土连续梁桥主梁采用单箱单室箱形截面，梁底曲线采用二次抛物线，三向预应力体系。箱梁顶板宽13米, 底板宽6.7米，梁高变化范围7.0 4.0米。采用挂篮悬臂浇筑施工方法，浇筑段挂 篮适应最大梁长4.0米。该桥施工所设计的挂篮为菱形挂篮，由主桁承重系统、行走系统、模板系统、悬 吊系统、锚固系统、张拉操作平台系统等部分组成。模型如图下图所示：图3-1挂篮整体模型效果图图3-2挂篮整体模型正视图图3-3挂篮整体模型侧视图图3-4挂篮整体模型俯视图计算内容为了保证所设计的挂篮在施工期间的结构安全以及确保挂篮的强度、刚度和稳定性满足规范的要求，需要对本桥的施工挂篮结构进行检算，检算的内容包括：1）挂篮主桁在混凝土浇筑时的强度、刚度和稳定性；2）挂篮底篮在混凝土浇筑时的强度和刚度；3）悬吊装置在混凝土浇筑时的强度和刚度；4）锚固装置在混凝土浇筑时的强度和刚度；5）挂篮底模和侧模在混凝土浇筑过程中的强度和刚度；6）主桁节点板螺栓的强度；7）挂篮走行时后锚可靠性及结构的抗倾覆稳定性。8）连接吊杆、吊带与横梁的销座的强度检算其中前四项通过有限元分析软件 MIDAS/Civil建立空间杆系有限元模型进行分 析，后四项则参考相应的施工手册进行手算校核。3.2模板系统计算底膜计算底篮模板是由C10型钢与钢板组焊而成的模架，底篮模板下部 C10型钢横肋的 间距为300mm,模板的受力模型为单向板其跨度即为 300mm，悬浇节段中1#块底 板厚度最大，取1#块计算。新浇混凝土对底篮模板的压力标准值：F, h 1.05 26 1 1.05 27.3kN/m2面板自重：F2h 1.05 78.5 0.005 0.4kN/m 2施工荷载：F32.5kN/m 2振捣荷载：F42.0kN/m 2选面板小方格中最不利的情况进行计算，即三面固定，一面简支。由Lx 300 1，查表可知最大弯矩系数K1 0.06，最大挠度系数K2 0.0016 L y 300取1mm宽的板条作为计算单元。(1)强度计算:荷载为:F2 2F1 F2 F3 F432.2KN/m0.032N/mm线荷载为：q 0.032 10.032N/mm最大弯矩为:M2 20.06ql0.06 0.032 300172.8N mm截面抵抗拒为：123W 1 54.2mm6最大应力为:4.2145MPa(2 )挠度计算荷载为:F1F 2F3F432.2kN/m 20.0322N/mm 2计算公式:Fl4f B。Eh32.1 105 53212 (1 0.3 )62.40 10 N mm其中为钢材的泊松比。0.001640.0322 30062.40 100.2mm规范要求模板变形不超过1.5mm，所以满足要求。侧膜计算侧模的纵横肋间距为300mm和450mm。根据测定，混凝土作用于侧模板的侧压力会随着混凝土的浇注高度而增加，当浇注高度达到某一临界值时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇注混凝土的最 大侧压力。侧压力达到最大值的浇注高度称为混凝土的有效压头。根据我国混凝土 结构工程施工及验收规范(GB50204-92 )中提到的新浇注混凝土作用在模板上的 最大侧压力计算公式如下：当采用内部振捣器时，新浇注的混凝土作用于模板的侧压力标准值，可按下列公式计算，并取其中的较小值：F1 0.22 ct 1 2 V ， F 2ch式中：F新浇混凝土对模板的最大侧压力(kN/m 2)；c 混凝土的重量密度(kN/m)；t 新浇混凝土的初凝时间(h)，可按实测定。当缺乏实验资料时，可采用t笃计算在此t20025 15T混凝土的温度（）取25 ;V混凝土的浇注速度（m/h ）取2 m/h ;h 混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（ m），取2.8m ；当 V/T 0.035时，h 0.2224.9V /T ;当 V/T 0.035 时，h 1.53 3.8V /T ；在这里 V/T 2/250.080.035，取 h 1.53 3.8V /T 1.834mi外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1 ；2 混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85 , 5090mm时，取 1 ； 110150mm时，取1.15。在此取1。F10.22 26 5 1 1 1.41440.4kN/m22F2ch 26 1.834 47.68kN/m所以取40.4 kN/m2进行计算，同时考虑倾倒混凝土产生的水平荷载6kN/m2，振捣产生的水平荷载4 kN/m 2，施工荷载2.5 kN/m 2。按单向板考虑，取1mm板宽做计算单元，q40.464 2.5253kN/m20.053N/mmW1 1626mm3，I 1563 18mm4612（1）强度计算:弯矩:ql2 /80.053 300 300/8596.25N mm应力:M 596.25W 699.4MPa145MPa(2)挠度计算：q 0.053N/mm25ql45 0.053 3004f3 1.47mm384 EI384 206 10 18规范要求模板变形不超过1.5mm,所以满足要求。侧模桁架计算侧模架承受翼缘混凝土的重量、模板的重量和施工荷载等。翼缘板混凝土的荷载 按梯形荷载计算，模板重量取 0.7KPa。侧模桁架竖直方向由侧模导梁支撑，水平方 向有对拉筋支撑，故模型结构选用 X-Z平面，竖直方向的支承只限制 Z方向位移， 水平方向支承只限制X方向位移。其尺寸如图3-3，受力模型如图3-4所示。侧模 架杆件截面尺寸采用C10，Q235钢材，每组侧模架之间的距离为 680mm，分为7 排。图3-5侧模桁架尺寸图每排所受荷载分为竖向荷载和横向荷载。竖向荷载：（1 ）横载：翼缘板边缘混凝土线荷载为：G,h 1.05 26 0.25 0.68 1.05 4.64kN/m翼缘板内部混凝土线荷载为：G2h 1.05 26 0.65 0.68 1.05 12.07kN/m加载时按梯形荷载加载。底模板荷载：G30.7 0.8 1.050.56kN/m（2）活载：施工人员，材料及施工机具荷载取R 1.0kN/ m 2 ；振捣混凝土时产生的荷载取 P2 2kN/ m2 ； 浇筑混凝土时产生的冲击荷载取 F3 2kN/ m 2 ；P （R P2 P3） 0.68 5 0.683.4kN/m横向荷载：活载：在混凝土顶部以下1.834m范围内为40.4 0.68 27.47kN/m的均布荷载, 上面1.834m 范围内为三角形形荷载，最顶端最小荷载为 OkN/m，还有振捣力为 4kN/m，即线荷载为4 0.68 2.72kN /m的均布活载。图3-6侧模桁架加载图（单位 kN/m ）madis计算结果如图所示:POST-WKCESSOfir-suiTazi2 趾畔需St十姙TfM*rtKq+5B5ZJe-*002”尊沖乂希心2 mr*r+畑l 科 llukuD. LffSE.te-MIDDJiiPQQhr*m-254CWH1 呃2WI3a7MA : UW I 71:*吨MM11 怙 Mnrr 1-_ I- H-图3-7侧模桁架应力图（单位 MPa）计算结果显示，大部分杆件强度满足要求，在支承位置处的应力远大于容许应力，是因为模型在简化过程中的支承和实际有所差别，在支承位置处会出现应力集中，故结果在此模型计算中满足要求。324内模计算悬臂浇筑节段混凝土全长顶板厚度不变，新浇混凝土对内模板的压力:Fi1.05 h1.05 26 0.513.65kN/m面板自重:施工荷载:振捣荷载:F278.5 0.0050.4kN/mF32.5kN/mF42.0kN/m模板计算模型为单向板，取1mm板宽做计算单元123W 1 54 2mm6荷载为:F1F 2F3F413.650.4 2.5 2.018.6kN/m0.0186N/mmq 0.0186 10.0186N/mm(1 )强度计算:最大弯矩：Mql280.0186 30028209.25N mm最大应力:M 209.2549.8MPa 145MPaW 4.2(2)挠度计算:B00.003KfFl4B。Eh3212 (1)2.06 1 05 53212 (1 0.3 )0.0186 35042.36 10662.36 10 N mm0.35mm规范要求模板变形不超过1.5mm，所以满足要求3.3主要结构计算底模纵梁计算纵梁为12片C10a槽钢桁架组织，桁架长 L=4800mm ，腹板下纵梁间距为: 600mm，底板最大间距为840mm。如图所示：图3-8底模桁架分布图z800/ 800 / 800z800y 800/ 800 /图3-9底模桁架尺寸图（单位mm）231.1腹板下桁架计算所受恒载包括：1.混凝土自重：G!183.3kN/m由截面尺寸可知，腹板下混凝土的高度为 7050mm，模板自重为0.7kPa ,拟 采用2片C10桁架来设计。2.模板自重：G220.7kN/mGG2184kN/m 2线荷载为：q184 1/2.7 68kN/mh26 7.05所受活荷载包括:1.振捣荷载：P2kN/m2.浇筑混凝土产生的冲击荷载:P22kN/m3.施工机具及人群荷载:P32.5kN/m6.5kN/m线荷载为：q2 6.5 1/ 2.7 3.25kN/mq! q271.25kN/m梁长4.8m，跨中4.0m受载，在Midas中建立受力模型如下图图3-10底模腹板桁架受力图（单位 kN/m）九31甲*创9 CT3T.:U . J.L k *.：.BF* Re 於PWT X&：:在Midas中验算如下：Mj him JB# D5, 7515图3-11底模腹板桁架应力图（单位 MPa ）图3-12底模腹板桁架变形图（单位 mm ）由计算结果可以看出：底模桁架最大组合应力为足要求；由刚度算得最大变形为 3.8mmL/400=12mm 座反力为143.6kN 。136.2MPa145MPa ，强度满，故刚度满足要求。两边支底板下桁架计算由截面尺寸可知，腹板下纵梁的高度为1m，C10桁架来设计。模板自重为0.7kPa，拟采用8片所受恒载包括：1.混凝土自重：G!h 26 1226kN/m2模板自重：G20.7kN/m 2G1G226.7kN/m线荷载为：q26.7 4.7/815.69kN/m所受活荷载包括：1.振捣荷载:P 2kN/m 22.浇筑混凝土产生的冲击荷载：P, 2kN/m 23.施工机具及人群荷载：P3 2.5kN/m 2P P2 F3 6.5kN/m线荷载为：q26.5 1/ 2.73.25kN/mq1 q218.94kN/m梁长4.8m，跨中4.0m受载，在Midas中建立受力模型如图3-7冬*号号牛岂3HE哲BBS图3-13底模底板桁架受力图（单位 kN/m）4i.-MJnte-KKZ 34#&粒说jill耳由常1 百 MmssjtTon D盅刚沖心 : B-LUSLh*q#l 工：3yp!i!l -A M337441ST. TPHA : W3UT I EKV:3 ES/HF 遷壬門MCE：J5 #1 *空门倍图3-14底模顶板桁架应力图（单位 MPa）图3-15底模底板桁架变形图（单位 mm ）由计算结果可以看出：底模桁架最大组合应力为44.5MPa145MPa,强度满足要求；由刚度算得最大变形为1.02mmL/400=12mm，故刚度满足要求。两边支座反力为39.0kN 。前底横梁计算前底横梁采用I40A双工字钢，材质为Q235。长度为7900mm。承受的荷载来 自底模桁架的集中荷载。锚固点为2根吊带。在计算底模桁架受力时，可得到腹板处 的支座反力为143.6kN，底板处的支座反力为39.0kN。受力模型如图：图3-16前底横梁加载图（单位 kN）Madis计算结果如下:26,9-35,53SJ26l9ai0Wh-P0一八，八00.QJF*S齐沁*&如IMffl-WrpCi4-Z9eie-HK?l”丹血啊mux屮匸：jJ4Nh+DQa口 亡 gwrngti4AM321-H40叩JWWW5F. fjMAiTr7MTV I EK1SUBJLfei NUtama = jft壬可图3-17前底横梁应力图（单位 MPa ）图3-18前底横梁变形图（单位 mm ）由以上检算结果可知，最大组合应力为 65MPa145MPa ，强度满足要求；由 刚度算得最大变形为2.42mmL/400=19.75mm ，故刚度满足要求。支座处支撑反 力为 469.3KN。后底横梁计算前底横梁采用I40A双工字钢，材质为Q235。长度为7500mm。承受的荷载来 自底模桁架的集中荷载。锚固点为2根吊带。在计算底模桁架受力时，可得到腹板处 的支座反力为143.6kN，底板处的支座反力为39.0kN。受力模型如图：;LR用OR.A5T*+图3-19后底横梁加载图（单位 kN ）Madis计算结果如下：函晒31 POST-WKCEESaREB* LB a,丄也 L4MW*W3B- Z?3Wfr+O30 QQK4+KQMK : 34 MT* | ER奁审廉 A. NJtama 三輕z： w二图3-20后底横梁应力图（单位 MPa）图3-21后底横梁变形图（单位 mm ）由以上检算结果可知，最大组合应力为91MPa145MPa ，强度满足要求；由刚度算得最大变形为13.07mmL/400=18.75mm，故刚度满足要求。支座处支撑反力为449.4kN。334侧模吊梁荷载分析计算侧模吊梁采用C32B双槽钢，材质为Q235 ,侧模吊梁承受的荷载包括翼缘混凝土 的重量，7排侧模桁架的重量，模板的重量，自重及施工和振捣荷载。翼缘板伸出长 度为3.15m，加载长度4m。(1 )何载计算 所受恒荷载：1. 混凝土重量：2G1h 1.05 26 0.45 1.05 12.3kN/m2. 模板重量：2G20.7kN/mG1 G213.0kN/m 2线荷载为：(G1 G2) 2.5 13 3.1545.5kN/m3.侧模架重量2.9kN,线荷载为：2.9/0.83.625kN/m恒载线荷载为：q145.5 3.649.1kN/m所受活载：1.振捣荷载:2R 2kN/m2.浇筑混凝土产生的冲击荷载：2P2 2kN/m3.施工机具以及人群荷载：2P32.5kN/mR P2 F3 6.5kN/m2线荷载为：q26.5 3.1520.5kN/mq q-i q2 69.6kN/m在Midas中建立受力模型如图：审-IH：图3-22侧模吊梁加载图（单位 kN/m ）Madis计算结果如下:HQ堵氐sipost PfriaES&aRD. ODD 吐 Togo -IL-.Z37K-4flai3WlS. j弟SeTOi