挂篮设计计算书参考范本

挂篮设计计算书参考范本1概况施州大桥为连接恩施旧城区和城北新区的城市主干线。大桥采用协作体系，具体跨径布置为：30m等截面连续箱梁＋（100m＋145m）直塔单索面斜拉桥＋3×30m等截面连续箱梁。斜拉桥主梁为单箱三室混凝土箱梁，桥面全宽21.5m，设计为双向四车道。设计时速40km/h，设计荷载为城市—A级。主梁施工采用悬臂施工，其施工节段分为有索节段和无索节段，长度均为4.25m，最大节段设计重量约为180t。本挂篮是为此桥主梁的悬臂施工而设计的。根据本桥的结构特点和施工特点，挂篮设计为铰接菱形挂篮，其由以下几个主要部分组成。（1）主桁系统：横向由两片主桁组成，单片主桁由下弦杆、上弦杆、斜杆、立柱和斜拉钢带构成，横向桁式联接系连接而成；（2）内模系统：由木质面板和内模支架组成；（3）底模平台系统：由前下横梁、后下横梁、纵梁、横向分配梁和底模组成；（4）吊挂系统：由前上横梁、导梁、挑梁和吊带组成；（5）平衡及锚固系统：由锚固构件、钩板等组成，以便挂篮在灌注混凝土和空载行走时，具有必要的稳定性。按照上述几个组成系统分别进行计算,计算软件为《桥梁博士(v3.0)》和ANSYS6.0。计算建模与施州大桥施工挂篮设计图中的相应内容吻合。2设计依据（1）恩施市施州大桥施工设计图；（2）《钢结构设计规范》（GB50017—2003）；（3）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025—86）；（4）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；（5）其它规范和规程。3设计假定和说明根据本挂篮的结构特点，设计计算中采用以下假定和说明。（1）悬臂施工最大节段重量约为180t，按此重量进行挂篮控制设计。（2）由于挂篮上部主桁系统和下部底模平台系统仅通过吊挂系统相连，故计算按各自的子结构进行计算，子结构为底模平台体系，主桁体系、吊挂体系和锚固体系。（3）计算顺序为先对底模平台体系进行结构计算，得出各吊点的支承反力，然后把此支承反力作为外力对主桁体系进行各项计算。（4）节段施工过程一般分为以下步骤：①挂篮空载走行就位。②立模。③绑扎钢筋并浇注混凝土。④混凝土养生后，拆模并张拉预应力。对于挂篮来讲，只有步骤①和步骤③最不利，故挂篮的检算分为以下两个工况。工况1：挂篮空载走行；工况2：挂篮浇注混凝土时。（5）主桁体系的结构受力分析和纵向整体稳定性检算，计入纵向风载作用。桥面以下的结构体系不考虑风载作用。主桁结构在横向风载作用下的主桁结构横向稳定性不作检算，但挂篮的横向限位装置要满足构造要求。（6）各施工荷载参照规范或相应资料取值，并按荷载主力＋附加力进行组合检算。（7）检算主桁时考虑挂篮走行时的摇晃和挂篮浇注混凝土时的振捣，故工况1荷载动力系数取为1.3，工况2荷载动力系数取为1.15。4设计相关参数（1）材料容重：C50混凝土26.25kN/m3（考虑体内钢筋和梁段制作误差，提高5％）；钢构件按照设计图中的构件重量采用换算容重。（2）材料弹性模量：A3钢材2.1×105Mpa；Ф32精轧螺纹钢筋2.0×105Mpa。（3）内模重量、施工机械、作业人群等施工荷载：2.0kN/m2。（4）温度荷载：升温15℃，降温15℃，体系温度20℃。（5）风荷载：按8级风考虑，8级以上风则停止作业并加强锚固。W＝K1K2K3K4W0＝262.63×1.0×1.3×1.3×1.0＝443.8Pa。5计算内容5.1箱梁底模平台箱梁底模平台由前下横梁、后下横梁、纵向分配梁、横向分配梁和底模组成。浇注混凝土时荷载先由底模面板承受，后由底模面板通过底模下面的∠50×5传递给横向分配梁，横向分配梁传给纵向分配梁，再由纵向分配梁传递给前、后下横梁。下横梁的支承边界为各自的吊挂系统。5.1.1模板模板由6mm厚的面板(A3钢板)和∠50×5的型钢楞条组成，分为底模、侧模和翼板模。（1）面板面板最大网格为0.4m×0.4m，它将直接承受上面的面载。对此网格采用ANSYS6.0进行板单元计算，看网格划分的是否合理。模板面板所承受的最大荷载为：q=26.25×0.9＋2.0＝25.625kN/m2面板计算采用四边嵌固的板单元进行计算。计算得面板的变形为0.2mm，面板稳定应力为31.3MPa，其应力云图见图1。图1模板面板应力云图（Pa）根据《公路桥涵施工技术规范》第9.2.4条的规定，模板面板在施工过程中的最大变形应小于模板构件跨度的L/400＝1.0mm，也应小于规定的1.5mm。模板面板的最不利变形满足规范要求。（2）∠50×5角钢棱条模板面板下面为间隔400mm的∠50×5角钢棱条，面板和钢棱条组成正交异性板。面板与纵肋焊接在一起共同工作，故应计算纵肋上面板的有效宽度。有效宽度取其正弯矩部分的平均长度作为纵肋跨长，即t1＝0.7t＝0.7×400＝280mm。利用有限元进行计算，建立纵肋的计算模型，计算软件为《桥梁博士V3.0》，计算模型见图2。图2模板纵向钢棱条有限元计算模型面板下最大荷载为中箱区域：常截面：q＝0.4×0.9×26.25＋0.4×2＝10.25kN/m横隔墙截面：q＝0.4×2.85×26.25＋0.4×2＝30.73kN/m计算得挠度为0.024mm，小于L/400＝1.25mm。纵肋的计算应力很小。5.1.2横向分配梁横向分配梁为焊接支架，左右对称，沿桥纵向间隔0.5m布置，在横隔墙处并进行了加密（0.3m＋0.2m）。取一半进行建模分析，模型见图3，模型支点位置为纵向分配梁位置。图3横向分配梁有限元计算模型单元模型中，单元E1～E14、E44～E61为[10型钢，其余为[8型钢。根据设计图中的材料重量，构件的换算容重为82.43kN/m3。作用在横向分配梁上的荷载等效成均布荷载，具体如下.常截面：翼缘板q＝0.335×0.5×26.25＋0.5×2＝5.40kN/m斜腹板靠近翼板区域q1＝0.51×0.5×26.25＋0.5×2＝7.69kN/m（为0.674m梯形载）q2＝0.93×0.5×26.25＋0.5×2＝13.21kN/m其它q＝0.58×0.5×26.25＋0.5×2＝8.61kN/m底板边室q＝0.65×0.5×26.25＋0.5×2＝9.53kN/m中腹板q＝2.85×0.5×26.25＋0.5×2＝38.41kN/m中室q＝0.90×0.5×26.25＋0.5×2＝12.81kN/m0.4m横隔墙截面：边室底板及中室区域q＝1.95×0.4×26.25＝20.48kN/m斜腹板区域q1＝（0.93－0.58）×0.4×26.25＝3.68kN/m（为2.706m梯形载）q2＝1.95×0.4×26.25＝20.48kN/m在横隔板中线各0.2m处进行了加密，按照五弯矩方程计算得反力，可假定0.4m横隔板区域荷载由3根横向分配梁承受，其荷载分配比例为1：2.7：1。常截面区域横向分配梁加载图见图4。0.4m横隔墙区域加载图见图5。图4常截面区域横向分配梁加载图示图5横隔板区域附加荷载加载图示（3片横梁分配）常截面区域加载下的横向分配梁变形图见图6，横隔板区域下的横向分配梁变形图见图7。图6常截面区域加载下的横向分配梁变形图节点竖向位移：N522.16mm＜L/200=4.5mmN492.39mm＜L/400=6.25mmN100.65mm＜L/400=4.125mm图7横隔板区域加载下的横向分配梁变形图节点竖向位移：N521.91mm＜L/200=4.5mmN492.31mm＜L/400=6.25mmN101.89mm＜L/400=4.125mm以上计算过程中，横向分配梁单元最大正应力为E8－I，为102.3MPa，应力水平满足规范要求。计算得各支点反力见表1。表1横向分配梁支点反力汇总（kN）纵梁编号1＃2＃3＃4＃5＃6＃常截面区域43.875.7114.7913.3123.107.77横隔板区域23.3213.2230.9324.8525.9811.68横隔板加密8.644.9011.469.209.624.335.1.3纵向分配梁纵向分配梁布置在前、后下横梁上面，上面承受横向分配梁传来的荷载。纵向分配梁在桥横向共布置11组，具体布置为2×（1000＋2304＋1680＋1175＋1175）mm。均为全焊接桁架结构，其中1＃端纵梁为桁高800mm，中间9组中纵梁（2＃～6＃）为桁高847mm。对端纵梁和中纵梁分别建模分析，模型支点位置为前、后下横梁位置。1＃纵梁（端纵梁）各杆件型号如下：上弦杆：2[20b型钢，计算长度为8×0.675m下弦杆：2[16b型钢，计算长度为3×1.35m端斜杆：2[16b型钢，计算长度为1.047m其余杆件：2[10型钢2＃～6＃纵梁（中纵梁）各杆件型号如下：上弦杆：2[14b型钢，计算长度为8×0.675m下弦杆：2[12.6型钢，计算长度为3×1.35m端斜杆：2[12.6型钢，计算长度为1.083m其余杆件：2[8型钢纵梁计算模型见图8。图8端纵梁计算模型模型所加荷载为表1中纵梁反力荷载。受荷变形图见图9。图9纵梁受荷变形图具体计算结果见表2。表2纵梁最不利计算结果纵梁编号1#2#3#4#5#6#最大节点挠度（mm）3.561.032.472.133.102.29上弦杆最大正应力（MPa）83.725.861.552.271.454.7下弦杆最大正应力（MPa）-95.3-28.9-69.7-59.9-86.4-64.2端斜杆最大正应力（MPa）-64.8-19.9-47.9-41.6-62.4-45.4腹杆最大正应力（MPa）71.620.949.842.559.344.9前下横梁支点反力（kN）204.539.895.583.0123.990.3后下横梁支点反力（kN）190.734.181.971.9111.379.6注:应力以压为正。从图9和表2可以看出：纵梁最大节点挠度为9#节点，具体为3.56mm，其挠跨比3.56/5400＝1/1517，小于《公路桥涵施工技术规范》第9.2.4条要求的L/400。1＃纵梁变形满足规范要求。纵梁各杆件中最大应力为端纵梁的下弦杆，为95.3MPa，小于规范要求的[σW]=140MPa，结构受力满足规范要求。5.1.4下横梁下横梁分为前下横梁和后下横梁，由于两个下横梁的几何参数相同，但前下横梁所受纵梁传来的荷载要比后下横梁大，故只检算前下横梁。前下横梁由两根工40a型钢组成，全长18m，对此进行建模计算，模型支点为吊带吊点位置。计算工况分走行和浇注混凝土。各自工况的计算模型见图10和图11。图10挂篮走行前下横梁计算模型图11挂篮浇注混凝土前下横梁计算模型挂篮走行时，前下横梁在各纵梁作用点施加10kN的自重荷载；挂篮浇注混凝土时，前下横梁在各纵梁作用点施加表2中前下横梁支点反力荷载。浇注混凝土时受荷变形图见图12。图12前下横梁单元内力图图12中最大节点竖向位移：N50.6mm＜L/400=8.8mm挂篮走行时前下横梁最大正弯矩位于跨中断面，其应力为137.0MPa；挂篮浇注混凝土时前下横梁最大负弯矩位于吊点处，其应力为39.0MPa。前下横梁应力小于[σw]＝140MPa，满足规范要求。吊点反力：挂篮走行68.1kN（对称）挂篮浇注混凝土235.4kN215.8kN154.3kN（对称）5.2挂篮吊挂系统挂篮吊挂系统由前上横梁、吊带等组成。前上横梁栓接在两片挂篮主桁上面，其所受荷载均为各自吊带各工况的拉力。所以，要对各自进行单独检算。5.2.1前上横梁前上横梁栓接在两片挂篮主桁上面，为两根工40a型钢组成，全长7.85m，对此进行建模计算，模型支点为主桁位置。计算模型见图13。承受荷载为挂篮浇注混凝土时的吊带拉力。图13前上横梁计算模型经计算，前上横梁受荷变形图见图14。图14前上横梁节点挠度图图14中最大节点竖向位移：N102.39mm＜L/400=14.1mm另外两吊点处N20.60mmN15-0.44mm前上横梁最大弯矩位于边桁支承处，为-171.0kN.m，其应力为76.2MPa；应力小于[σw]＝1400MPa，