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ANSYS 6.0。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》（GB 50017—2003）；

（3）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025—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＝K

1K

2

K

3

K

4

W

＝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ANSYS 6.0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：