三角形挂篮设计计算全过程

三角形挂篮设计计算全过程
1、三角形挂篮结构形式，主要性能参数及特点
1.1.挂篮总体结构
挂篮由三角形主桁架、底模平台、模板系统、悬吊系统、锚固系统及走行系统六大部分组成。

主桁架：主桁架是挂篮的主要受力结构。

由2榀三角主桁架、横向联结系组成。

2榀主桁架中心间距为6.22米，每榀桁架前后节点间距分别为4.85m、4.1m，总长9.67m，主桁架杆件采用槽钢焊接的格构式，节点采用承压型高强螺栓联结。

横向联结系设于两榀主桁架的竖杆上，其作用是保证主桁架的横向稳定,并在走行状态悬吊底模平台后横梁。

底模平台：底模平台直接承受梁段混凝土重量，并为立模，钢筋绑扎，混凝土浇筑等工序提供操作场地。

其由底模板、纵梁和前后横梁组成。

底模板采用大块钢模板；其中纵梁采用双[32槽钢和单I32工字钢，横梁采用双[36b 槽钢，前后横梁中心距为5.1m，纵梁与横梁螺栓联接。

模板系统:外侧模的模板采用大块钢模板拼组，内模采用组合钢模板拼组。

外模板长度为 4.3m。

内模板为抽屉式结构,可采用手拉葫芦从前一梁段沿内模走行梁整体滑移就位。

悬吊系统：悬吊系统用于悬吊底模平台、外模和内模。

并将底模平台、外模、内模的自重、梁段混凝土重量及其它施工荷载传递到主构架和已成梁段上。

悬吊系统包括底模平台前后吊杆、外模走行梁前后吊杆、内模走行梁前后吊杆、垫梁、扁担梁及螺旋千斤顶。

底模前后横梁各设4个吊点，采用双Φ25
精轧螺纹钢筋。

底模平台前端悬吊在挂篮前上横梁上，前上横梁上设有由垫梁、扁担梁和螺旋千斤顶组成的调节装置，可任意调整底模标高。

底模平台后端悬吊在已成梁段的底板上和翼缘板上。

外模走行梁和内模走行梁的前后吊杆均采用单根Φ25精轧螺纹钢筋。

其中外模走行梁前吊点与走行梁销接，以避免吊杆产生弯曲次应力。

锚固系统：锚固系统设在2榀主桁架的后节点上，共2组，每组锚固系统包括2根后锚扁担梁、2根后锚横梁、6根后锚杆。

其作用是平衡浇筑混凝土时产生的倾覆力矩，确保挂篮施工安全。

锚固系统的传力途径为主桁架后节点→后锚横梁→后锚上扁担梁→后锚杆→箱梁顶板、翼板。

走行系统: 走行系统包括垫枕、轨道、前支座、后支座、内外走行梁、滚轮架、牵引设备。

挂篮走行时前支座在轨道顶面滑行，联结于主构架后节点的后支座反扣在轨道翼缘下并沿翼缘行走。

挂篮走行由2台YCL60型千斤顶牵引主桁架并带动底模平台和外侧模一同前移就位。

走行过程中的抗倾覆力传力途径为主桁架后节点→后支座→轨道→垫枕→竖向预应力钢筋。

内模在钢筋绑扎完成后采用手拉葫芦沿内模走行梁滑移就位。

1.2.主要特点
三角形主桁架结构简单，受力明确，重量轻、刚度大。

三角形挂篮重心低，挂篮的拼装、使用、拆除安全、方便。

操作方便、安全，施工人员站在梁顶即可完成各项操作。

挂篮设计采用大型结构软件进行整体三维空间分析，使用安全可靠。

挂篮的外模板采用大块钢模板，可保证箱梁混凝土外观质量。

可变宽轻型门式内模框架，最大限度的保证箱内操作空间。

底模平台高度小，可用于施工期间需控制桥下通航、通车净空的悬灌梁桥的施工。

采用无平衡重液压千斤顶牵引方式，走形平稳、安全。

1.3.主要技术性能及参数：
适应最大梁段重：1320KN
适用施工节段长：3.5－4.0m
适用梁体宽度（底/顶）：6.7—12.6m
适用梁高：3.05—4.35m
挂篮自重：500KN
走行方式：液压千斤顶或手拉葫芦牵引
工作状态倾覆稳定系数：4.1
走行状态倾覆稳定系数：2.9
主构架前节点最大弹性变形：16mm
2、挂篮设计
2.1.设计规范
《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）
《高速铁路桥涵工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）
《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》（TB 10110-2011）
《铁路预应力混凝土连续梁(刚构)悬臂浇筑施工技术指南》（TZ324-2010）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ82-2001)
《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）
《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）
2.2.材料
钢材：
Q235B：用于除销轴、吊带（杆）以外的其它构件。

40Cr号钢：用于销轴
40Si2MnV(高强精轧螺纹钢筋)：用于吊杆及锚杆。

连接材料：
10.9S级钢结构用高强螺栓联结副
E43XX 焊条
Er49-1 CO2气体保护焊丝
2.3.计算荷载
2.4.1.混凝土容重: 26KN/m3
2.4.2.混凝土超载系数: 1.05
2.4.
3.钢材容重: 78.5KN/m3
2.4.4.施工人员、材料、机具荷载: 1.0KN/m2,按梁段顶面积计算。

2.4.5.风荷载：50年一遇基本风压为0.6KN/m2
2.4.6.混凝土灌注状态动力系数取1.1
2.4.7.挂篮走行状态动力系数取1.2
2.4.主要技术指标
梁段长度：4.0m
梁段重量：1400KN
主构架前节点最大下挠值：<20mm
前上横梁、走行梁、底模平台横梁和纵梁刚度：支撑计算跨径的1/400
底模板、外模刚度：支撑计算跨径的1/400
内模刚度：支撑计算跨径的1/400
工作状态抗倾覆系数：>2.0
走行状态抗倾覆系数：>2.0
2.5.计算工况
根据梁段长度、重量、梁高等参数，设计时按以下4种工况进行计算。

工况一： 1号梁段混凝土灌注完成工况。

此工况梁段长度最小、混凝土重量最大。

工况二：4号梁段混凝土灌注完成工况。

此工况梁段长度最大、混凝土重量较大。

以上工况荷载组合为：
计算强度时：1.1的动力系数X梁段混凝土重量X1.05的超载系数＋1.2的动力系数X挂篮自重＋施工人员、材料、机具荷载+风荷载；
计算刚度时：梁段混凝土重量＋挂篮自重＋施工人员、材料、机具荷载。

工况四：4号梁段完成，挂篮由3号至4号梁段走行工况。

此工况挂篮走行距离最长，控制挂篮走行状态抗倾覆稳定及内外模走行梁走行状态的强度和刚度。

此工况荷载组合为：1.2的动力系数X挂篮自重＋风荷载。

2.6.结构计算
采用大型结构计算软件进行整体空间内力分析。

按允许应力法进行检算。

计算模型全部采用梁单元，主桁架考虑节点次弯矩。

为使模型简洁，便于计算
结果分析，外侧模和外模走行梁自重、箱梁翼缘板混凝土重量及其上的施工人员、材料、机具荷载荷载转换为集中荷载施加在前上横梁上。

内模和内模走行梁自重、箱梁顶板混凝土重量及其上的施工人员、材料、机具荷载荷载转换为集中荷载施加在前上横梁上。

2.7.计算成果
经计算，在混凝土灌注状态，走行梁强度刚度由工况二控制，其余所有构件的强度、刚度均由工况一控制。

主桁架杆件考虑杆端次应力时绝对值最大应力为120.7MPa<[б]= 170MPa，强度满足要求。

主桁架压杆稳定主桁架杆件采用2[30b双槽钢缀板连接的格构式。

主桁架节点连接螺栓验算：
杆AB与节点板B的连接螺栓验算。

杆AB轴力绝对值较大，杆端次弯矩最大,连接螺栓个数最少。

节点采用双节点板，每侧螺栓群计算剪力V=657/2=328.5KN,扭矩为M=38.1/2=19KN.m。

计算表明，受力最大的螺栓承受剪力为56.88KN，而每个螺栓的抗剪容许承载力为98.26KN，螺栓群有较大的安全储备。

杆BC与节点板B的连接螺栓验算。

杆BC轴力绝对值最大，杆端次弯矩最小，连接螺栓个数较少。

每侧螺栓群计算剪力V=1051/2=525.5KN。

计算表明，受力最大的螺栓承受剪力为43.79KN，而每个螺栓的抗剪承载力为98.26KN，螺栓群有较大的安全储备。

后支座计算：
后支座由连接板、竖板、水平板、隔板及加劲肋组焊而成，其中竖板、水平板和加劲肋构成L形钩板。

挂蓝走行时，后支座的水平板钩住工字钢轨道的上翼缘，以抵抗走行状态的倾覆力。

经计算，后支座的承载力由水平板承载力控制。

水平板采用δ20的钢板双面开坡口与竖板焊透，在每个水平板下设有三道δ12的加劲肋。

每个加劲肋的尺寸为100X56mm，加劲肋分别与水平板和竖板双面贴角焊，焊缝高10mm。

每个水平板承受的竖向力为R”=R’/2=78KN。

偏于安全，不计水平板与竖板的焊缝承载力，假定水平板所受竖向力全部通过加劲肋传给竖板。

每个加劲肋与竖板的有效焊缝长度为l1=2X80=160mm；。

每个加劲肋与竖板连接焊缝允许承载力［N］=160X10X0.7X[τ]=160X10X0.7X100=112KN；。

则每个水平板的允许竖向承载力[Q]=3X[N]=3X112KN=336KN；。

由以上可知，每个水平板的安全系数k2b=[Q]/R”=336/78=4.3。

2.7.19.锚固精扎螺纹钢筋计算
走行最不利状态时，挂篮后支座反力R’=155KN由一根精扎螺纹钢筋承受。

单根精扎螺纹钢筋承载力为481KN，则锚固精扎螺纹钢筋承载力安全系数k2d=481/155=3.1
根据2.7.17――2.8.20四项计算，挂篮走行状态抗倾覆系数由轨道承载力控制控制，最小安全系数K2=k2d=2.9。

3、结论
经计算，该挂篮在各种计算工况下，强度、刚度、稳定均满足相关规范要求。