桥梁滑动式挂篮设计-开题报告

毕业设计(论文)开题报告题目：桥梁滑动式挂篮设计

系别机电信息系

专业机械设计制造及其自动化

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导师

2012年12月26日

1. 题目背景、研究意义及国内外相关研究情况

本题目来自工程实际，以现有的桥梁挂篮为模型进行技术改进，设计过程中挂篮的可靠性和安全性作为重点考虑的方面。本设计内容具有很高的实用价值，涉及到机械、力学和液压设计方面的知识，通过本毕业设计，能够将大学中学到的机械、力学和液压设计方面的知识很好的用到实际工程中，培养实际工程设计的技能[1]。

国内外技术发展，悬臂浇筑法施工（桥梁滑动式挂篮）从20世纪60年代由前西德首先使用以来，发展至今，已成为建大中跨径桥梁的一种有效施工手段[2]。日本预应力混凝土工业协会《关于预府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[3,4]。挂篮作为悬臂浇筑施工的主要设备已有多种类型，有些国家如日本、法国等已有定型的系列化产品[5]。我国从80年代开始使用这种技术以来，也已取得了巨大的成就[6]。

纵观国内外，挂篮施工的优秀实例有许多。最近几年我国在悬臂挂篮施工中的发展也非常快[7]。我国的挂篮设计及制作已全部适应悬臂施工向高强、轻型、大跨发展的需要，从PC连续梁或刚构的悬臂施工挂篮最初是平行桁架式，后来，逐渐发展为多样化，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[8]。

2. 本设计的主要内容

桥梁挂篮施工（如图1，图2，图3所示）技术是一项比较复杂的技术，重点在于挂篮的设计和安全性[9]，本设计针对特高桥和一些有特殊要求的现浇桥梁设计挂篮，主要内容有根据桥梁尺寸设计挂篮，并对挂篮进行结构、强度计算、液压系统设计、利用相关软件模拟挂篮制作，挂篮装配动画及工作原理动画。

图1 悬臂挂篮施工图

图2 悬臂挂篮模板拼接图图3 悬臂挂篮施工侧面图

3. 设计方案

悬臂挂篮浇筑法施工（桥梁滑动挂篮施工法）是目前修建大中型跨度桥梁的一种比较有效的施工手段，其施工方法一般为将梁每2m至5m分成一个节段，以挂篮为施工机具进行悬臂对称浇筑施工[10]。挂篮是一个能够相对独立的可以自由行走移动的承重结构，挂篮悬挂在已经张拉施工完毕的前端梁段上，在挂篮上进行下一梁段的模板安装、钢筋绑扎、夯浇筑、预应力张拉、压浆等作业[11]。当完成本节梁段施工后，解除挂篮的约束，挂篮对称向前移动至下一个梁段，进行下个梁段施工，如此循环施工，直到完成全部悬臂梁段施工。悬臂挂篮施工方法不受交通、通航、流水、深谷等影响，是大跨度桥梁跨越河流、山谷、交通繁忙线路的最佳方法[12]。

目前国内外采用的挂篮结构形式主要有以下几种。

3.1 平衡桁架式挂篮（见图4），平衡桁架式挂篮的上部承重结构一般为等高度的桁架梁，桁架梁在已浇筑梁顶面用压重后者锚固或者二者共用的方式来解决倾覆稳定问题，桁架本身为受弯结构[13]。

图4 平衡桁架式挂篮结构图

优点：平行桁架式挂篮的尾部一般设有一平衡重（可用混凝土块制作），其作用是防止挂篮在行走时因前重后轻，失稳导致倾覆。该挂篮的优点是结构简单，可以充分利用常备式万能杆件、军用梁或贝雷梁制作挂篮的受力主桁架，可减少一次性投入。

缺点：是挂篮自重大，工作系数（挂篮自重/梁体分段最大重量）较大，一般在1.0以上，对梁体在施工阶段的荷载承受能力要求较高；挂篮本身承受荷载能力有限，施工节段不能太重；悬灌时挠度变形也比较大，近年已很少见应用。

3.2 菱形挂篮（见图5），菱形桁架为菱形挂篮的主要承重结构，菱形桁架前端伸出作为挂篮底模的悬挂平台，后端锚固在箱梁顶板上，无平衡压重，结构简单、受力明确，是近年来常用的挂篮形式。

块

液压千斤顶

横梁

外侧模

图5 菱形挂篮结构图

优点：菱形挂篮外形美观，结构简单，杆件受力明确，计算简便。作业面开阔，便于构造钢筋分片吊装，混凝土运输车可直接从两片桁架中间通过，运至施工的梁段；能加快梁段施工速度[14,15]。梁段循环周期平均为6至8天，是双线铁路桥梁悬灌法施工较短的循环周期。利用桁梁前后支座，使桁架在轨道上走行，无需平衡重，操作方便，移动灵活、平稳[16]。外模、底模随桁架一次到位，缩短了挂篮移动时间，移动一次只须2至4小时。挂篮自重较轻。桁架纵向安装尺寸，只要有12m梁段长度即可安装两套挂篮，起步时不需要两套挂篮联体，拼装速度快，一套挂篮2至3天即可拼装就位。挂篮所用材料均为常用材料，加工制造简单。挂篮刚度大，变形小。适用范围广，适合于铁路单、双线箱型连续梁悬灌施工，桁间联结系稍加改动也可用于公路桥的悬灌施工。

缺点：其铆钉孔预留位置较多，且预留孔要求位置精度高。

3.3 三角型挂篮（见图6），三角形挂篮与菱形挂篮主要区别为主桁架结构形式不同，其承重结构为三角型，亦是后端锚固、前端悬挂，也属近年来常用结构形式[17]。

图6 三角型挂篮结构图

优点：三角形挂篮与菱形挂篮相比，降低了前横梁高度，即挂篮重心位置大大降低，从而提高了挂篮走行时的稳定性。结构简单，拆装方便，重量较轻。设计中三角形挂篮主桁架和主要结构体系采用钢板和型钢焊制的箱形结构，单件重量较轻，主桁架杆件间采用法兰结构用高强螺栓连接，易于搬运和拆装。该三角形挂篮平衡重系统利用已成形梁段竖向预应力钢筋作为后锚点，取消了平衡重的压重结构。挂篮走行采用液压走行系统，由导梁、走行轮、反扣轮、走行油缸组成，该系统具有挂篮就位准确、走行速度快、安全可靠等特点。该挂篮通用性强，稍做改装即可用于其它幅宽和梁高的桥上

缺点：铆钉孔多，预留铆钉孔位置精度要求高，不适用于过长的桥梁施工

3.4 斜拉式挂篮（见图7），在力学结构受力上与以上挂篮结构形式有较大不同，其上部采用斜拉体系代替了桁架式受力结构，而斜拉所引起的水平分力则通过上下的水平制动装置来平衡，后端仍然采用锚固的方法来解决挂篮的倾覆稳定[18]