挂篮结构设计及应力分析检算书

1、东明黄河大桥跨东大堤连续梁实施性施工组织设计附件2斜拉梁式轻型挂篮结构设计说明及应力分析检算书一、斜拉梁式轻型挂篮设计说明书1、设计依据（1）中国公路工程咨询集团有限公司山东省东明黄河公路大桥工程第二合同段两阶段施工图设计；（2）现行公路桥涵施工技术规范(JTG041-2011)、公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)。（3）现行钢结构设计规范(GB50017-2003)。（4）本公司同类工程的施工经验及现场的踏勘的具体情况。2、设计原则 钢筋砼连续悬臂浇筑法施工属高空作业，挂篮是悬臂施工的主要设备，它既是高空作业的场地，又是待浇梁段的承重结构。因此挂篮设计按以下原则进行。（1

2、）安全可靠，经济合理；（2）重量轻，走行方便，操作简单；（3）变形小，旌工挠度容易控制；（4）便于砼的灌注及预应力筋的张拉；（5）本项目使用原有斜拉梁式轻型挂篮，其挂篮设计参数应满足本项目要求。3、设计挂篮技术参数（1）本桥悬灌梁段最大重量 156.17吨；（2）本桥悬灌梁段最大长度4.5m； （3）本桥梁高变化范围6.706-2.7m；（4）适应梁宽底板7.0m，顶板13.25m；（5）挂篮自重不得大于861KN，同时挂篮应设计有6cm调整竖向挠度的功能，以便调整模板标高。4、挂篮构造斜拉梁式轻型挂篮由主梁系、外模系、内模系、底模系等组成，其详细构造见设计图纸。（1）主梁系由主梁、前横梁、后

3、横梁、主梁塔柱、斜拉结构、走行机构等组。主梁由两根50号工字钢及20mm的厚钢板用螺栓连接成箱型截面，长12米，是主要的受力构件之，采用斜拉结构加强，斜拉结构也是主要的受力构件之一。前、后横梁由两根32#槽钢组成，用以吊挂滑梁和外侧模板。 塔柱由两根32#工字钢及钢板焊接而成，拉杆采用32预应力精轧螺纹钢筋，标准强度不小于750Mpa，单根许用拉力54吨。 走行机构由滑道、走行轮总成等组成。滑道由两根I25a工字钢及各种角钢、钢板连接而成。 （2）外模系由外模、外滑梁、外滑梁托滚、吊杆等组成。外模因体积大，不便于吊装，采用分体式，拼接而成。一侧外模支承在一个外滑梁上，通过对拉钢筋与内模相连。滑

4、梁由钢部分焊接成箱型截面，是支撑外模板的主要构件。滑梁前端通过吊杆吊在前横梁上，后端通过吊杆吊在桥面或后横梁上。利用吊杆的丝扣可调节外侧模的高低。 （3）内模系由顶模桁架、内滑梁及内滑梁托滚等组成。模板采用组合钢模板，通对拉钢筋与外模相联。顶模及顶模桁架支承在内滑梁上，内滑梁前端通过吊杆吊在前横梁上，后端吊在已成桥面或后横梁上。 （4）底模系由前托梁、后托梁、纵梁及吊架等组成。模板由组合钢模板铺设而成。后托梁内侧通过四个拉杆锚固在已成梁段的底板上，外侧通过四个吊杆吊在后横梁或已成梁段上。前托梁通过吊杆吊在前横梁上。 （5）挂篮前移采用整体前移。将滑道锚固于已成梁段上。主梁中部支承在后横梁上，后

5、横梁和主梁联成一体，后横梁在滑道导轨上滑动。主梁后部采用8个反扣轮在滑道的工字梁槽中滚动。底模前端吊在前横梁上，后端支承在后托梁上。后托梁通过两个吊杆吊在后横梁上，吊杆间距大于桥宽。外模支承在外滑梁上。外滑梁后部承在吊杆托滚上。顶模架及顶模支承在内滑梁上，内滑梁前后支承同外滑梁。二、应力分析检算书 1、传力方式 现浇梁段荷裁在挂篮结构巾的传力途径（1）灌注阶段 大部分混凝土（除顶板和翼板混凝土）荷载作用于底模的前后托梁上，前托梁的力通过吊杆传至前横梁上，再作用于主梁。后托梁的力通过锚杆传给己成梁段的底板，或通过吊杆传至后横梁上。顶板和冀扳混凝土通过内、外滑梁传到前横梁和后部已成梁段上，再作用于

6、主梁。 （2）走行阶段： 整个挂篮除内模板外作用于前后横梁上。 2、挂篮荷载及荷载系数 挂篮的设计荷载视计算的部件和施工阶段的不同采用不同的组合方式，根据挂篮的工作状态，设计时考虑的荷载及荷载系数如下：（1）挂篮自重：57.834吨，根据设计规范要求，空载走行时荷载冲击系数取为1.3，浇注混凝土及走行稳定系数不小于1.5；（2）梁荷载：箱梁最大梁段重1259KN,考虑浇筑混凝土时的冲击和挂篮施工安全的重要肚，荷载系数取为1.3，设计荷载为12591. 3= 1636.7 KN；3、各部件受力分析挂篮结构是个可以水平移动作业的空间结构体系。如果将挂篮作为个统-的空间结构来计算其强度及稳定性，其求

7、解过程比较复杂。 因此在设计中将主梁系、前悬吊系统当作二个独立的平面结构来进行强度及刚度计算，其计算模式为底模纵梁按简支架计算。前横梁、前托梁及主梁均按平面结构计算。 （1)主梁系主梁：主梁的作用主要是承受前横梁传递过来的力和模板走行时支承模板重量及平衡其产生的前倾弯矩。在灌注混凝土及模板走行时受力不同。灌注混凝土时，主梁承受前横梁传递过来的力；模板前移时，底模、侧模和顶模的重量通过滑梁吊杆传给主梁。前横梁：按外悬简支梁计算。设计时假设前横梁承受的最大荷载为最大节段混凝土重量的一半和底模、底模架、顶模、顶模架、外模及滑梁重量的一半以及其自身重量。 （2)底模系纵梁：设计时假设箱梁的底板砼荷载均

8、匀分布在底模板L，腹板混凝土荷载作用于边纵梁上。内纵梁仅承受中间底板混凝土荷载，边纵梁不仅承受底板混凝土的荷载，还要承受全部腹板棍凝土的荷载，此两种荷载的组合即为控制边纵梁的设计荷载。 前托梁：纵梁前端所受的力传给前托梁，再由前托梁通过十个吊杆传给前横梁，作用于主梁。前托梁近似按九跨悬臂连续梁计算。后托梁：纵梁后端所受的力传给后托梁，再由后托梁传递给已成梁段的底板和顶板。后托梁近似地按七跨连续梁计算。（3)滑梁及吊杆 外模滑梁按两端支承在吊杆上的简支梁计算。最不利荷载为浇筑翼板混凝土时，设计时考虑一定的冲击系数。 4、强度、刚度以及稳定性校核 （1）强度检算： 根据钢结构设计规范GB50017

9、-2003，本挂篮主要构件材料为A3钢，许用拉应力o =170Mpa。，许用剪威力一= 100Mpa，可分别按正应力强度条件oo和剪应力强度条件TT进行校核。构件横截面最大正应力和最大剪应力Tmax分别按下列公式计算：最大正应力omax= Mmax/ Wz其中：Mmax：受力构件最大弯矩； Wz：弯矩最大截面抗弯截面模量，对于型钢可查型钢表，对于钢板可利用公式Wz =Iz/ Ymax计算； Iz：横截面对于中性轴的惯性矩，对于型钢可查型钢表，刑于钢板可利用公式Iz =bh3/12（b、h分别为截面的宽和高）计算；若中性轴不是形心轴，可利用平行移轴公式得Iz=Iz+ b2A（A为截面面积）； Y

10、max：弯矩最大截面离中性轴最远的边缘处。 最大剪应力T max=QmaxSzmax/bIz 其中：Qmax：受力构件最大剪力； Szmax：剪力最大截面中性轴一侧横截面面积对中性轴的面积矩；： B：横截面在中性轴处的宽度或厚度； Iz：横截面对中性轴的惯性矩（计算方法同上）。 在设计中，我们对挂篮的主要受力构件（主梁、前横梁、后横梁、纵梁、托梁、模板等）都进行了检算，各主要截面的内力都在强度、刚度控制之内。 对于纵梁，受力分析如前，最不利荷载为浇注混凝土时。（2）刚度检算（变形计算） 根据刚度控制条件fmaxf/L，查有关规范取f/L：L/400，得刚度条件fmaxL/400。 主要构件经过

11、强度、刚度检算，求得各主要截面的内力及各点的变形都在强度、刚度控制条件范围之内。 （3）稳定性校核 挂篮结构的稳定性检算，包括各主要构件的稳定性以及挂篮走行时的倾覆稳定性两个方面。 通过计算可推算出后锚梁的个数，在施工中可多加几个锚点，走行时可用拆前锚点加后锚点的方法。 5、挂篮特点 （1）挂篮为三角型组合梁挂篮，由于斜拉结构拉杆的拉力作用，大大降低了主梁的弯矩，从而减少了主梁挠度。 （2）挂篮主要占据空间小，箱梁上部施工而开阔，给施工操作提供了较好的工作条件。 （3）该挂篮取消了平衡重，实现无托架施工，挂篮轻、梁部施工荷载小。（4）结构简单、组装部件少，且各部件大都采用型钢和钢板加工而成，加

12、工、运输、安装、拆卸等方便，工作量小，节省大量施工费用。6、计算参数（1）混凝土容重：26kN/m3。（2）混凝土超灌系数：1.05。（3）动载系数：1.1。（4）模板自重：外模系取13.58吨，内模系取4.06吨，底模2.35吨，保温罩取2.04吨。（5）施工人员及施工机具荷载：2.5kN/m2。（6）Q235钢：E=2. l105,o=170MPa ow=170MPa,T=lOOMPa16Mn钢：E=2. l105,o=300MPa ow=300MPa,T=l75MPa（7）挠度容许值：1/400。（8）混凝土局部承压应力容许值oc-1：10.3*(A/Ac)0.57、有限元模型用有限元软

13、件AN SYS10.0进行三维仿真分析，分别用杆单元Link8模拟吊杆和斜拉杆，梁单元Beam4模拟主梁、塔柱、塔柱横联杆、前横梁、内外滑梁、前后托梁以及底摸系纵梁。与已施工梁段锚固处全部固结，其它节点为铰结（共用节点耦合）。整个三维模型共389个节点，337个梁单元，19个杆单元。三维有限元模型如下，不同颜色代表不同的杆件截面特性。计算模型如下：116东明黄河大桥跨东大堤连续梁实施性施工组织设计节段号节段长m面积（m2）翼板腹板底板顶板腹板翼板13.51.274.324.242.234.41.27节段号节段长m每延米荷载（KN）按26KN/m2计翼板腹板底板顶板腹板翼板13.533.0211

14、2.32110.2457.98114.433.02节段号节段长m面积（m2）翼板腹板底板顶板腹板翼板541.273.23.232.233.281.27节段号节段长m每延米荷载（KN）按26KN/m2计翼板腹板底板顶板腹板翼板5433.0283.283.9857.9885.2833.02节段号节段长m面积（m2）翼板腹板底板顶板腹板翼板94.51.272.282.232.232.361.27节段号节段长m每延米荷载（KN）按26KN/m2计翼板腹板底板顶板腹板翼板94.533.0259.2857.9857.9861.3633.02其他荷载（KN/m2，按活载考虑）风荷载施工荷载内模荷载平台荷载合

15、计0.152.52.516.158、挂篮验算8.1 底托梁验算截面特性截面类型：箱型截面截面型号：320*190*8*14Ix = 15781.89 cm4Wx = 986.37 cm3ix = 12.57 cmSx = 492.24 cm3Iy = 5471.81 cm4Wy = 575.98 cm3iy = 7.4 cm截面面积= 99.92 cm2单位重量= 78.44 kg/m每米表面积= 1.02 m2/m1号块段时底纵托梁（块段长3.5m）一、梁的静力计算概况1、单跨梁形式： 简支梁2、荷载受力形式： 1-93、计算模型基本参数：长 L =5.25 M a=2.25 M b=3 M

16、 c=3.5 M4、均布力：标准值qk=qg+qq =38.2+6=44.2 KN 设计值qd=qg*G+qq*Q =38.2*1.2+6*1.4=54.24 KN二、选择受荷截面1、截面类型： 320*190*8*142、截面特性： Ix= 15781.89cm4 Wx= 986.37cm3 Sx= 492.24cm3 G= 78.44kg/m 翼缘厚度 tf= 14mm 腹板厚度 tw= 16mm三、相关参数1、材质 ：Q2352、x轴塑性发展系数x：1.053、梁的挠度控制 v：L/400四、内力计算结果1、支座反力 RA = qd * c * b / L =108.48 KN2、支座反

17、力 RB = qd * c * a / L =81.36 KN3、最大弯矩 Mmax = qd * c * b / L * (a - 0.5 * c + c * b / (2 * L) =162.72 KN.M五、强度及刚度验算结果1、弯曲正应力max = Mmax / (x * Wx)157.11 N/mm2 2、A处剪应力 A = RA * Sx / (Ix * tw)21.15 N/mm2 3、B处剪应力 B= RB * Sx / (Ix * tw)15.86 N/mm2 4、最大挠度 fmax = qk * c * L 3 / 384 * (8 - 4 * (c / L) 2 + (c

18、 / L) 3) * 1 / ( E * I )=11.69 mm 5、相对挠度 v = fmax / L =1/ 449.2弯曲正应力 max= 157.11 N/mm2 抗弯设计值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪应力max= 21.15 N/mm2 抗剪设计值 fv : 125 N/mm2 ok! 跨中挠度相对值 v=L/ 449.2 挠度控制值 v:L/ 400 ok! 验算通过！9号块段时底纵托梁验算（块段长4.5m）一、梁的静力计算概况1、单跨梁形式： 简支梁2、荷载受力形式： 1-93、计算模型基本参数：长 L =5.25 M a=2.75 M b=2.5 M c=

19、4.5 M4、均布力：标准值qk=qg+qq =20.45+6=26.45 KN 设计值qd=qg*G+qq*Q =20.45*1.2+6*1.4=32.94 KN二、选择受荷截面1、截面类型： 320*190*8*142、截面特性： Ix= 15781.89cm4 Wx= 986.37cm3 Sx= 492.24cm3 G= 78.44kg/m 翼缘厚度 tf= 14mm 腹板厚度 tw= 16mm三、相关参数1、材质 ：Q2352、x轴塑性发展系数x：1.053、梁的挠度控制 v：L/400四、内力计算结果1、支座反力 RA = qd * c * b / L =70.59 KN2、支座反力

20、 RB = qd * c * a / L =77.64 KN3、最大弯矩 Mmax = qd * c * b / L * (a - 0.5 * c + c * b / (2 * L) =110.92 KN.M五、强度及刚度验算结果1、弯曲正应力max = Mmax / (x * Wx)107.1 N/mm2 2、A处剪应力 A = RA * Sx / (Ix * tw)13.76 N/mm2 3、B处剪应力 B= RB * Sx / (Ix * tw)15.14 N/mm2 4、最大挠度 fmax = qk * c * L 3 / 384 * (8 - 4 * (c / L) 2 + (c /

21、 L) 3) * 1 / ( E * I )=7.85 mm 5、相对挠度 v = fmax / L =1/ 668.7弯曲正应力 max= 107.1 N/mm2 抗弯设计值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪应力max= 15.14 N/mm2 抗剪设计值 fv : 125 N/mm2 ok! 跨中挠度相对值 v=L/ 668.7 挠度控制值 v:L/ 400 ok! 验算通过！8.2 外滑梁验算截面特性截面类型：箱型截面截面型号：350*300*10*16Ix = 32153.49 cm4Wx = 1837.34 cm3ix = 14.19 cmSx = 928 cm3Iy

22、= 16363.7 cm4Wy = 1090.91 cm3iy = 10.13 cm截面面积= 159.6 cm2单位重量= 125.29 kg/m每米表面积= 1.4 m2/m 一、梁的静力计算概况1、单跨梁形式： 简支梁2、荷载受力形式： 1-93、计算模型基本参数：长 L =5.25 M a=2.75 M b=2.5 M c=4.5 M4、均布力：标准值qk=qg+qq =43.02+6=49.02 KN 设计值qd=qg*G+qq*Q =43.02*1.2+6*1.4=60.02 KN二、选择受荷截面1、截面类型： 350*300*10*162、截面特性： Ix= 32153.49cm

23、4 Wx= 1837.34cm3 Sx= 928cm3 G= 125.29kg/m 翼缘厚度 tf= 16mm 腹板厚度 tw= 20mm三、相关参数1、材质 ：Q2352、x轴塑性发展系数x：1.053、梁的挠度控制 v：L/400四、内力计算结果1、支座反力 RA = qd * c * b / L =128.61 KN2、支座反力 RB = qd * c * a / L =141.48 KN3、最大弯矩 Mmax = qd * c * b / L * (a - 0.5 * c + c * b / (2 * L) =202.11 KN.M五、强度及刚度验算结果1、弯曲正应力max = Mma

24、x / (x * Wx)104.76 N/mm2 2、A处剪应力 A = RA * Sx / (Ix * tw)18.56 N/mm2 3、B处剪应力 B= RB * Sx / (Ix * tw)20.42 N/mm2 4、最大挠度 fmax = qk * c * L 3 / 384 * (8 - 4 * (c / L) 2 + (c / L) 3) * 1 / ( E * I )=7.14 mm 5、相对挠度 v = fmax / L =1/ 735.1弯曲正应力 max= 104.76 N/mm2 抗弯设计值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪应力max= 20.42 N/mm

25、2 抗剪设计值 fv : 120 N/mm2 ok! 跨中挠度相对值 v=L/ 735.1 挠度控制值 v:L/ 400 ok! 验算通过！8.3 内滑梁验算截面特性截面类型：箱型截面截面型号：320*190*8*14Ix = 15781.89 cm4Wx = 986.37 cm3ix = 12.57 cmSx = 492.24 cm3Iy = 5471.81 cm4Wy = 575.98 cm3iy = 7.4 cm截面面积= 99.92 cm2单位重量= 78.44 kg/m每米表面积= 1.02 m2/m一、梁的静力计算概况1、单跨梁形式： 简支梁2、荷载受力形式： 1-93、计算模型基

26、本参数：长 L =5.25 M a=2.75 M b=2.5 M c=4.5 M4、均布力：标准值qk=qg+qq =38+6=44 KN 设计值qd=qg*G+qq*Q =38*1.2+6*1.4=54 KN二、选择受荷截面1、截面类型： 320*190*8*142、截面特性： Ix= 15781.89cm4 Wx= 986.37cm3 Sx= 492.24cm3 G= 78.44kg/m 翼缘厚度 tf= 14mm 腹板厚度 tw= 16mm三、相关参数1、材质 ：Q2352、x轴塑性发展系数x：1.053、梁的挠度控制 v：L/400四、内力计算结果1、支座反力 RA = qd * c

27、* b / L =115.71 KN2、支座反力 RB = qd * c * a / L =127.29 KN3、最大弯矩 Mmax = qd * c * b / L * (a - 0.5 * c + c * b / (2 * L) =181.84 KN.M五、强度及刚度验算结果1、弯曲正应力max = Mmax / (x * Wx)175.57 N/mm2 2、A处剪应力 A = RA * Sx / (Ix * tw)22.56 N/mm2 3、B处剪应力 B= RB * Sx / (Ix * tw)24.81 N/mm2 4、最大挠度 fmax = qk * c * L 3 / 384 *

28、 (8 - 4 * (c / L) 2 + (c / L) 3) * 1 / ( E * I )=13.06 mm 5、相对挠度 v = fmax / L =1/ 402弯曲正应力 max= 175.57 N/mm2 抗弯设计值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪应力max= 24.81 N/mm2 抗剪设计值 fv : 125 N/mm2 ok! 跨中挠度相对值 v=L/ 402 挠度控制值 v:L/ 400 ok! 验算通过！8.4 前上横梁验算截面特性截面类型：箱型截面截面型号：420*400*10.5*18Ix = 68125.36 cm4Wx = 3244.06 cm3i

29、x = 17.41 cmSx = 1640.74 cm3Iy = 48318.45 cm4Wy = 2415.92 cm3iy = 14.67 cm截面面积= 224.64 cm2单位重量= 176.34 kg/m每米表面积= 1.66 m2/m一、梁的静力计算概况1、单跨梁形式： 简支梁2、荷载受力形式： 1-33、计算模型基本参数：长 L =6.34 M a=1.5 M4、集中力：标准值Pk=Pg+Pq =371+1=372 KN 设计值Pd=Pg*G +Pq*Q =371*1.2+1*1.4=446.6 KN二、选择受荷截面1、截面类型： 420*400*10.5*182、截面特性： Ix= 68125.36cm4 Wx= 3244.06cm3 Sx= 1640.74cm3 G= 176.34kg/m 翼缘厚度 tf= 18mm 腹板厚度 tw= 21mm三、相关参数1、材质 ：Q2352、x轴塑性发展系数x：1.053、梁的挠度控制 v：L/250四、内力计算结果1、支座反力 RA