　　　本论文对悬臂施工技术进行简要说明，并对各种类型挂篮进行比较说明以此选出方案——菱形挂篮，然后根据菱形挂篮设计资料和分析理论进行菱形挂篮的设计和检算。主要内容包括菱形挂篮的模板系统、主桁系统、吊带和锚固系统及走形系统的强度、刚度和安全稳定进行设计和检算。其中利用midas有限元软件进行分部建模设计计算和部分进行手算与之复核，应用计算机辅助软件cad进行整套图纸绘制。

关键词：悬臂施工；菱形挂篮；设计与计算

1 绪论1

　　　1.1桥梁挂篮施工的国内外研究情况1

　　　1.2桥梁挂篮施工种类与特点3

　　　1.2.1挂篮分类及组成3

　　　1.2.2挂篮结构的主要特点6

　　　1.3桥梁挂篮的施工工法及设计安装注意事项7

　　　1.3.1挂篮的主要组成7

　　　1.3.2挂篮设计安装注意事项8

　　　1.4论文的提出与本文的组织9

　　　1.4.1论文的提出及其本人所做的主要工作9

　　　1.4.2本设计所选的方案及其说明9

　　　1.4.3论文主要内容10

2 挂篮设计资料与计算原理及内容11

　　　2.1菱形挂篮的设计资料11

　　　2.2挂篮的结构设计原理和检算内容11

　　　2.2.1结构设计11

　　　2.2.2结构检算12

3 midas软件简介14

4 挂篮模板系统设计与计算17

　　　4.1底模系统17

　　　4.1.1荷载分析17

　　　4.1.2底模设计与检算17

　　　4.2侧模系统设计与检算25

　　　4.2.1下部侧模设计与检算25

　　　4.2.2上部侧模设计与检算32

　　　4.3内模系统设计与检算32

　　　4.3.1内竖向模板设计与检算32

　　　4.3.2内膜顶模设计与检算33

　　　4.3.3内模顶模支架solidworks图示34

　　　4.4分配梁设计与检算35

　　　4.4.1分配梁截面选择35

　　　4.4.2分配梁建模与检算35

第5章菱形挂篮主桁系统设计与计算38

　　　5.1挂篮主桁结构基本尺寸拟定38

　　　5.1.1拟定主桁的基本尺寸38

　　　5.1.2拟定主桁的截面尺寸38

　　　5.1.3简化计算模型38

　　　5.1.4单片主桁节点和杆件38

　　　5.2主桁前横梁设计与检算39

　　　5.2.1前横梁尺寸和截面拟定39

　　　5.2.2前横梁的建模计算39

　　　5.3主桁检算（手算）41

　　　5.3.1主桁模型的受力简化41

　　　5.3.2计算各杆件长度41

　　　5.3.3计算单片的主桁杆件内力41

　　　5.3.4主桁的各杆件检算42

　　　5.4主桁建模检算44

　　　5.4.1主桁的建模44

　　　5.4.2建模求内力和变形以及应力44

6 挂篮悬吊锚固系统设计46

　　　6.1锚固系统46

　　　6.1.1主桁后锚46

　　　6.1.2其他锚固46

　　　6.2悬吊系统46

7 S olidworks建模展示47

8 总结49

参考文献50

致谢51

附录54

　　　临时结构的设计一般都要根据具体项目的设计资料和施工现场的条件来确定一种较为优化的施工方案[23]。此设计为公路桥梁悬臂施工的临时结构设计，根据设计条件选菱形挂篮作进行悬臂施工。图纸截面资料如图2.1所示。

　　　根据图纸和相关资料可知此挂篮的功能需满足以下要求：

需完成施工梁段为3m、3.5m、4m；

需完成施工梁段的梁高为0.66m至0.35m；

需完成施工的桥面宽为7.15m；

需要有一定的施工空间，以便施工；

　　　e. 有足够的强度，刚度和稳定安全系数，达到相应规范要求。结构设计

　　　结构设计主要包括设计依据、主要技术指标和其他要求。具体如下：

设计依据

　　　(1) 桥梁施工图设计文件；

　　　(2) 现行钢结构设计、施工技术规范；

　　　(3) 现行铁路（公路）桥涵设计、施工技术规范；

　　　(4) 现行钢结构施工及验收规范；

梁段细部情况

　　　(1) 挂篮的主要技术指标

　　　(2) 可灌梁段的最大重量:根据桥梁设计文件确定；

　　　(3) 可灌梁段最大长达:根据桥梁设计文件确定；

　　　(4) 梁高变化范围:根据桥梁设计文件确定；

　　　(5) 挂篮自重：一般最大梁重的0.35～0.45t；

　　　(6) 主桁最大变形:＜20mm；

　　　(7) 抗倾覆稳定系数:走行时＞2.0;浇注混凝土时＞2.0；

　　　(8) 主桁前节点离梁段端面距离＞0.5m；

　　　(9) 主桁杆件安全系数:＞1.2；

　　　(10) 挂篮走行方式:分次或一次行走完成。

菱形挂篮设计的其他说明

　　　菱形挂篮主桁系统主要由菱形主桁结构，横向联接系和前横联组成。菱形主桁架一般由型钢或钢板焊接成箱型结构，杆端采用节点销子连接，也可以焊接，主桁的前端点一般放置前横梁。菱形主桁架立柱和后斜杆之间应可设置一道横向联接系，保证整个挂篮悬灌时柱桁架受力均匀，以及挂篮走行时的稳定性和一致性[24]。

2.2.2结构检算

　　　结构检算的内容主要包括结构检算依据、荷载组合和结构简化计算图示等。具体说明见下：

结构检算的依据

　　　(1) 浇筑混凝土时的冲击系数:1.2。

　　　(2) 空载走行式的冲击系数:1.3。

　　　(3) 挂篮总重控制在设计范围内，允许最大变形（包括吊带变形的总和）≤20mm。

　　　(4) 自锚系统的安全系数:2.0。

　　　(5) 浇注混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数:2.0。

　　　(6) 荷载组合

　　　1）荷载组合Ⅰ。混凝土自重+动力冲击荷载+挂篮自重+人群和施工机具荷载。

　　　2）荷载组合Ⅱ。混凝土自重+挂篮自重+人群和施工机具荷载（计算刚度）。

　　　3）挂篮自重+冲击附加荷载+风载（计算走行）。

　　　b. 挂篮检算的结构受力简化和传力过程

根据梁段的细部情况，梁截面可分为底板、腹板、顶板和翼板进行荷载计算，底板和腹板荷载由底模系统承担，顶板荷载由内膜系统承担，翼板荷载由外膜系统承担，通过前后吊杆吊带传递到前上横梁和已浇梁段上。各个部分传递到前上横梁的所有荷载都传递到主桁架上。主桁架再通过前支点和后锚点把力传递到已浇梁段顶板。悬吊系统部分在整个挂篮受力中起到力系转换的作用[25]。

QQ截图20130624180906.gif

内容简介：: 毕业设计(论文)中期报告题目：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班级姓名学号导师 2013年03月21日 1.设计（论文）进展状况 1.1完成了与课题相关的英文资料的翻译。1.2绘制了挂蓝的三维装配体以及CAD图。图1 挂篮轴测图图2 挂篮俯视视角图图3 整体轴测图 1.导轨 2.后锚定系统 3.气压轮子 4.菱形架 5.前支座 6.吊杆 7.侧模板 8.工作台图4 cad主视图11.内上模版 12.内下模板图5 cad右视图 9.中间梁图6 cad俯视图1.3制作了挂蓝的装配动画以及运动动画。 1.4对装配体个大部件的受力以及布和安装的合理性进行了分析。图7 三维吊杆部位局部视图 1.4.1如图7所示上梁上安装了多个拉杆，拉杆来固定下边的两个工作台和下模版，而上梁有安装在菱形架的前段，所以其受的力有菱形架来承担，菱形架将受力传到后边，有后锚定系统的锚定力度来影响了上梁的吊拉稳定性。图8 三维吊杆伸出板局部视图 1.4.2 如图8所示上梁前段安装的长伸出板承担着拉紧固定下边两个工作台前段的作用，则这部分的钢材选择，热处理，尺寸大小，变形量等因素都会影响到动作台的稳定及其安全使用性能。图9 三维侧模板固定板局部视图 1.4.3 如图9所示承担侧模板重量的长条班的钢材选型，热处理，以及尺寸会影响到侧模板的安装和固定，而本身侧模板的选材也会影响到桥墩建筑的成型。图10 三维菱形架连接处局部视图 1.4.4 如图10所示菱形架的安装定位靠的是销子，这样定位安装准确且安装拆卸方便。图11 三维中间横梁结构局部视图1.4.5 如图所示中间梁采用螺钉连接更易组装拆卸。图12 三维菱形架焊接板局部视图 1.4.6 如图12所示菱形架上安装了固定连接板这样可以使得两边的菱形架更好的协调同步运动行走。图13 三维液压轮子结构视图 1.4.7 如图13所示在菱形架上设计安装了液压行走轮子，这相比以前的千斤顶推进系统要更为方便简单快捷。图14 三维工作台局部视图 1.4.8 如图14所示下工作平台和上工作平台和里的位置差错架设了人梯是的工人在两个平台之间的互相工作更方便安全。图15 前支座零件图及其三维视图 1.4.9 如图15为前支座，作用在于固定菱形架，使得菱形架和轨道能水平接触且安装良好。其结构的大小合理性，材料的性能都影响到菱形架的安装与三者之间的配合。图16 三维后锚定体统局部视图 1.4.10 如图16所示为后锚定系统有后铆钉钢棒，楔块，螺母锚定压板组成，摸顶的力的大小决定了整体的稳定性，楔块是为了使得下螺母能更好的受力拧紧固定的。2.存在问题及解决措施在本次设计阶段内，我深刻的体会到自己所储备的知识的不足，以及所查阅资料的缺乏和片面性。在材料的认识上不够，在材料的热处理上认识不够，在三维制作过程中由于零件图纸尺寸的不全使得画好后安装不协调问题，以及安装前视角为调整好导致的出图水平度不好。为解决这些问题我也应该加强自己对相关知识的学习，努力使自己所设计出来的实物更具备可行性和实用性。同时，也应该加强自己与老师、与同学之间的沟通，使自己的设计在互相印证中得到提高和完善，加深自己对本次设计的理解，在深入学习软件的相关使用方法调整自己的三维图和二维图。最后，我相信自己可以保持积极乐观的态度去继续接下来的设计过程。在老师的悉心教导下，能够快速、有效的完成所有设计流程，并最终顺利结束本次毕业设计。3.后期工作安排3.1修改装配图和零件图以及动画。第十周3.2完成相关计算。第十一周3.3编写论文。第十二到十三周3.4将论文、图纸交老师查阅在此修改。第十四周 3.5准备终期答辩。第十五周指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日毕业设计(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班级姓名学号导师 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。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 图7 斜拉式挂篮结构图优点：自重轻、结构简单、受力明确、坚固稳定、变形小、前移和拆装方便、具有较强的可重复利用性。缺点：安装定位受力计算较为严格。综上，通过这几种挂篮结构形式优缺点的比较，本设计拟采用菱形挂篮结构形式，该种结构适用范围广，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。菱形挂篮结构形式目前正逐渐得到普及，具有广阔的应用前景。4.本课程研究的重点和难点目标在于对菱形挂篮结构设计与改进，注重于挂篮结构组成设计，前吊挂系统液压设计，安装施工安全性设计及安全系数计算和受力分析计算，三维模型装配动画，工作原理三维模型动画展示。5.前期已开展工作、 5.1查阅了大量相关专业资料为设计做好准备； 5.2熟看老师给的视频和图纸并完善图纸结构； 5.3完成菱形挂篮二维图初稿绘制、文献综述开题报告； 5.4进行挂篮结构的分析，拟订一套结构方案。6.完成本课题的工作方案及进度计划第1-2周：收集参考文献、阅读参考文献、并进行英文翻译、写出开题报告；第3-8周：挂篮的施工工艺论证及选择、对所确定的挂蓝方案设计计算；第8-10周：挂篮的建模计算及检算；第10-14周：绘图、三维绘制、动画制作、论文撰写；第15-16周：论文修改、整理、答辩。五、指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日六、所在系审查意见：系主管领导：年月日参考文献1 王序森，唐寰澄.桥梁工程M.中国铁道出版社.1995.12.2 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计M.人民交通出版社.2000.05.3 陈伟，李明.桥梁施工临时结构设计M.中国铁道出版社.2002.4 黄绳武.桥梁施工及组织管理M.人民交通出版社.1993.03.5 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计M.人民交通出版社.2000.05 .6 李庆宇，张佳.机械制造装备设计M.北京:机械工业出版社.2003.8.7 李明. 桥梁悬臂施工M.第五版，北京：中国计量出版社.2007.6.8 朱征.机械工程材料M.国防工业出版社第二版. 2011.5.9 曹玉平，阎祥安.液压传动与控制M.天津-天津大学出版社.2003.8.10 刘玉彬.结构力学M.北京-科学出版社.2004 ISBN 7-03-013575-X.11 郁龙贵，乔世民.机械制造基础M北京-清华大学出版社.2009.12 陈伟，李明.桥梁施工临时结构设计M.北京:中国铁道出版.2002:85-119. 13 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计M.北京:人民教育出版社.2000.14 MSTroitskyTheory and Design of Cablestayed BridgeCrosby LockwoodStaples10don，197715 FlemingNonlinear Static Analysis of Cablestayed Bridge StructureInterJCompu-terStructures，1979，VoLlO16 GB50017-2003.钢结构设计规范S.17 公路桥涵结构及木结构设计规范S.JTJ025-86.18 公路桥涵施工技术规范S.JTJ041-2000.桥梁滑动式挂篮设计摘要悬臂施工在大跨度及其他方法难以实施的环境中是经常采用的施工的方法，其中以挂篮为临时结构的悬臂施工技术是重要技术之一。本课题以实际工程为资料，进行优化的菱形挂篮设计。本论文对悬臂施工技术进行简要说明，并对各种类型挂篮进行比较说明以此选出方案菱形挂篮，然后根据菱形挂篮设计资料和分析理论进行菱形挂篮的设计和检算。主要内容包括菱形挂篮的模板系统、主桁系统、吊带和锚固系统及走形系统的强度、刚度和安全稳定进行设计和检算。其中利用midas有限元软件进行分部建模设计计算和部分进行手算与之复核，应用计算机辅助软件cad进行整套图纸绘制。关键词：悬臂施工；菱形挂篮；设计与计算BridgeslidingWagonDesignAbstractThe bracket construction in the great span and other methods implement with difficulty in the environment is the construction method which uses frequently, take hangs the basket as the temporary structure bracket construction technique is one of important technical. This topic take the actual project as a material, carries on optimized the diamond to hang the basket design. This word carries on the briefing to the bracket construction technique, and hangs the basket to each type to carry on the comparison explanation to select the plan diamond by this to hang the basket, then hangs the basket design information and the analysis theory according to the diamond carries on the diamond to hang baskets design and to examine calculated. The primary coverage hangs baskets template system, the main spar system, the suspenders and the anchor system including the diamond and loses shape systems intensity, the rigidity and safe carries on the design stably and examines calculated. And carries on the branch modelling design calculation and the part using the midas finite element software enters the expert to calculate that reexamines with it, carries on whole set blueprint plan using computer auxiliary software cad. Keywords: the bracket construction ；diamond hangs the basket ；design and computatio主要符号表K 安全系数 E 材料弹性模量安全系数 p 比例极限E拉伸弹性模量 -0. 2 压缩屈服强度b 抗拉强度 -1 疲劳极限N疲劳强度电导率目录1 绪论11.1桥梁挂篮施工的国内外研究情况11.2桥梁挂篮施工种类与特点31.2.1挂篮分类及组成31.2.2挂篮结构的主要特点61.3桥梁挂篮的施工工法及设计安装注意事项71.3.1挂篮的主要组成71.3.2挂篮设计安装注意事项81.4论文的提出与本文的组织91.4.1论文的提出及其本人所做的主要工作91.4.2本设计所选的方案及其说明91.4.3论文主要内容102 挂篮设计资料与计算原理及内容112.1菱形挂篮的设计资料112.2挂篮的结构设计原理和检算内容112.2.1结构设计112.2.2结构检算123 MIDAS软件简介144 挂篮模板系统设计与计算174.1底模系统174.1.1荷载分析174.1.2底模设计与检算174.2侧模系统设计与检算254.2.1下部侧模设计与检算254.2.2上部侧模设计与检算324.3内模系统设计与检算324.3.1内竖向模板设计与检算324.3.2内膜顶模设计与检算334.3.3内模顶模支架solidworks图示344.4分配梁设计与检算354.4.1分配梁截面选择354.4.2分配梁建模与检算35第5章菱形挂篮主桁系统设计与计算385.1挂篮主桁结构基本尺寸拟定385.1.1拟定主桁的基本尺寸385.1.2拟定主桁的截面尺寸385.1.3简化计算模型385.1.4单片主桁节点和杆件385.2主桁前横梁设计与检算395.2.1前横梁尺寸和截面拟定395.2.2前横梁的建模计算395.3主桁检算（手算）415.3.1主桁模型的受力简化415.3.2计算各杆件长度415.3.3计算单片的主桁杆件内力415.3.4主桁的各杆件检算425.4主桁建模检算445.4.1主桁的建模445.4.2建模求内力和变形以及应力446 挂篮悬吊锚固系统设计466.1锚固系统466.1.1主桁后锚466.1.2其他锚固466.2悬吊系统467 S OLIDWORKS建模展示478 总结49参考文献50致谢51附录54I1 绪论1 绪论1.1桥梁挂篮施工的国内外研究情况悬臂浇筑法施工从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1。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2,3。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。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4。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。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5,6。现将我国挂篮应用的部分实例和技术指标列于附录表1.1。1.2桥梁挂篮施工种类与特点1.2.1挂篮分类及组成目前，挂篮的型式很多，构造上亦有差异，其常见分类方法有：按挂篮使用材料分类：有万能杆件、军用梁、贝雷梁等制式杆件组拼和型钢加工制成两种7；按主要承重结构形式分类：桁架式(包括平弦无平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式)、钢板梁式及牵索式四种8,9；按受力原理分类：垂直吊杆式、斜拉式、刚性模板三种；按其抗倾覆平横方式分类：压重式、锚固式和半压重半锚固式三种；按其走行方法分类：一次走行到位和两次走行到位两种；按其移动方式分类：滚动式、滑动式和组合式三种。挂篮通常都有以下几个组成部分：承重结构、悬吊系统、锚固装置、走行系统和工作平台。承重结构是挂篮的主要受力构件，它承受施工设备和新浇筑节段混凝土的全部重量，并通过支点和锚固装置将荷裁传到已施工完成1毕业设计（论文）的梁身上10。挂篮的走行系统可用轨道或四氟乙烯滑板，牵引动力一般用电动卷扬机，它包括前牵引装置和尾索保护装置。为保证浇筑混凝土时挂篮有足够倾覆稳定性，往往在挂篮的尾部设置后锚固，一般通过埋在梁肋内的竖向预应力筋实现，当后锚能力不够时也可采用尾部压重等措施。挂篮的主要功能是支撑模板，承受新浇混凝土重量，由工作平台提供张拧、灌浆的场地，调整标高。因此挂篮不仅要求有足够的强度保证，还要有足够的刚度及稳定性，自重轻，移动灵活，便于调整标高等11,12。图 1.2菱形式挂篮图 1.1三角式挂篮几种主要常用挂篮的结构形式如图1.1至1.4示。51毕业设计（论文）图 1.3拱形挂篮图1.4斜拉式挂篮1.2.2挂篮结构的主要特点按主要承重结构形式分析挂篮结构的主要特点a. 平行桁架式挂篮。平行桁架式挂篮的上部结构外形一般为一等高度桁梁，其受力特点是：底模平台及侧模架所承重均由前后吊杆垂直传至桁梁节点和箱梁底板上，故又称吊篮式结构，桁架在梁顶用压重或锚固或二者兼之来解决倾覆稳定问题，桁架本身为受弯结构13。b. 平弦无平衡重挂篮。平弦无平衡重挂篮是在平行桁架式挂篮的基础上，取消压重，在主桁上部增设前后上横桁，根据需要，其可沿主桁纵向滑移，并在主桁横移时吊住底模平台及侧模支架14。由于挂篮底部荷重作用在主桁架上的力臂减小，大大减小了倾覆力矩，故不需平衡压重其主桁后端则通过梁体竖向预应力筋锚固于主梁项板上。c. 菱形挂篮。菱形挂篮可以认为是在平行桁架式技篮的基础上简化而来，其上部结构为菱形，前部伸出两伸臂小粱，作为挂篮底模平台和侧模前移的滑道，其菱形结构后端锚固于箱梁底板上，无平衡压重，而且结构简单，故自重大大减轻，是近年来常用的挂篮形式。d. 三角形挂篮。三角形挂篮也是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来，它与菱形技篮均属于垂直吊杆式，主要区别在于主桁架的形状，其承重结构为三角形，其它组成类似于菱形挂篮，属于全锚式挂篮，自重轻。e. 弓弦式拄篮。弓弦式桁架(又称曲核桁架式)挂篮主格外形似弓形，故也可认是从平行桁架式挂篮演变而来，除具有桁高随弯矩大小变化外，还可在安装对施加预应力以消除非弹性变形故也可取消平衡重，所以船重量较轻；f. 滑动斜拉式挂篮。滑动斜拉式挂篮在力学体系方面有较大的突破，其上部采用斜拉体系代替梁式结构的受力，而由此引起的水平分力，通过上下限位装置(或称水平制动装置)承受主梁的纵向倾覆稳定由后端锚固压力维持。其底模平台后端仍吊挂或锚固于箱梁底板之上。g. 预应力斜拉式挂篮。预应力斜拉式挂篮的最大特点是利用梁体内腹板的预应力筋拉住模板从而使得挂篮结构简化，重量变轻。h. 三角型组合梁挂篮。三角型组合梁挂篮是在平行桁架式挂篮的基础之上，将受弯桁架改为三角行组合梁结构。由于其斜拉杆的拉力作用，大大降低了主梁的弯矩。从而使主梁能采用单构件实体型期。由于挂篮部结构轻盈除尾部锚固外。还需较大配重。其底模平台及侧模支架等的承重传力与平行桁架式挂篮基本相同。i. 自承式挂篮。自承式挂篮分为两种，一种是模板支承在整体桁架上，桁架用销子和预应力筋挂在己成箱粱的前端角上。灌筑混凝土时主梁和走行桁架移至一边，挂篮前行时再按上。吊着空载的模板系统前移。另一种是将侧模制成能承受巨大压力的刚性模板，通过梁上的水平及竖向预应力筋拉住模板来承受混凝土重，走行方法与前者相同，由临时吊车悬吊着模板系统前移到下一梁段。这种方法对跨度不很大的等高度箱梁较为适宜。j. 牵索式挂篮。在斜拉桥的施工中，利用斜拉主索牵挂挂篮，其承重结构不再支承在己灌筑梁段顶面，而是悬挂于己成梁段的下面，通过牵索系统将挂篮前端的垂直荷载直接传到斜拉桥的主塔上，这是它的最大特点。1.3桥梁挂篮的施工工法及设计安装注意事项1.3.1挂篮的主要组成a. 悬吊系统,其作用是将底模板、张拉平台的自重及其上的荷载传递到主桁架。通常是以钻有销孔的钢带或两端有螺纹的圆钢组成，张拉平台的悬吊系统可用钢吊带、钢丝绳、链条等组成15,16。b. 锚固系统,为防止挂篮的前移和浇注混凝土时的倾覆失稳，并确保施工过程的安全。锚固系统的设置至关重要。故应验算挂篮的倾覆稳定性，其稳定系数不应小于2。c. 行走系统,挂篮走行系统分为桁架走行系统、底模、外模走行系统以及内模走型系统。挂篮的整体纵移可采用滚移或滑移等方式，其动力可用电动绞车或油压系统牵引移位，也可通过手动葫芦人工牵引就位。d. 张拉平台,张拉工作平台设在挂篮的主桁架前端，用于张拉纵向预应力钢筋、管道压浆等。操作时可用手动葫芦调整其高度。模板系统模板系统由外侧模、内模和底模几部分组成。外侧模一般采用整体钢制大模板，当梁高变化较大时，可沿梁高分为3块左右，以随梁高变化拆装调整。内模一般通过模架放置在内模走行梁上，走行梁前端吊在桁架横梁上，后端吊在已浇梁段顶板的预留孔上。底模有底模架、底横梁和模板组成，通过底横梁的前后吊带悬挂在挂篮主桁的前吊点和已浇梁段上，随主桁一起前移17。1.3.2挂篮设计安装注意事项 a. 挂篮设备应系列化、规格化,挂篮作为PC连续梁(或则构)悬管理筑的一种常用设备，应用已很普遍；而日前国内的并篮种类虽不少，但适应不同跨度和梁宽的系列化、规格化产品尚不多见，多数施工单位都是对不同跨度和梁贸使用一种挂篮仅对其某些杆件的市置作些调整，往往会田大马拉小车影响作仆效率c产生这种现象的原因除产品开发滞后外，还有拧篮在具体一个施工单位的利用率问题，为此建议成立挂篮系列产品租赁公司，以便解决产品系列化、规格化和利用率的矛盾。此外，挂篮设计还应考虑RJ梁悬灌段灌筑的连续性，附设一些保证全天候作业的设施，供施工单位根据不同的需要选用18。b. 挂篮制作的工厂化,由于挂篮作业的安全性要求较高，一般来说，除一些可利用的常备式杆件外，挂篮的主要受力部件特别是一些需作特殊处理的杆件，宜由具有一定资质的厂家加工制作，并需作严格的检测，以绝对保证高空作业的安全。c. 挂篮施工作业的标准化和规范化,目前，我国桥梁施工规范对挂篮的作业做了一些规定，但尚不够充分和完善；而国内出现的几起挂篮施工事故大多由于操作不当所致，建议在修订桥梁施工规范时对主要拧篮的操作要求予以进一步的补充和明确。d. 挂篮设计形式的新动向(1) 针对一般挂篮梁上结构占用悬灌作业场地的矛盾，国外有人设想将挂篮用箱梁的纵向预府力筋预张拉固定，承受灌筑段的重量；而在梁顶设专门为滑移挂篮而用的结构，待完成滑移作业后将这部分结构后移，腾出作业场地。对此有必要作进一步的探讨与研究(2) 针对弯梁桥，国内有关单位已研制出一种斜拉组合式挂篮，这种弯梁施工用挂篮既能纵向走形，又可横向转动，其组合位移便形成了沿桥梁的曲线走形。挂篮前移时，是用锚固于梁顶的上横梁维持大梁稳定的，挂篮转动是靠顶推挂篮后端实现的。这种挂篮的出现，为弯桥的悬灌开辟了一条新的路径。1.4论文的提出与本文的组织1.4.1论文的提出及其本人所做的主要工作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，学生通过本毕业设计，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，培养学生进行实际工程设计的技能。桥梁挂篮施工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，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结构、利用相关软件做挂篮强度计算、绘制三维张配体、绘制二维零件图、绘制三维零件图、制作三维装备及其工作原理动画、撰写论文。1.4.2本设计所选的方案及其说明结合对比前边提到的方案本课题选择菱形挂篮方案进行设计计算。图 1.7菱形挂篮施工图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19。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20。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。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21。缺点：其铆钉孔预留位置较多，且预留孔要求位置精度高22。1.4.3论文主要内容论文主要内容背阔，挂篮种类介绍、挂篮安装施工设计注意事项、菱形挂篮具体结构组成介绍、菱形挂篮各个部分受力计算检验。 2 挂篮设计资料与计算原理及内容2 挂篮设计资料与计算原理及内容2.1菱形挂篮的设计资料临时结构的设计一般都要根据具体项目的设计资料和施工现场的条件来确定一种较为优化的施工方案23。此设计为公路桥梁悬臂施工的临时结构设计，根据设计条件选菱形挂篮作进行悬臂施工。图纸截面资料如图2.1所示。图2.1桥梁截面图根据图纸和相关资料可知此挂篮的功能需满足以下要求：a. 需完成施工梁段为3m、3.5m、4m；b. 需完成施工梁段的梁高为0.66m至0.35m；c. 需完成施工的桥面宽为7.15m；d. 需要有一定的施工空间，以便施工；e. 有足够的强度，刚度和稳定安全系数，达到相应规范要求。2.2挂篮的结构设计原理和检算内容2.2.1结构设计结构设计主要包括设计依据、主要技术指标和其他要求。具体如下：a. 设计依据(1) 桥梁施工图设计文件；(2) 现行钢结构设计、施工技术规范；(3) 现行铁路（公路）桥涵设计、施工技术规范；(4) 现行钢结构施工及验收规范；b. 梁段细部情况(1) 挂篮的主要技术指标(2) 可灌梁段的最大重量:根据桥梁设计文件确定；(3) 可灌梁段最大长达:根据桥梁设计文件确定；(4) 梁高变化范围:根据桥梁设计文件确定；毕业设计（论文）(5) 挂篮自重：一般最大梁重的0.350.45t；(6) 主桁最大变形:20mm；(7) 抗倾覆稳定系数:走行时2.0;浇注混凝土时2.0；(8) 主桁前节点离梁段端面距离0.5m；(9) 主桁杆件安全系数:1.2；(10) 挂篮走行方式:分次或一次行走完成。c. 菱形挂篮设计的其他说明菱形挂篮主桁系统主要由菱形主桁结构，横向联接系和前横联组成。菱形主桁架一般由型钢或钢板焊接成箱型结构，杆端采用节点销子连接，也可以焊接，主桁的前端点一般放置前横梁。菱形主桁架立柱和后斜杆之间应可设置一道横向联接系，保证整个挂篮悬灌时柱桁架受力均匀，以及挂篮走行时的稳定性和一致性24。2.2.2结构检算结构检算的内容主要包括结构检算依据、荷载组合和结构简化计算图示等。具体说明见下：a. 结构检算的依据(1) 浇筑混凝土时的冲击系数:1.2。(2) 空载走行式的冲击系数:1.3。(3) 挂篮总重控制在设计范围内，允许最大变形（包括吊带变形的总和）20mm。(4) 自锚系统的安全系数:2.0。(5) 浇注混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数:2.0。(6) 荷载组合1）荷载组合。混凝土自重+动力冲击荷载+挂篮自重+人群和施工机具荷载。2）荷载组合。混凝土自重+挂篮自重+人群和施工机具荷载（计算刚度）。3）挂篮自重+冲击附加荷载+风载（计算走行）。b. 挂篮检算的结构受力简化和传力过程根据梁段的细部情况，梁截面可分为底板、腹板、顶板和翼板进行荷载计算，底板和腹板荷载由底模系统承担，顶板荷载由内膜系统承担，翼板荷载由外膜系统承担，通过前后吊杆吊带传递到前上横梁和已浇梁段上。各个部分传递到前上横梁的所有荷载都传递到主桁架上。主桁架再通过前支点和后锚点把力传递到已浇梁段顶板。悬吊系统部分在整个挂篮受力中起到力系转换的作用25。挂篮传力过程示意图如图2.2所示。底模系统后吊杆前吊杆待浇梁腹板混凝土tu土待浇梁底板混凝土待浇梁段顶板混凝土待浇梁翼板混凝土内外模系统主桁前横梁后吊杆主桁系统已浇梁段底板前吊杆后锚点前支点已浇梁段顶板图 2.2挂篮传力过程示意图挂篮结构计算可以整体建模计算，也可以分部建模计算，此设计采用分部建模计算和小部分采用手算与之进行复核。本设计除面板的检算采用建筑施工计算手册（第二版）（江正荣编著）上的大模板设计规范外，其他设计的检算采用桥梁工程（中铁二局股份有限公司2009年编著）的相应规范。3 midas软件简介 3 midas软件简介MIDAS/CIVIL 是基于对预应力箱梁、悬索桥、斜拉桥、结构水化热等土木建筑分析中各种功能进行综合分析考虑而开发的最先进的土木结构分析系统。图3.1 midas软件界面截图主要功能;结构的静力分析、结构的动力分析、结构的稳定分析、结构的非线性分析、预应力效应分析、混凝土收缩、徐变分析、施工过程的体系转换、活载效应分析影响线、汽车荷载、火车荷载、人群荷载等。建模分析过程: 前处理创建有限元模型、材料、截面定义、节点、单元建立、边界、荷载条件定义; 求解定义分析选项和求解控制、求解 solve; 结果查看荷载组合功能、结果的图形显示、结果的列表显示; 设计验算。图3-2 施工阶段信息输入窗口图 3-3 预应力特性数据输入界面图 3-4 以轨道为实例进行分析图图3-5 数据分析曲线毕业设计（论文）图 3.2特征功能窗口图 3.3载荷分析窗口图 3.4轨道分析图 3.5轨道分析结果4 挂篮模板系统设计与计算4 挂篮模板系统设计与计算4.1底模系统4.1.1荷载分析为了方便计算，把混凝土的自重进行分块划分并计算相应部分荷载。分块如图4.1所示。（4.1）图 4.1 箱梁荷载分布图取单位长1m计算其相应面积均布荷载，梁段为预应力钢筋混凝土，所以混凝土容重取,每块荷载计算如下：（4.2）（4.3）（4.4）4.1.2底模设计与检算a. 底模受力荷载计算（4.5）（4.6）考虑增大系数1.2，底模承受V2和V3荷载，因此底模两边承受的荷载较中部大，现分别：b. 拟定模板规格和尺寸图4.2底模边部模板面板示意图采用厚度为5mm的钢组合模板，模板加劲肋采用8#槽钢，根据施工梁段最大长和横向宽度，取底模纵向长为4200mm,横向宽为6000mm根据模板大小，现初步拟定间距为:中部纵向间距420mm,中部横向间距最大为320mm。边部纵向间距210mm。毕业设计（论文）c 钢模板面板检算（1）底模边部的面板的检算底模边部的面板的检算以最不利情况下的三面固定，一面简支进行检算，面板示意图如下图3.2所示。采用大模板计算法，计算长宽比即，(4.7)根据此长宽比值由建筑施工计算手册的附录（附表2-19）查表强度检算：(4.8)取1mm宽面板条作为计算单元，荷载q为：(4.9)求支座弯矩：(4.10)面板的载面系数：(4.12)(4.11)弯曲应力为： (4.13)求跨中弯矩：(4.14)(4.15)钢板的泊松比u=0.3，故需换算为：(4.16)其弯曲应力为：(4.17) 故面板强度满足要求。刚度验算：(4.18)(4.19)(4.20)故刚度满足要求。(2) 底模中部的面板的检算以最不利情况下的三面固定，一面简支进行检算，面板示意图如图4.3所示。采用大模板计算法，计算长宽比，即(4.21)图 4.3底模边部模板面板示意图根据长宽比，由建筑施工计算手册的附录（附表2-19）查表，得强度检算：(4.22)取1mm宽面板条作为计算单元，荷载q为：(4.23)求支座弯矩：(4.24)(4.25)面板的载面系数：弯曲应力为：(4.26)(4.27)求跨中弯矩：(4.28)(4.29)钢板的泊松比u=0.3，故需换算为：(4.30)其弯曲应力为：(4.31)故面板强度满足要求。刚度验算：(4.32)(4.33)(4.34)故刚度满足要求。综上所述，初步拟定满足要求，并有较大富足。c. 底模纵梁设计计算(1) 尺寸初步拟定底模边部采用HN4501509/14，型钢两边各焊接厚8mm的钢板，中部采用采用相同型号的工字钢工45015011.5，但不需要焊接钢板。初步布置如图4.4所示。图4.4 底模纵梁布置图（单位:mm）(2) 荷载计算底模钢模板和加劲肋的重量计算：(4.35)(4.36) (4.37)一根边梁的线荷载计算：一根中梁的线荷载计算：1）边梁检算边梁的受力简化图示如图4.5所示。面上每点受力均布图 4.5边梁计算简图（力单位：kN）利用midas建模计算其内力，挠度图、弯矩图和剪力图如图4.64.8所示。图4.6 边梁挠度图图4.7 边梁弯矩图图4.8 边梁剪力图由midas软件计算得，最大弯矩：最大剪力：最大位移：支座反力：边梁自重：。截面特性计算如下: 面积：,x轴惯性矩：(4.38)h=450强度检算：弯曲正应力(4.39)剪切应力(4.40)强度满足要求。刚度检算：刚度满足要求。1）中梁检算底模中梁受力图简化如图4.9，其内力由midas建模计算，结果如图4.104.13所示。60008001000图4.9 底模中梁受力简化图（长度单位:mm,力单位：N/m）图4.10 底模中梁荷载反力图图4.11 底模中梁自重+荷载图4.12 底模中梁弯矩图图4.13 底模中梁剪力图由midas软件计算得，最大弯矩,最大剪力,最大位移，支座反力。边梁自重。截面特性计算如下: 面积,x轴惯性矩(4.40)H=450mm:(4.41)强度检算：(4.42)弯曲正应力(4.43)剪切应力强度满足要求。刚度检算：刚度满足要求。综上所述，底模纵向梁设计满足要求。4.2侧模系统设计与检算4.2.1下部侧模设计与检算考虑梁段高度的变化，将侧模分为上下两块钢模板组成，以便完成变高度施工。上部模板包括翼缘部分的斜模板，并用斜支架支撑翼缘模板。先对下部模板进行设计检算。a. 荷载计算振动产生的荷载（水平方向）: 混凝土对模板产生的侧压力计算：梁段最大梁高6.793m，采用坍落度为30mm,混凝土浇注速度。(4.44)(4.45)取F1,F2中最小值，即总设计值：b. 侧模面板设计检算侧模同样采用6mm厚的组合钢板，钢板加劲肋的间距为:420mm420mm。采用大模板计算法，计算长宽比，即，根据此比值由建筑施工计算手册的附录（附表2-19）查表，(1) 强度检算：取1mm宽面板条作为计算单元，荷载q为：(4.46)求支座弯矩：(4.47)面板的载面系数：(4.48)(4.49)弯曲应力为：求跨中弯矩：(4.51)(4.50)钢板的泊松比u=0.3，故需换算为：(4.52)(4.53)其弯曲应力为：(4.54)故面板强度满足要求。(2) 刚度验算：（偏于安全，用强度设计值进行刚度检算）(4.55)(4.56)(4.57)故刚度满足要求(3) 侧模纵肋设计检算纵向肋的间距为420mm，竖向大肋间距最大为2000mm.检算如下：纵向肋计算受力见图4.14所示。图4.14 外模纵向肋受力简图(长度单位:mm,力单位：kN/m)图4.15 外模纵向肋变形图图4.16 外模纵向肋弯矩图图4.17 外模纵向肋剪力图图4.18 外模纵向肋自重反力图图4.19 外模肋剪应力图图4.20 外模纵向肋弯曲应力图由midas软件建模计算，结果如图4.224.27所示，得最大弯矩：最大剪力：,(4.58)最大位移：，支座反力：。横梁自重：。截面特性计算如下: 面积,x轴惯性矩(4.59)h=140,强度检算：强度满足要求。刚度检算:(4.60) 刚度满足要求。综上所述，外模纵向肋设计满足要求。(4) 侧模竖肋设计检算先假定横向拉杆的间距:780mm,820mm,1800mm,悬臂150mm。其中受力最大的竖向大肋的荷载计算如下：竖肋受力计算简图如下图4.21所示。用Midas软件建模计算的结果如下面图4.214.25所示。图4.21 竖肋受力计算简图（力单位：kN/m）最大弯矩,最大剪力,最大位移。支座反。截面特性查表得，如下:面积,x轴惯性矩图4.22 竖肋支座反力图图4.23 竖肋变型图6图4.24 竖肋剪力图图4.25 竖肋弯矩图（4.61）H=200强度检算：强度满足要求。刚度检算：（4.62）面板位移+纵肋位移：0.36+0.88=1.24mm3mm。面板位移+竖肋位移：0.36+2.3=2.66mm3mm。刚度满足要求。综上所述，竖肋设计检算满足要求。4.2.2上部侧模设计与检算a. 上部侧模的竖向部分模板设计上部侧模的竖向部分模板设计与下部侧模相同，纵向肋的间距减为400mm.由于荷载较小，不需检算。b. 翼缘部分的模板设计与检算翼缘部分的模板的加劲肋与竖向板相同，只是面板加劲肋的竖向间距变为400mm(相对于斜面)，由于荷载不是很大，不用外加纵向肋，竖肋与下部模板相同。由荷载计算得小于竖向模板，面板不需检算。c. 翼缘模板的支架设计与检算荷载计算(4.63)混凝土自重:振动荷载:施工人员和机器荷载:模板自重取为：所以，倾斜部分支架荷载为: 竖向部分的支架荷载偏于安全取模板下部荷载，即4.3内模系统设计与检算4.3.1内竖向模板设计与检算由于内膜竖版受的荷载与外侧模竖向部分相同，所以内模竖向模板的设计与外侧模相同，不需检算即满足要求。4.3.2内膜顶模设计与检算a. 顶模模板设计与检算(1) 尺寸初步拟定钢模板采用厚度为5mm的钢板，加劲肋选用钢板,面板的间距最大为420mm520mm。(2) 荷载计算混凝土自重: 振动荷载: 施工人员和机器荷载:钢板自重取为：则，荷载值计算如下：面板检算假定为三面固定，一面简支，并由midas软件建模计算得，最大应力为：最大位移为：(4.64)所以，强度和刚度均满足要求。弯矩图和应力图分别见图4.26和4.27所示。图4.26 内模顶板最大应力图图4.27 内模顶板最大弯矩图4.3.3内模顶模支架solidworks图示图 4.28支撑架4.3.3内模顶模支架solidworks图示由midas软件计算得支座反力，最大轴向拉力为18.8kN，最大轴向压力为11.2kN，最大位移为0.99mm(满足要求)；轴力、弯矩产生的应力都很小，剪应力也同样很小，所以内膜撑架设计满足要求。4.4分配梁设计与检算4.4.1分配梁截面选择分配梁工字钢中心间距取为0.278m。吊杆处上下都用一块钢板与两工字钢焊接以把梁工字钢连成一整体。4.4.2分配梁建模与检算分配梁上面与前横联相连，下面与滑梁、底模前横梁相连，为了便于计算的准确，把两工字钢分开计算。由midas软件计算得单片分配梁的支座反力FR1=169.6kN, FR2=272.4kN, FR3=272.4kN, FR4=169.6kN。单片分最大弯矩为，最大剪力为223.2kN，最大位移为1.6mm(满足要求)，最大剪应力为71.3MPa，最大弯曲应力为80.5MPa，均满足要求，所以分配梁的设计满足要求。图4.29 分配梁单片计算简图(长度单位:mm,力单位:kN)图4.30 单片分配梁的一半位移图图 4.31单片剪切力图图 4.32 单片剪切分布力图图4.33 单片分配梁剪切应力图图4.34 单片分配梁组合最大应力图5 菱形挂篮主桁系统设计与计算第5章菱形挂篮主桁系统设计与计算5.1挂篮主桁结构基本尺寸拟定5.1.1拟定主桁的基本尺寸根据最大梁段和施工环境，根据桥梁桥面宽度和前面所设计的分配梁的尺寸来初步拟定两片主桁的间距为2.72=5.4。主桁高度暂拟定为4m，考虑到尽量减小受压杆的长度，本菱形挂篮采用优化的菱形挂篮。单片主桁的尺寸如图5-1 所示。图5.1 单片主桁尺寸图（单位:mm）5.1.2拟定主桁的截面尺寸挂篮需要考虑较大的刚度，一般采用箱型截面或格柱式截面。此设计采用钢板焊接箱型截面，便于施工和偏安全考虑，主桁的各杆件都采用相同的截面。截面示意图如图5.2所示。5.1.3简化计算模型图5.2 主桁截面示意为了计算的简化，理论模型采用桁架单元模型，单片主桁结构模型简化如图5.1所示。5.1.4单片主桁节点和杆件毕业设计（论文）为了计算方便和便于说明，对单片主桁进行节点编号和单元编号。图5.1点数字为节点编号，节点间的数字为单元编号。5.2主桁前横梁设计与检算5.2.1前横梁尺寸和截面拟定图5.3 弦杆截面图其中：H=250mmB=78mmtw=7mmtf=12mmBS=152mmts=1e-007mm根据前面分配梁计算的反力通过吊杆作用于前横梁上，而前横梁的反力传给两片主桁的前支点，以此拟定横梁尺寸和各杆件截面，如图5.3所示。前横梁上下弦杆和支座处的竖杆的截面选用250787/12的组合截面，斜杆和其他竖杆的截面初选为250809/12。5.2.2前横梁的建模计算模型简化为桁架模型，两主桁前支点简化为一个铰支座和一个滑动支座，利用midas软件建模计算。横梁受力模型根据分配梁的支座反力的大小，前横梁如图5.4。图 5.4前横梁强度和刚度检算根据midas软件建模计算结果得（不考虑自由端）如下结论：最大位移为5#节点: 最大压力为10#和18#杆：最大拉应力为最大压应力为10#和18#杆：图5.6 前横梁节点编号图 5.5前横梁节反力图图 5.7前横梁单元编号最大拉力为：所以，强度满足要求。经检算，最危险的刚度也满足要求。结论前横梁的初步设计符合，强度和刚度均满足要求。5.3主桁检算（手算）5.3.1主桁模型的受力简化根据传力路径，前面计算得的前横梁支座的反力作用于主桁前支点上，因此单片主桁的受力简化图如下图5.8所示。截面选用焊接箱型截面，节点编号和单元编号及尺寸如图5-1所示。图5.8单片主桁受力图5.3.2计算各杆件长度根据图4-1，各杆件的长度计算如下：1#杆：2#杆：3#杆：4#杆：5#杆：5.3.3计算单片的主桁杆件内力支座反力对后支点取矩，即（5.1）（5.2）由（5.1），（5.2）两式解得，杆件内力计算根据3节点的受力情况，计算图示如图5-9所示。(5.4)(5.3) 图5.9 3#节点受力图其中，代入以上数据，由式（5.3），（5.4）解得同理，计算其他杆件如下：5.3.4主桁的各杆件检算由于两片主桁对称，现只对一片主桁的各杆件进行检算。检算内容包括强度、刚度、整体和局部稳定等。截面特性计算面积：x轴、y轴的惯性矩和抵抗矩：(5.5)对中性轴的最大面积矩：回转半径： (5.6)(5.7)2#杆检算(1) 强度检算:(2) 刚度，整体稳定和局部稳定检算(5.8)刚度验算:(5.9) 整体稳定验算：由于截面焊接，板件宽厚比20，属于C类截面，由查表得稳定系数，于是(5.10)局部稳定验算：结论主桁2#杆件设计与检算满足要求并有较大安全富余。其他杆件检算由于2#杆受压，其长度也最大，属于最危险杆件。由上面的检算得知2#杆满足求，其他杆件的设计不需检算，满足要求。5.4主桁建模检算5.4.1主桁的建模主桁采用桁架模型，建模软件采用midas,建模示意图如图5.10所示。图5.10 单片主桁建模（力单位：kN）5.4.2建模求内力和变形以及应力由midas建模的内力图，变形图，应力图如图5.115.13所示。由midas建模（考虑自重）得，与手算相等。最大位移为3#节点，最大应力为2#杆，检算也都满足要求，即设计符合要求，有较大富余。图5.11 主桁变形图图5-12 主桁内力图（单位：kN）图5-13 主桁应力图6 挂篮悬吊锚固系统设计6 挂篮悬吊锚固系统设计6.1锚固系统6.1.1主桁后锚采用后锚杆锚固后横梁，预先在已浇梁段预埋孔道，后锚杆穿过梁顶板锚固在顶板位置，同时后锚杆上端用千斤顶顶紧，给主桁后锚一个反力，并且采用分配梁进行分配锚固，以便提高后锚安全系数26。具体见施工详图。6.1.2其他锚固其他锚固按要求采用相应的锚固办法。6.2悬吊系统悬吊系统主要包括底模前后吊杆吊带、内外前后吊杆吊带及相关的分配梁，通过前面第4章和第5章的计算可得吊杆吊带承受的最大拉力，根据最大拉力来选择相应的吊带和吊杆。件附录表6.1为选择情况和复核结果。7 solidworks建模展示7 S olidworks建模展示图 7.2桥梁内下支架图 7.1 桥梁内下模板装配体图 7.4 第二步建立拉伸中间横梁图 7.3横梁建立第一步拉伸实体图 7.6 第四步切除如图所示图 7.5 第三部阵列第二部图 7.8建立如图里边拉伸图 7.7连接点第一步穿件拉伸实体毕业设计（论文）图 7.9建立内部梁图 7-8 连接点零件建模第五步拉伸如图板图 7.10建立后边槽口图 7.12菱形架构件图 7.11 最后创建下边槽口完成建模图 7.13滑动式菱形挂篮施工图8 总结8 总结本设计是结合具体工程所作的临时结构设计菱形挂篮施工设计。经过这次毕业设计，把四年所学的知识充分利用了起来，拓宽了自己的知识面，包括基础知识和专业知识。特别是在获取知识和解决问题的能力方面得到了很大的提高。但在设计中也遇到了许多问题，得到老师和同学的大量帮助，把问题解决了。本菱形挂篮的设计花了我大量心血，但由于时间的关系，也存在许多不足之处，其中只对主桁结构，模板系统和挂篮的分配梁和悬吊系统进行设计和检算。而挂篮的走行部分结构没有具体设计，细部连接部分也没能具体说明，包括许多附属结构没能能够设计和检算。不过这次设计让我对悬臂施工有了更深入的学习和了解，对挂篮的传力路径有了一个完整的认识，能独立完成结构施工中大部分的临时结构设计。参考文献参考文献1 王序森，唐寰澄桥梁工程M北京：中国铁道出版社，1995.12.2 雷俊卿桥梁悬臂施工与设计M北京：人民交通出版社，2000.05.3 陈伟，李明桥梁施工临时结构设计M北京：中国铁道出版社，2002.4 黄绳武桥梁施工及组织管理M北京：人民交通出版社，1993.03.5 雷俊卿桥梁悬臂施工与设计M北京：人民交通出版社，2000.05.6 葛俊颖桥梁工程（上，下）M北京：中国铁道出版社，2007.08.7 张志国，张庆芳钢结构（第二版）M北京：中国铁道出版社，2008.12.8 Omaifar A，Qi C X，S HConstrained optimization via genetic algorithmsJSimulation，1994， 242254.9 李振荣海上桥梁施工普兰店大桥施工技术总结C北京：中国建筑工业出版社，1985.10 王华廉桥梁施工M北京：中国铁道出版社，1997.11 Evin R I，Lieven A JDynamic finite element model updating using neural networksJJournal of Sound&Vibration，1998593607.12 万明坤，程庆国主编桥梁漫笔M北京：中国铁道出版社，1997.13 陈骑彪武汉白沙洲长江大桥3号主墩钢吊箱设计与施工中国公路协会桥梁和结构工程学会2000年学术讨论会论文集C2000165168.14 宋军. 北江特大桥菱形挂篮设计与施工J施工技术, 2007, (S1).15 徐会超. 桥梁挂篮悬臂浇筑法施工技术分析J中国高新技术企业, 2010.16 中铁二局桥梁工程M北京：中铁二局股份有限公司编著，2009.17 周云龙. 连续梁桥菱形施工挂篮的设计J. 山西建筑, 2009, (08).18 王哲荪. 刚构-连续箱梁桥悬浇法施工挠度控制. 华东公路. 1998(3)：912. 19 段明德. 预拱度计算设置的绝对挠度法. 铁道工程学报. 1996 (3)：6771.20 段明德. 对挂篮设计及应用的探讨. 铁道工程学报. 1998(2)：129133.21 刘刚亮，王中文.轻型鹰式挂篮的总体设计.桥梁建设.1998（4）：626422 公路桥涵结构及木结构设计规范（JTJ025-86）23 钢结构设计手册（GBJ17-88）24 赵世运扬健全. 弓弦挂篮的研制及应用. 施工科技通讯.1993(2)：182225 FlemingNonlinear Static Analysis of Cablestayed Bridge StructureInterJCompu-ter Structures，1979，VoLlO致谢致谢通过两个多月的努力，终于比较圆满地完成了毕业设计任务，这与老师和同学们的帮助是无论如何也分不开的，没有他们的帮助我就不能独立完成这次任务，在这里我要向他们表示最衷心的感谢。在整个毕业设计期间我得到了李老师的支持和帮助。李老师对我们的毕业设计指正错误，悉心指导，对于每一个细节都要求十分详细。他不仅对设计中遇到的问题给予及时耐心的解答，还讲解了大量相关内容，大大拓宽了我们的知识面。他的一言一行充分体现了一位科学工作者严谨的治学态度和一丝不苟的工作作风，这使我们受益匪浅。另外，同组的同学们也给了我很多帮助。我们一起进行讨论，相互加深了对设计内容的了解，加快了毕业设计的完成进度。在这里，我再次向老师和同学表示最崇高的敬意和最衷心的感谢。毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。毕业设计（论文）与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。毕业设计（论文）作者签名：指导教师签名：日期：附录附录基于涡激振动的一个桥梁两步计算分析方法在桥梁结构抗风设计中，符合实际的初步做法是进行风动实验测试，然而为了预测大跨度桥梁由于漩涡摆动的非正常风荷载的动态效应，提出了一种高效的两步计算方法。通过对风结构相互作用问题的解耦，首先进行流体动力学分析计算，利用桥面的二维模型对作用于桥面的非定常风荷载进行评估。其次，进行非定常风荷载下的三维桥梁结构动力分析，以此来探讨桥梁涡激振荡。现行的计算分析和风洞测试的结果得到较好的一致性。虽然建模过程中引入的各种假设对于增强计算方法应该是合理的，在进行严格的风洞试验之前，它可作为桥梁的初步设计支持工具，以此来对桥梁由于漩涡激励的非定常风荷载引起的动力响应进行评估。大跨度桥梁的阻尼和刚度相对于短、中跨度的桥梁来说都比较小。因此，大跨度梁对丝束频率力敏感，如风荷载。所以，评估如涡激振动，颤振等空气动力学现象对静态结构所承担的设计风荷载的安全来说是必要的。目前，对这些结构的程序设计，结构的风力特点和空气动力稳定性评价，主要是靠采用节段模型或全桥模型进行风洞试验来实现的。风洞试验通常需要几个星期或数月的测量和分析，从时间和金钱方面来衡量，花销的成本相当大。随着计算机能力的迅速发展以及物理建模和计算方法的日益完善，在过去的10年以来，计算风工程的进展出现了快速增长的趋势，有望支持或取代一部分昂贵和费时的风洞试验。即使目前的超级计算机，计算风工程中的应用已不被认为可行的，因为在风工程所涉及流雷诺数无法准确测到，就是说紊流准确的预测超出了高端计算机的能力。此外，在评价桥梁等实际复杂结构的风致振动的风力和结构之间的互动现象，还有许多没有解决的问题。因此，迄今为止大多数风工程计算的研究，侧重于对紊流模型的和非定常风力的计算方法，风和结构相互作用问题的发展和改进。弗兰卡（1991年）和罗迪，加藤（1993年）和Launder，土屋等人工智能（1996年）在湍流模型改进方面做出了许多努力。穆拉卡米（1994年）（1996年）总结了计算流体力学应用于风工程的快速增长，对包括科模型，雷诺应力模型和动态大涡模拟中的应用于结构的风效应和预测湍流模式的新趋势做出了说明。休斯和詹森（1993年）审核了各种计算方法，毕业设计（论文）包括任意的拉格朗日-欧拉（ALE）有限元计算方法的应用，而野村（1993年）使用ALE有限元方法对低雷诺数的简单悬臂结构进行了非定常风荷载和涡激振荡的分析研究。目前，计算风工程理论在桥梁结构方面的部分应用也得到证实。藤原等人（1993年）给出了实际的桥面结构在低雷诺数的情况下的计算结果。之后，黑田等人（1996年）报告了在雷诺数为 500000的大贝尔特东桥模型静力系数的计算结果，其中采用了有限差分程序。科瓦奇等人（1996年）利用数学的方法模拟了斜拉桥和悬索桥在风荷载作用下产生的非线性振动特性。拉森（1996年）报道取得了实际的桥梁梁段在为104的情况下，利用离散涡方法对获取的气动数据进行空气动力学分析的计算方法。扬等人（i996年）开发了一个修正谱的表示方法，以便能使用特定谱密度函数对大跨度桥梁的展向风湍流场进行分析。丁（1997年）提出了一种新的有限元方法对用于构筑物上的非定常风力法进行计算分析，并研究了四边锥柱体和大桥节段的动力系数。虽然雷诺系数为1.2x107时忽略其影响得到的模拟结果表明：试验段的计算结果与风洞测量的实际数据相当接近，但大桥节段模型在雷诺系数为3.7x 10的7次方时的计算结果与风洞实验实测的数据差别很大。拉森和瓦尔特 (1996 年) (1997 年) 和拉森 (1997

温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。