　　　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]。

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内容简介：: 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，

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