桥梁滑动式挂篮设计-说明书

1、桥梁滑动式挂篮设计桥梁滑动式挂篮设计 摘摘 要要 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。

2、关键词关键词：悬臂施工；菱形挂篮；设计与计算 Bridge sliding Wagon Design Abstract The 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 o

3、ne 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 pla

4、n 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 an

5、chor 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

6、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 目目 录录 1 绪论绪论.3 1.1 桥梁挂篮施工的国内外研究情况.3 1.2 桥梁挂篮施

7、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.I 1.3 桥梁挂篮的施工工法及设计安装注意事项.3 1.3.1 挂篮的主要组成.3 1.3.2 挂篮设计安装注意事项.3 1.4 论文的提出与本文的组织.3 1.4.1 论文的提出及其本人所做的主要工作.3 1.4.2 本设计所选的方案及其说明.3 1.4.3 论文主要内容.3 2 挂篮设计资料与计算原理及内容挂篮设计资料与计算原理及内容.3 2.1 菱形挂篮的设计资料.3 2.2 挂篮的结构设计原理和检算内容.3 2.2.1 结构设计.3 2.2.2 结构检算.3 3 MIDAS 软件简介软件简介.3 4 挂

8、篮模板系统设计与计算挂篮模板系统设计与计算.3 4.1 底模系统.3 4.1.1 荷载分析.3 4.1.2 底模设计与检算.3 4.2 侧模系统设计与检算.3 4.2.1 下部侧模设计与检算.3 4.2.2 上部侧模设计与检算.3 4.3 内模系统设计与检算.3 4.3.1 内竖向模板设计与检算.3 4.3.2 内膜顶模设计与检算.3 4.3.3 内模顶模支架 solidworks 图示.I 4.4 分配梁设计与检算.3 4.4.1 分配梁截面选择.3 4.4.2 分配梁建模与检算.3 第第 5 章章 菱形挂篮主桁系统设计与计算菱形挂篮主桁系统设计与计算.3 5.1 挂篮主桁结构基本尺寸拟定.

9、3 5.1.1 拟定主桁的基本尺寸.3 5.1.2 拟定主桁的截面尺寸.3 5.1.3 简化计算模型.3 5.1.4 单片主桁节点和杆件.3 5.2 主桁前横梁设计与检算.3 5.2.1 前横梁尺寸和截面拟定.3 5.2.2 前横梁的建模计算.3 5.3 主桁检算（手算）.3 5.3.1 主桁模型的受力简化.3 5.3.2 计算各杆件长度.3 5.3.3 计算单片的主桁杆件内力.3 5.3.4 主桁的各杆件检算.3 5.4 主桁建模检算.3 5.4.1 主桁的建模.3 5.4.2 建模求内力和变形以及应力.3 6 挂篮悬吊锚固系统设计挂篮悬吊锚固系统设计.3 6.1 锚固系统.3 6.1.1

10、主桁后锚.3 6.1.2 其他锚固.3 6.2 悬吊系统.3 7 S OLIDWORKS 建模展示建模展示.3 8 总结总结.3 参考文献参考文献.3 致致 谢谢.3 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.3 附录附录.3 1 绪论绪论 1.1 桥梁挂篮施工的国内外研究情况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

11、，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

12、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桥梁挂篮施工种类与特点 1.2.1 挂篮分类及组成挂篮分类及组成 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

13、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 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

14、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。 几种主要常用挂篮的结构形式如图 1.1 至 1.4 示。 图 1.2 菱形式挂篮 图 1.1 三角式挂篮 1.2.2 挂篮结构的主要特点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。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1

15、3。 b. 平弦无平衡重挂篮。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。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 图 1.4 斜拉式挂篮 图 1.3 拱形挂篮 自

16、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。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。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

17、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。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。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

18、挂篮。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。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

19、大特点。 1.3 桥梁挂篮的施桥梁挂篮的施工工法及设计安装注意事项工工法及设计安装注意事项 1.3.1 挂篮的主要组成挂篮的主要组成 a. 悬吊系统悬吊系统,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

20、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

21、计安装注意事项挂篮设计安装注意事项 a. 挂篮设备应系列化、规格化挂篮设备应系列化、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

22、施工单位根据不同 的需要选用18。 b. 挂篮制作的工厂化挂篮制作的工厂化,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挂篮设计形式的新动向 (1) 针对一般挂

23、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

24、工作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

25、原理动画、撰写论文。 1.4.2 本设计所选的方案本设计所选的方案 及其说明及其说明 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。 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， 图 1.7 菱形挂篮施工图 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

26、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 论文主要内容背阔，挂篮种类

27、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。 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

28、 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 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

29、设计文件确定； (4) 梁高变化范围:根据桥梁设计文件确定； 图 2.1 桥梁截面图 (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

30、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 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

31、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.b. 挂篮检算的结构受力简化和传力过程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

32、示。 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。 图 2.2 挂篮传力过程示意图 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 3 midas 软件简介软件简介 MIDAS/CIVIL 是基于对

33、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。 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 3.1 midas 软件界面截图 图 3-2 施工阶段信息输入窗 口 图 3

34、-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 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挂篮模板系统设计与计算 4.1 底模系统底模系统 4.1.1 荷载分析荷载分析 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。 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： 4.1.2 底模设计与检算底模设计与检算 a. 底模受力荷载计算底模受力荷载计算 考虑增大系数 1.2，底模

35、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： 2 12 1.21.2 181.298217.558kN/m V qq 2 23 1.21.2 17.16020.592kN/m V qq b. 拟定模板规格和尺寸拟定模板规格和尺寸 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。 3 =26kN/m V4 0.680.380.90.382.6 26 61.6

36、 qh 2 V3 260.6617.160kN/mqh 2 11.475kN/m 图 4.1 箱梁荷载分布图 图 4.2 底模边部模板面板示意图 （4.1） 2 V1 0.20.421 268.073kN/m 2 qh （4.2） （4.3） （4.4） （4.5） （4.6） c c 钢模板面板检算钢模板面板检算 （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， 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： 取 1mm 宽面板条作为计算单元，荷载 q

37、为： 0.217610.2176N/mmq 求支座弯矩： 022 . .0.07500.2176 180-488.58N mm o X M XX MKql 022 . .0.07500.2176210-544.10N mm o y M yy MKql 面板的载面系数： 弯曲应力为： 223 11 1 54.17mm 66 Wbh max max 544.10 130.48MPa 4.17 M W 求跨中弯矩： 22 . .0.0138 0.2176 18097.29N mmMX XX MKql 22 . .0.0289 0.2176 210277.33N mmMY yY MKql 钢板的泊松比

38、 u=0.3，故需换算为： ( ) 97.290.3 277.33180.49N mm v XY x MMuM ( ) 277.330.3 97.29306.52N mm v yx y MMuM 其弯曲应力为： max max 306.52 73.56MPa181MPa 4.17 M W 故面板强度满足要求。 刚度验算： 180 0.857 210 X Y L L 0.0693 , O X MK 0.00196fK 0.0138, X MK 0.0567 O Y MK 0.0289, Y MK (4.7) (4.8) (4.9) (4.10) (4.11) (4.12) (4.13) (4.1

39、4) (4.15) (4.16) (4.17) 353 6 22 2.1 105 2.4 10 N mm 12(1 0.3 )12(1) O Eh B u 0 44 0.2176 180 0.001960.186 mm max5 2.4 10 f ql WK B 0.18611 180968500 W L 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 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： 取 1mm 宽面板条作为计算单元，荷载 q 为： 0.

40、0206 10.0206N/mmq 求支座弯矩： 022 . .0.0750 0.0206 320158.21N mm o X M XX MKql 022 . .0.0750 0.0206 210207.86N mm o y M yy MKql 面板的载面系数： 223 11 1 54.17mm 66 Wbh 弯曲应力为： max max 207.86 49.89MPa 4.17 M W 求跨中弯矩： 22 . .0.0331 0.0206 32069.82N mmMX XX MKql 320 0.762 400 X Y L L 0.0750 , O X MK0.0572, O Y MK 0.

41、0209, Y MK 0.0331, X MK 0.00219 f K 。 图 4.3 底模边部模板面板示意图 (4.18) (4.19) (4.20) (4.21) (4.22) (4.23) (4.24) (4.25) (4.26) (4.27) (4.28) 22 . .0.0209 0.206 42075.95N mmMY yY MKql 钢板的泊松比 u=0.3，故需换算为： ( ) 69.820.3 75.9592.61N mm v XY x MMuM ( ) 75.950.3 69.8296.89N mm v yx y MMuM 其弯曲应力为： max max 96.89 23.

42、25MPa181MPa 4.17 M W 故面板强度满足要求。 刚度验算： 353 6 22 2.1 105 2.4 10 N mm 12(10.3 )12(1) O Eh B u 44 max 5 0.206 320 0.002190.197 mm 2.4 10 f O ql WK B 0.19711 3201624500 W L 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

43、钢板。初步 布置如图 4.4 所示。 (2) 荷载计算 底模钢模板和加劲肋的重量计算： 2 3 9 4.27 68.05/100/ 4.2 60.390.886kN/m g q 2 1 1.21.2 0.886217.6218.7kN/m bg qqq 2 2 1.21.2 0.88620.621.7kN/m zg qqq 一根边梁的线荷载计算： 1 218.7 0.1532.8kN/m b q 图 4.4 底模纵梁布置图（单位:mm） (4.29) (4.30) (4.31) (4.32) (4.33) (4.34) (4.35) (4.36) (4.37) 一根中梁的线荷载计算： 1 21

44、.70.715.2kN/m z q 1） 边梁检算 边梁的受力简化图示如图 4.5 所示。 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 4.7 边梁弯 矩图 图 4.8 边梁剪力 图 面上每点受力均 布 图 4.5 边梁计算简图（力单位：kN） 图 4.6 边梁挠度图 由 midas 软件计算得， 最大弯矩： max 142.2kN mM 最大剪力： max 80.2kNN 最大位移： 7.4mm 支座反力： 12 70.1kN,80.2kN RR FF 边梁自重：。 2 3.46.8kNG 截面特性计算如下: 面积：, 42 =1.475 10

45、mmA x 轴惯性矩： 84 3.5623 10 mm x I 8 63 x x 3.5623 10 1.6 10 mm /2450/2 I W h h=450 63 S =150 14 218+2118 2+9105.5=1.0143 10 mm 强度检算： 弯曲正应力 max 33 max 6 114.2 1010 71.38MPa181MPa 1.6 10 M W 剪切应力 36 max max 8 80.2 101.0143 10 =9.13MPa181MPa 3.5623 1025 NS Ib 强度满足要求。 刚度检算： max 6000 7.4mm12mm 500500 l 刚度满

46、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 (4.38) (4.39) (4.40) 4.104.13 所示。 6000 8 00 1 000 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 由 midas 软件计算得，最大弯矩,最大剪力 max 65.7kN mM ,最大位移，支座反力 max 35.3kNN 3.8mm 。边梁自重。截面特性计算 12 33.2kN,35.3kN RR FF 2 2.44.8kNG 如

47、下: 面积,x 轴惯性矩 42 =1.024 10 mmA 84 3.224 10 mm x I 8 63 x x 3.224 10 1.43 10 mm /2450/2 I W h 强度检算： 弯曲正应力 max 33 max 6 65.7 1010 45.9MPa181MPa 1.43 10 M W 剪切应力 3 max max 35.3 10 =7.9MPa181MPa 385 11.5 NS Ib 强度满足要求。 刚度检算： max 6000 3.8mm12mm 500500 l /S =385mm x I 图 4.13 底模中梁剪 力图 H=450mm: (4.40) (4.41)

48、(4.42) (4.43) 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侧模系统设计与检算 4.2.1 下部侧模设计与检算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. 荷载计算荷载计算 振动产生的荷载（水平方向）: 2 4.0kN/m 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。 2.5m/hv 取 F1,F2 中最小值，即 2 F=45.221kN/m 总设计值： 2

49、45.221 1.24 1.459.865 kN/m qd P 2 45.221 1.254.265 kN/m gd P b. 侧模面板设计检算侧模面板设计检算 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 420 1 420 X Y L L 筑施工计算手册的附录（附表 2-19）查表 ， 0.0600 O X MK ， 0.0227 X MK0.0168 Y MK0.00160 fK (1) 强度检算： 取 1mm 宽面板条作为计算单元，荷载 q 为： 0.0599 10.0599N/mmq 求支座弯矩：

50、022 . .0.0600 0.0599 420633.982 N m o X M XX MKql 1 2 1012 2 0.22 200 0.22 261 1.02.545.221kN/m 25 15 Ftv 2 2 26 6.793176.618kN /mFH (4.44) (4.45) (4.46) (4.47) 022 . .0.0550 0.0599 420581.150 N m o y M yy MKql 面板的载面系数： 223 11 1 56mm 66 Wbh 弯曲应力为： max max 633.982 105.66MPa 6 M W 求跨中弯矩： 22 . .0.0227

51、0.0599 420239.86N mMX XX MKql 22 . .0.0168 0.0599 420177.52N mMY yY MKql 钢板的泊松比 u=0.3，故需换算为： ( ) 239.860.3 177.52293.12N m v XY x MMuM ( ) 177.520.3 239.86249.48N m v yx y MMuM 其弯曲应力为： max max 293.12 48.85 MPa181MPa 6 M W 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） 353 6 22 2.1 106 0.82 10 N m 12(1 0.3

52、)12(1) O Eh B u 44 max 6 0.0599 420 0.00160.36mm 0.82 10 f O ql WK B 0.3611 4201000400 W L 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： 59.8650.4225.14kN/m qd q 纵向肋计算受力见图 4.14 所示。 (4.48) (4.49) (4.50) (4.51) (4.52) (4.53) (4.54) (4.55) (4.56) (4.57) 图 4.14 外模纵向肋受力简图(长度单位:mm,力单位： kN/m) 图

53、 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 4.19 外模肋剪应力图 图 4.18 外模纵向肋自重反力图 由 midas 软件建模计算，结果如图 4.224.27 所示，得 最大弯矩： max 6.9N mM 最大剪力：, max 25.9kNN 最大位移：， 0.88mm 支座反力：。 123 21.8kN,42.2kN43.0kN RRR FFF， 横梁自重：。 2 0.50.31.3kNG 截面特性计算如下: 面积,x 轴惯性矩 32 =4.216 10 mmA 74 1.2086 10 mm x I h=140, 7 63 x x

54、 1.2086 10 1.7 10 mm /2140/2 I W h 53 52.4 21.48 10 mmS 强度检算： max 13.6MPa180MPa max 39.4MPa310MPa 强度满足要求。 刚度检算: 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 0.8811 0.0004 mm0.002mm 2000500500 f l 图 4.20 外模纵向肋弯曲应 力图 (4.58) (4.59) (4.60) 最大的竖向大肋的荷载计算如下： 59.86510.7

55、101.77kN/m qd q 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。 最大弯矩,最大剪力,最大位移 max 29.1kN mM max 107.8kNN 。支座反 2.3mm 。截面特性查 1234 53.8kN,49.6kN182.5kN75.4kN RRRR FFFF， 表得，如下: 面积,x 轴惯性矩 32 =3.2837 10 mmA 74 1.910 10 mm x I 图 4.21 竖肋受力计算简图（力单位：kN/m） 图 4.22 竖肋支座反力 图 图 4.23 竖肋变型图 6 7 53 x x 1.910

56、 10 1.91 10 mm /2200/2 I W h 53 1.147 10 mmS 强度检算： max 71.1MPa180MPa max 152.1MPa310MPa 强度满足要求。 刚度检算： 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上部侧模设计与检算 2.31 0.0013mm0.002mm 1800500 f l 图 4.24 竖肋剪力图 图 4.25 竖肋弯矩图 H=200 （4.61） （4.62） a. 上部侧模的

57、竖向部分模板设计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翼缘模板的支架设计与检算 荷载计算 混凝土自重: 振动荷载: 施工人员和机器荷载: 2 3 2.5kN/mq 模板自重取为： 2 4 0.5kN/mq 所以，倾斜部分支架荷载为: 竖

58、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内模系统设计与检算 4.3.1 内竖向模板设计与检算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内膜顶模设计与检算 a. 顶模模板设计与检算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: 2 11.475kN/m () zz qh第三章计算得之 2 2 2kN/mq 2 1 0.20.421 268

59、.073kN/m 2 qh (8.0730.5) 1.2(22.5) 1.41.219.91kN/m qd q (8.0730.5) 1.2 1.212.35kN / m gd q 59.865 1.271.84kN/m sx q (4.63) 振动荷载: 2 2 2kN/mq 施工人员和机器荷载: 2 3 2.5kN/mq 钢板自重取为： 2 4 0.39kN/mq 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： max=72.5MPa 180MPa 最大位移为： 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.

60、27 所示。 2 11.4750.391.214.238kN/m gd q 2 q11.4750.391.2(22.5) 1.420.538kN/m qd 图 4.27 内模顶板最大弯 矩图 max 0.79mm420/5000.84mm 500 l 图 4.26 内模顶板最大应 力图 (4.64) 4.3.3 内模顶模支架内模顶模支架 solidworks 图示图示 4.3.3 内模顶模支架内模顶模支架 solidworks 图示图示 由 midas 软件计算得支座反力，最大轴向拉力为 =45.0kN R1R2 F= F 18.8kN，最大轴向压力为 11.2kN，最大位移为 0.99mm(