专题讲座资料（2021-2022年）挂篮设计方案设计说明及受力检算

1、目 录1、工程概况12、设计依据13、设计荷载14、挂篮主要结构14.1、承重系统14.2、提升锚固系统14.3、走行系统14.4、模板系统25、挂篮制造与验收技术规定25.1、总则25.2、钢结构制造的准备工作25.3、材料25.4、制造36、检算56.1、主要参数56.2、挂篮构造56.3、挂篮设计荷载56.4、挂篮抗倾覆验算66.5、挂蓝主桁架应力验算76.6、桁架变形验算86.7、横梁验算96.8、吊杆受力计算106.9、底模受力计算10*特大桥(40+72+40)m连续梁挂篮设计方案1、工程概况*特大桥连续梁为单箱单室箱型截面，箱梁根部梁高为6.1m，边跨顶板宽8.5m，底板宽为4.

2、2m，翼缘板悬臂长为2.15m，箱梁高度从距墩中心处到跨中合拢段处按二次抛物线变化。两侧各梁节段采用分段悬臂式挂篮施工。2、设计依据2.1.铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)2.2.铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-99）2.3.钢结构设计规范（GBJ17-88）2.4.*特大桥 (40+72+40)m单线线连续梁设计图3、设计荷载 根据施工图设计要求，最重梁段采用的挂篮承载力为220t，空挂篮控制重量55t（包括模板）。设计考虑冲击系数1.1，施工机具及人群荷载150kg/m2。4、挂篮主要结构本挂篮主要由主桁架承重系统、提升锚固系统、底篮系统、走行系统和模板系统

3、组成。4.1、承重系统主要包括主桁架及联接系，主桁架采用菱形桁架。4.2、提升锚固系统提升系统主要包括吊杆、吊带，前后扁担梁、垫梁、机械式千斤顶等组成。吊杆采用直径为32的精扎螺纹钢，提升系统采用双台30T机械式螺旋千斤顶同时作用于吊带，以确保安全和调位方便。锚固系统主要是底篮后部通过预留孔道，将后横梁锚固在已经浇好的箱梁顶板上。4.3、走行系统在桥面上铺设轨道，行走时将千斤顶平放在滑板顶座上，并将牵引的钢绞线一端与千斤顶连接，另一端与挂篮相连。千斤顶同时反复顶拉，使挂篮前移，反向设倒链以保安全；4.4、模板系统本挂篮底模及侧模采用大块钢模结构，内模由工地自备木模拼装。5、挂篮制造与验收技术规

4、定5.1、总则5.1.1 钢结构的制造、安装和验收所使用的计量器具，必须由二级以上的计量机构检验合格后方可使用。5.1.2 钢结构制造和验收除应符合本规定外，尚应符合国家现行的有关强制性标准的规定。5.2、钢结构制造的准备工作5.2.1 编制钢结构制作工艺的技术文件5.2.1.1、绘制施工详图5.2.1.2、制定焊接工艺及焊接质量管理细则包括焊接方法的确定；焊接材料的选用；根据不同焊接接头特点确定坡口型式、角度等参数；确定焊接工艺参数及焊接顺序；防止和减少焊接变形的措施。5.2.2 工艺装备设计5.3、材料5.3.1、钢材5.3.1.1、Q235钢应符合GB7OO中B级的规定，Q345钢应符合

5、GB1591中B级的规定。5.3.1.2、钢材表面锈蚀等级不超过GB8923的A、B级；当表面有锈蚀、麻点划痕等缺陷时，其深度不得大于钢材负偏差的1/2。5.3.1.3、质量证明书上的炉号、批号应与实物相符。5.3.2 焊接材料5.3.2.1、焊条、焊丝、焊剂应符合现行国家标准的规定，并有出厂质量证明书。使用前制造单位对焊接材料进行抽样复验，合格后方可使用。5.3.2.2、采用的焊接材料应与结构钢材的性能相匹配，在保证焊接接头强度和韧性的前提下，尽量采用低组配，手工焊应采用低氢型焊条。5.3.2.3、焊接材料应通过焊接工艺评定试验选用，并经业主认可。5.3.2.4、二氧化碳保护气体的纯度不低于

6、99.5%，含水量小于0.005%。5.3.3、高强度螺栓（大六角扭剪型）高强度螺栓应符合现行国家标准（GB12281231，GB36323633）的规定。5.4、制造5.4.1、切割主体结构的板材应采用精密（数控，自动，半自动）切割，构件外露边，应对焰切起始侧倒角，倒角半径为0.52.0mm。切割面硬度不超过HV350；切割面表面粗糙度2550。5.4.2、零件矫正零件矫正宜采用冷矫，零件矫正允许偏差按TB10212-98表4.3.3要求。5.4.3、零件加工箱型梁零件加工尺寸允许偏差按TB10212-98表4.4.4-2要求。5.4.4、制孔5.4.4.1、螺栓孔直径允许偏差为0+0.52

7、mm，不圆度允许偏差1mm，螺栓孔中心线倾斜度不大于板厚的2%，且单层板不大于1.5mm，多层板迭合不大于2mm。5.4.4.2、同一组钻孔内相邻两孔间的孔距偏差为±0.7mm，任意两孔的孔距偏差为±1.0mm。5.4.5、组装5.4.5.1、依据图纸、工艺和质量标准，并结合构件特点提出相应的组装措施；5.4.5.2、应考虑焊接的可能性，确定一次或多次组装，凡需进行多次组装时，应对前一次的焊接变形进行修整，合格后再进行下一次组装。5.4.5.3、应考虑焊接收缩余量或采取预防变形措施；5.4.5.4、凡隐蔽部位组装后，应经质量检验员确认合格，才能进行焊接或外部再组装。5.4.

8、5.5、钣的接料必须在杆件组装前完成，其拼接料长度不宜于小1000mm，宽度不得小于200mm，接料中心线距钉孔中心组不宜少于150mm。5.4.5.6、工字梁及箱形梁的组装允许偏差：L1-L23.0mm(对角线差)旁弯f5.0mm5.4.5.7、加劲肋间距允许偏差1.0mm。5.4.6、焊接5.4.6.1、焊工应经考试并取得合格证后，方可从事本结构焊接。5.4.6.2、焊接工作宜在车间内进行，环境湿度应小于80%，焊接环境湿度不应低于5，主要杆件应在组装后24小时内焊接。5.4.6.3、定位焊应在焊道内，长度为50100mm，焊脚尺寸不得大于设计焊脚的1/2，定位焊不得有裂纹、夹碴等缺陷。5

9、.4.6.4、埋弧自动焊缝必须在距设计焊缝端部80mm以外的引钣上起、熄弧。5.4.6.5、返修焊缝应按原焊缝质量检验，同一部位的返修焊不宜超过两次。5.4.7、焊接检验5.4.7.1、结构应在焊接完成24小时后进行焊缝外观及内部质量检验，无损探伤应在外观探伤合格后进行。5.4.7.2、本结构主要承载焊缝按I级，次要焊缝按II级，构造焊缝按III级，探伤方式以超声波为主。按GB11345执行。I级 探伤100% 检验等级 BII级 探伤20% 检验等级 BIII级 外观检查5.4.7.3、焊接接头力学性能试验应以拉伸和冷弯为主，焊接试钣试件数量应符合下列规定：拉伸2件；侧弯2件；冲击（焊缝、热

10、影响区）各3件。5.4.8、试装结构完成加工后，应在厂内按设计要求进行试拼装。5.4.8.1、试装时，钉孔内冲钉数不得少于孔数的10%，拼装螺栓不少于20%。5.4.8.2、试装的主要尺寸应满足梁高偏差： ±2mm； 平联对角线差： 3mm；梁全长： ±8mm； 支点高低差（挂勾处）: 3mm；主梁中心距：±3mm； 旁弯： ±5mm5.4.9、预处理涂装及摩擦面处理(1)钢结构表面预处理按国标GB8923执行，采用喷砂除锈等级为Sa2(1/2)。(2)涂装采用环氧富锌涂料（H06-4），涂层厚80m。(3)高强度螺栓连接处的摩擦面处理与涂装相同。5.5

11、.10、高强度螺栓的预紧力控制及施拧工艺应严格按照相关标准执行。6、检算6.1、主要参数6.1.1、砼自重GC26kN/m3；6.1.2、钢弹性模量Es2.1×105MPa；6.1.3、材料容许应力：容许材料应力提高系数：1.3。6.2、挂篮构造挂篮为菱形挂篮，菱形桁片由230b普通热轧槽钢组成的方形截面杆件构成，前横梁由2I56b普通热轧工字钢组成，底篮前横梁由2I40b普通热轧工字钢组成，底篮后横梁由2I40b普通热轧工字钢组成，底篮底板下加强纵梁为32b普通热轧槽钢，吊杆采用直径为32的精扎螺纹钢。6.3、挂篮设计荷载6.3.1、荷载系数考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数

12、：1.05；浇筑混凝土时的动力系数：1.2；挂篮空载行走时的冲击系数1.3；浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0；挂篮正常使用时采用的安全系数为2.0。6.3.2、作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取1#块计算。1#块段长度为3m，重量为86T；施工机具及人群荷载：2.5kMPa；挂篮自重（实际）：55t；6.3.2、荷载计算6.3.2.1、混凝土重量+超载+动力附加荷载：G=86×1.05×1.2/254.18t6.3.2.2、挂篮荷载：主桁荷载作用于挂篮前支点P1=9.7×1.211.6t前吊点承担底篮、横梁、内外滑梁、内外模1/2荷载：P2=(

13、9.4+7.4+11+11.8)×1.2/2=23.76t6.3.2.3、前吊点承担人群和机具荷载的一半P3=(0.25×3.5×12.7)×1.2/2=6.67t6.3.2.4、倾倒和振捣混凝土荷载的一半P4=0.4×3.5×12.7×1.2/2=10.67t6.3.2.5、单片主桁前吊点荷载P= GP2P3P4(54.18+23.76+6.67+10.67)/247.64t6.4、挂篮抗倾覆验算计算说明：挂篮自重合计约55T，将挂篮的后端用精轧螺纹钢锚固在已完成块件的竖向精轧螺纹钢上面。在已完成的箱梁上，共设每侧设置3根

14、合计6根32锚杆。荷载见上图：倾覆力距：M倾=W×LW+G×LGM倾倾覆力距（Tm）W 挂篮自重（55.0T）LW 挂篮重心距前支点距离（1.8m）G 1#块件重(1#块最重，砼自重加施工荷载98.2T)LG 1#块重心距前支点距离（2.0m）M倾= W×LW+G×LG=55T×1.8m+98.2T×2m=295.4Tm抗篮倾覆力距：M抗=P抗×LPP抗 32精轧螺纹拉力（51.0T，按屈服强度的75%计算）LP 锚固精轧螺纹距前支点距离（m）M抗= P抗×LP =6×51.0T×4.5m=13

15、77.0 Tm稳定安全系数：K= = 1377.0/295.4=4.66，安全系数大于2符合规范要求，故符合安全要求。6.5、挂蓝主桁架应力验算力学模式如图P1B540AP2 432.7 247.4 536.7C420D P3 已知参数如下：各杆件理论计算长度：AB=5400mm， AD=5367mm，BC =4327mm，BD =2474mm，CD =4200mm。由理论力学原理求得各杆件受力如下：AB=2.0×P1=2×49.1T=98.2T，AD=2.235×P1=2.235×49.1T=109.7T，BC =2.06×P1=2.06&#

16、215;49.1T=101.1T，BD =1.18×P1=1.18×49.1T=57.9T，CD =1.71×P1=1.71×49.1T=83.9T。最大内力杆件为AD =109.7TAD杆件共由2片桁架4根30b槽钢（为实际加工所用型号）组成，AD杆压杆稳定检算：30b钢查表：Ix=2×14783.25cm4=2.96×108mm4Iy=2×11674.25cm4=2.335×108mm4Ix Iy，即y为弱轴，以y轴对应的惯性半径计算柔度。ix=（I/A）=（2.289×108）/（2×45

17、68）=98mm柔度y=（5367×0.5）/98=27查表：稳定系数=1.234根30b号槽钢允许承受内力为N=4×61.05cm2×86T/cm2×1.23=258.3T。内力安全系数：K= N/ Nmax =258.3T/109.7T =2.35。故符合安全要求。6.6、桁架变形验算采用虚功原理，通过挂篮桁架各杆件变形求出挂篮前吊点的变位，L总变形= L各杆件变形= NK杆件I×NP各杆件×L各杆件i/E各杆件I×A各杆件i L总变形挂篮总变形L各杆件变形各杆件变形NP 杆件内力（只考虑砼和模型荷载作用）NK 杆件虚功

18、内力L 杆件长度E 杆件弹模A 杆件截面积(取较小的30b组合梁截面)L总变形= L各杆件变形= NKAB×NPAB LAB /EAB×AAB + NKAD× NPAD LAD /EAD×AAD + NKBC× NPBC LBC /EBC×ABC + NKBD×NPBD LBD /EBD×ABD+ NKCD× NPCD LCD /ECD×ACD =P1×（540×22+536.7×2.242+432.7×22+247.4×1.22+420

19、5;1.712） ×1000/(2E6×75.05×4)=0.00957×P1=0.0136×125.6=1.7cm。（备注：2.0 2.24 2 1.2 1.71 分别是5个杆件的内力是P1的倍数）通过理论计算此挂篮在最重的1#块86吨的砼和模型重量荷载作用下，其前吊点的变形位1.7厘米,符合规范2厘米的要求。6.7、横梁验算6.7.1 上横梁验算由于块件主要荷载集中在腹墙位置,两侧腹墙中心处皆布置吊杆,故腹墙荷载几乎直接传至主承重桁架。对底板及顶板荷载,按最不利条件考虑,将底板荷载按简支梁模式布置。1#块件（最重块件）顶板、底板部位混凝土、

20、底模、底模纵梁、前下横梁以及施工荷载总重量经计算为：GG1G298.213.4111.6T其中G1=(2.43×2+4.1)×4.0×2.5t/m3+(8.15×0.53+8.55×0.48)/2×4.0×2.5t/m3+19.55×0.3 t/m2×4=98.2 t，G2为底模、底模纵梁、前下横梁，经计算重量为13.4T。P=G/2=111.6t/2=55.8tL=3.7m（轨距）M=0.125PL=0.125×55.8×3.7=25.81t·m前上横梁采用双根56b型工字

21、钢组合梁，则：单根56工字截面惯量=68510cm4单根56工字钢抗弯截面模量W=2447cm3组合梁截面参数为:截面惯量I=2×68510cm4抗弯截面模量W=2×2447cm3杆件应力=M/W=25.81t·m×105/2×2447cm3=52.7Kg/cm2.安全系数K=145/52.7=2.75，故安全。6.7.2 下横梁验算L=2.04m（下横梁吊杆横向间距）M=0.125PL=0.125×55.8×2.04=14.23t·m下横梁采用双根40b型工字钢组合梁，则：单根40工字截面惯量=22780cm4单

22、根40工字钢抗弯截面模量W=1140cm3组合梁截面参数为:截面惯量I=2×22780cm4抗弯截面模量W=2×1140cm3杆件应力=M/W=14.23t·m×105/2×1140cm3=62.4Kg/cm2.安全系数K=145/62.4=2.32，故安全。6.8、吊杆受力计算前、后吊杆均采用32精轧螺纹粗钢筋吊杆吊挂，32精轧螺纹粗钢筋采用40Si2Mov钢材，屈服强度750MPa，容许应力=0.7×750MPa= 525MPa，容许剪应力=0.6=315MPa。挂篮后锚系统采用632精轧螺纹钢筋，尽量利用桥梁已有的竖向预应力筋，

23、32精轧螺纹钢筋采用40Si2Mov钢材，屈服强度750MPa，容许应力=0.7×750MPa= 525MPa，容许剪应力=0.6=315MPa。 每节段混凝土前后段均采用用8根32精轧螺纹粗钢筋吊带，经计算每根吊带能够承受重量为553.93KN，节段混凝土分配在每根吊带上的重量为105KN，安全系数K5.27，符合设计要求。6.9、底模受力计算已知最大块模板的尺寸:宽度W=1800,长度L=2100,竖肋板间距S=360,横肋板间距h=347,面板采用6厚钢板,竖肋采用10#,横肋采用钢板100×6,试全面验算此大模板的强度与钢度。6.9.1、 面板验算选面板小方格中最不

24、利情况计算,即四面固定,由于Ly/Lx=h/S=347/360=0.964(查建筑工程模板施工手册表5-9-16)双向板在均布荷载作用下的内力及变形系数,得最大弯矩系数:Kmx=-0.0588,最大挠度系数:Kf=0.00153。(a) 强度验算 取1宽的板条为计算单元,荷载为:F3=F1+F2=60+8.4=68.4 KN/=0.0684N/2q=0.0684×1=0.0684N/,但应乘以0.85荷载调整系数,故:q=0.85×0.0684=0.058 N/:Mmax= Kmxqly2=0.0588×0.058×3332=378.2 N· Wx=1/6