菱形挂篮设计方案.docx

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菱形挂篮设计方案

***************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4.2m，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，并将牵引钢绞线一端及千斤顶连接，另一端及挂篮相连。

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、挂篮制造及验收技术规定

5.1、总则

5.1.1钢结构制造、安装和验收所使用计量器具，必须由二级以上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，尚应符合国家现行有关强制性标准规定。

5.2、钢结构制造准备工作

5.2.1编制钢结构制作工艺技术文件

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

包括焊接方法确定；焊接材料选用；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级规定，Q345钢应符合GB1591中B级规定。

5.3.1.2、钢材表面锈蚀等级不超过GB8923A、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1/2。

5.3.1.3、质量证明书上炉号、批号应及实物相符。

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、采用焊接材料应及结构钢材性能相匹配，在保证焊接接头强度和韧性前提下，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、二氧化碳保护气体纯度不低于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（GB1228～1231，GB3632～3633）规定。

5.4、制造

5.4.1、切割

主体结构板材应采用精密（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0.5～2.0mm。

切割面硬度不超过HV350；切割面表面粗糙度25～50。

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～+0.52mm，不圆度允许偏差1mm，螺栓孔中心线倾斜度不大于板厚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孔距偏差为±0.7mm，任意两孔孔距偏差为±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组装措施；

5.4.5.2、应考虑焊接可能性，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。

5.4.5.5、钣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、工字梁及箱形梁组装允许偏差：

L1-L2≤3.0mm（对角线差）

旁弯f≤5.0mm

5.4.5.7、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50～100mm，焊脚尺寸不得大于设计焊脚1/2，定位焊不得有裂纹、夹碴等缺陷。

5.4.6.4、埋弧自动焊缝必须在距设计焊缝端部80mm以外引钣上起、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B

II级探伤20%检验等级B

III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10%，拼装螺栓不少于20%。

5.4.8.2、试装主要尺寸应满足

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：

±5mm

5.4.9、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80μm。

（3）高强度螺栓连接处摩擦面处理及涂装相同。

5.5.10、高强度螺栓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GC＝26kN/m3；

6.1.2、钢弹性模量Es＝2.1×105MPa；

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2[30b普通热轧槽钢组成方形截面杆件构成，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超载系数：

1.05；

浇筑混凝土时动力系数：

1.2；

挂篮空载行走时冲击系数1.3；

浇筑混凝土和挂篮行走时抗倾覆稳定系数：

2.0；

挂篮正常使用时采用安全系数为2.0。

6.3.2、作用于挂篮主桁荷载

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=86×1.05×1.2/2＝54.18t

6.3.2.2、挂篮荷载：

主桁荷载作用于挂篮前支点

P1=9.7×1.2＝11.6t

前吊点承担底篮、横梁、内外滑梁、内外模1/2荷载：

P2=（9.4+7.4+11+11.8）×1.2/2=23.76t

6.3.2.3、前吊点承担人群和机具荷载一半

P3=（0.25×3.5×12.7）×1.2/2=6.67t

6.3.2.4、倾倒和振捣混凝土荷载一半

P4=0.4×3.5×12.7×1.2/2=10.67t

6.3.2.5、单片主桁前吊点荷载

P=G＋P2＋P3＋P4＝（54.18+23.76+6.67+10.67）/2＝47.64t

6.4、挂篮抗倾覆验算

计算说明：

挂篮自重合计约55T，将挂篮后端用精轧螺纹钢锚固在已完成块件竖向精轧螺纹钢上面。

在已完成箱梁上，共设每侧设置3根合计6根Ф32锚杆。

荷载见上图：

倾覆力距：

M倾=W×LW+G×LG

M倾—倾覆力距（T•m）

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=295.4T•m

抗篮倾覆力距：

M抗=∑P抗×LP

P抗—φ32精轧螺纹拉力（51.0T，按屈服强度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=1377.0T•m

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

P1

B540A

P2432.7247.4536.7

C420D

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=2.06×49.1T=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=109.7T

AD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=2.96×108mm4

Iy=2×11674.25cm4=2.335×108mm4

Ix＞Iy，即y为弱轴，以y轴对应惯性半径计算柔度。

ix=√（I/A）=√（2.289×108）/（2×4568）=98mm

柔度λy=（5367×0.5）/98=27

查表：

稳定系数ω=1.23

4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变位，

ΔL总变形=∑ΔL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

ΔL总变形—挂篮总变形

ΔL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—杆件虚功内力

L—杆件长度

E—杆件弹模

A—杆件截面积（取较小[30b组合梁截面）

ΔL总变形=∑ΔL各杆件变形=NKAB×NPABLAB/EAB×AAB+NKAD×NPADLAD/EAD×AAD+NKBC×NPBCLBC/EBC×ABC+NKBD×NPBDLBD/EBD×ABD+NKCD×NPCDLCD/ECD×ACD

=P1×（540×22+536.7×2.242+432.7×22+247.4×1.22+420×1.712）×1000/（2E6×75.05×4）

=0.00957×P1

=0.0136×125.6=1.7cm。

（备注：

2.02.2421.21.71分别是5个杆件内力是P1倍数）

通过理论计算此挂篮在最重1#块86吨砼和模型重量荷载作用下，其前吊点变形位1.7厘米,符合规范2厘米要求。

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、底模、底模纵梁、前下横梁以及施工荷载总重量经计算为：

G＝G1＋G2＝98.2＋13.4＝111.6T

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+19.55×0.3t/m2×4=98.2t，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=55.8t

L=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Φ32精轧螺纹粗钢筋吊杆吊挂，Φ32精轧螺纹粗钢筋采用40Si2Mov钢材，屈服强度750MPa，容许应力[σ]=0.7×750MPa=525MPa，容许剪应力[τ]=0.6[σ]=315MPa。

挂篮后锚系统采用6Φ32精轧螺纹钢筋，尽量利用桥梁已有竖向预应力筋，Φ32精轧螺纹钢筋采用40Si2Mov钢材，屈服强度750MPa，容许应力[σ]=0.7×750MPa=525MPa，容许剪应力[τ]=0.6[σ]=315MPa。

每节段混凝土前后段均采用用8根Φ32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重量为105KN，安全系数K＝5.27，符合设计要求。

6.9、底模受力计算

已知最大块模板尺寸:

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强度及钢度。

6.9.1、面板验算

选面板小方格中最不利情况计算,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㎜宽板条为计算单元,荷载为:

F3=F1+F2=60+8.4=68.4KN/㎡=0.0684N/㎜2

q=0.0684×1=0.0684N/㎜,但应乘以0.85荷载调整系数,故:

q=0.85×0.0684=0.058N/㎜:

Mmax=Kmxqly2=0.0588×0.058×3332=378.2N·㎜

Wx=1/6bh2=1/6×1×62=6㎜3

由式бmax=Mmax/rx·Wx=378.2/1×6=63.03N/㎜2＜215N/㎜2（查建筑工程模板施工手册表5-2-4）满足要求;

（b）挠度验算:

Vmax=Kf·Fly4/B0

取F=50KN/㎡=0.05N/㎜2

B0=E·h3/12×（1-r2）=2.06×105×63/12×（1-0.32）=40.75×105N·㎜

则Vmax=0.00153×（0.05×3334/40.75×105）=0.23㎜

[ν]=ly/500=0.67＞0.23㎜满足要求；

6.9.2、肋板计算：

（a）荷载：

q=F3·h=0.0684×347=23.73N/㎜

（b）强度验算：

根据钢板120×6

Wx=1/6·b·h2=1/6×10×1002=1.0×104㎜3

Ix=1/12·b·h3=1/12×10×1003=5×105㎜4

бmax=Mmax/rx·Wx=0.125×25.58×3472/1×1.0×104=42.3N/㎜2＜f=215N/㎜2

满足要求；

（c）挠度验算：

荷载:

q2=F·h=0.05×347=17.35N/㎜

跨中部分挠度

Vmax=q2ly4/384EI（5-24λ2）=17.35×3744/384×2.06×105×5×105×（5-24×02）=0.029㎜＜ly/500=0.67㎜

故此钢模板强度及钢度均满足要求；