菱形挂篮设计方案.docx

1、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5

2、5t（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

3、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

4、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

5、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（GB12281231，GB36323633）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0.52.0mm。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

6、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

7、、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-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5010

8、0mm，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 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

9、，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： 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)高强度螺栓连接处摩擦面处理及涂

10、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GC26kN/m3；6.1.2、钢弹性模量Es2.1105MPa；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

11、.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=861.051.2/254.18t6.3.2.2、挂篮荷载：主桁荷载作用于挂篮前支点P1=9.71.211.6t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.

12、76t6.3.2.3、前吊点承担人群和机具荷载一半P3=(0.253.512.7)1.2/2=6.67t6.3.2.4、倾倒和振捣混凝土荷载一半P4=0.43.512.71.2/2=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32锚杆。荷载见上图：倾覆力距：M倾=WLW+GLGM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）

13、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= WLW+GLG=55T1.8m+98.2T2m=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75%计算）LP 锚固精轧螺纹距前支点距离（m）M抗= P抗LP =651.0T4.5m=1377.0 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 P1 B 540 A P2 432.7 247.4 536.7 C 420 D P3 已知参数如下：各杆件理

14、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=2.0P1=249.1T=98.2T，AD=2.235P1=2.23549.1T=109.7T，BC =2.06P1=2.0649.1T=101.1T，BD =1.18P1=1.1849.1T=57.9T，CD =1.71P1=1.7149.1T=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=214783.25cm4=2.96108mm

15、4Iy=211674.25cm4=2.335108mm4Ix Iy，即y为弱轴，以y轴对应惯性半径计算柔度。ix=（I/A）=（2.289108）/（24568）=98mm柔度y=（53670.5）/98=27查表：稳定系数=1.234根30b号槽钢允许承受内力为N=461.05cm286T/cm21.23=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，L总变形= L各杆件变形= NK杆件INP各杆件L各杆件i/E各杆件IA各杆件i L总变形挂篮总变形L各杆

16、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)L总变形= L各杆件变形= NKABNPAB LAB /EABAAB + NKAD NPAD LAD /EADAAD + NKBC NPBC LBC /EBCABC + NKBDNPBD LBD /EBDABD+ NKCD NPCD LCD /ECDACD =P1（54022+536.72.242+432.722+247.41.22+4201.712） 1000/(2E675.054)=0.00957P1=0.0136125.6=1.7cm。（备注：2.0 2

17、.24 2 1.2 1.71 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：GG1G298.213.4111.6T其中G1=(2.432+4.1)4.02.5t/m3+(8.150.53+8.550.48)/24.02.5

18、t/m3+19.550.3 t/m24=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=0.12555.83.7=25.81tm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=268510cm4抗弯截面模量W=22447cm3杆件应力=M/W=25.81tm105/22447cm3=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（

19、下横梁吊杆横向间距）M=0.125PL=0.12555.82.04=14.23tm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=222780cm4抗弯截面模量W=21140cm3杆件应力=M/W=14.23tm105/21140cm3=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=0.7750MPa= 525MPa，容许剪应力=

20、0.6=315MPa。挂篮后锚系统采用632精轧螺纹钢筋，尽量利用桥梁已有竖向预应力筋，32精轧螺纹钢筋采用40Si2Mov钢材，屈服强度750MPa，容许应力=0.7750MPa= 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1006,试全面验算此

21、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=68.4 KN/=0.0684N/2q=0.06841=0.0684N/,但应乘以0.85荷载调整系数,故:q=0.850.0684=0.058 N/:Mmax= Kmxqly2=0.05880.0583332=378.2 N Wx=1/

22、6bh2=1/6162=63由式max=Mmax/rxWx=378.2/16=63.03 N/2215 N/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=KfF ly4/B0取F=50KN/=0.05 N/2B0=Eh3/12(1-r2)=2.0610563/12(1-0.32)=40.75105 N则Vmax=0.00153(0.053334/40.75105)=0.23 = ly/500=0.670.23满足要求；6.9.2、肋板计算：(a)荷载： q=F3h=0.0684347=23.73 N/(b)强度验算：根据钢板1206 Wx=1/6bh2=1/6101002=1.01043 Ix=1/12bh3=1/12101003=51054max=Mmax/rxWx=0.12525.583472/11.0104=42.3 N/2f=215 N/2满足要求；(c)挠度验算：荷载:q2=Fh=0.05347=17.35 N/跨中部分挠度Vmax= q2 ly4/384EI(5-242)= 17.353744/3842.061055105(5-2402)=0.029ly/500=0.67故此钢模板强度及钢度均满足要求；