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1、目 录1 工程概况12 设计依据13 基本设计参数14 箱梁挂篮悬浇设计荷载及组合24.1 悬浇挂篮结构24.2 荷载计算24.3 荷载组合45 挂篮计算45.1 1块计算45.2 4块计算66.3 挂篮构件受力验算96 挂篮行走计算126.1工况计算126.2行走时挂篮构件受力验算157连接结构验算167.1 主桁杆件端部强度的计算167.1.1局部挤压强度的计算167.1.2 拉伸强度的计算177.1.3 剪切强度的计算177.1.4 销子强度的计算177.2 节点板强度的计算177.2.1 剪切强度的计算178.2.2 顶口抗压强度的计算188 计算结果分析189 挂篮荷载试验18挂篮设
2、计计算书1 工程概况根据图纸要求该挂篮能满足铁路80m 连续梁的浇筑要求，为此在设计主承重结构中，其构造尺寸和受力性能满足80m的悬浇要求。2 设计依据1、现浇预应力混凝土连续梁施工图；2、公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000；3、钢结构设计规范GBJ17-88；4、路桥施工计算手册；5、桥梁工程、结构力学、材料力学；6、机械设计手册；3 基本设计参数(1)贵广铁路（48.65+280+44.85）挂篮悬浇箱梁为变高度预应力混凝土箱梁，箱梁宽度沿桥轴线为等截面，箱梁自重根据设计混凝土方量计算。混凝土自重：G砼=26kN/m3；弹性模量：E钢=2.1105MPa；(2)材料允许应力：根据我
3、国行业标准，对于Q235材料，85MPa，140MPa；对于临时结构（挂篮次要部位）（包括模板、连接系、模板滑梁），容许应力可提高30%，材料容许应力851.3=110MPaMPa，1401.3=182MPa。(3)挂篮系统设计计算采用计算机电算和手算相结合的方式，电算程序采用美国CSI公司的Sap2000 V10专业结构设计软件。计算中考虑到各种系数如下：考虑箱梁混凝土浇注时膨胀等的超载系数：1.05；新浇混凝土等自重系数：1.1；挂篮空载行走时冲击系数：1.3；施工人员及机具荷载系数：1.0；倾倒混凝土时产生的冲击荷载分项系数：1.0振捣混凝土时产生的竖向荷载分项系数：1.0； 浇注混凝土
4、和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0。(4)施工阶段抗风设计的基本风速取V10=13.8m/s（六级风速），挂篮结构设计按该值进行计算。(5)施工期间，在浇筑箱梁混凝土前，注意气象情况预报，应避开在超出设计条件的气象情况下进行施工。4 箱梁挂篮悬浇设计荷载及组合4.1 悬浇挂篮结构挂篮为菱形挂篮，主桁杆件由232b槽钢组成，槽钢两侧各贴一块钢板形成箱形截面杆件，各杆之间通过节点板及材质45#钢的销子连接。前上横梁由2I45a型钢组成，后锚梁由2I40a型钢组成，底篮前后托梁由240a普通热轧槽钢组成，底篮纵梁为I32a。模板重量和浇筑混凝土阶段混凝土的重量由挂篮前吊杆和后吊杆承担。前、后吊杆均
5、采用32mm精轧螺纹钢筋，通过上部分配梁将底篮悬吊。浇注混凝土时，为了平衡前吊点产生的倾覆力矩，通过一组穿过箱梁顶板的锚筋锚固。挂篮移动时由反扣在工字钢轨道上的行走小车来平衡倾覆力矩，底模后吊由挂篮顶端中部移篮横梁两端悬吊的钢丝绳及手动葫芦承担。挂篮共重50.91t，箱梁最重节段为1#节段，重量为139.123t（长2.7m）；挂篮质量与箱梁块段重之比（挂篮工作系数）：50.91/139.123=0.36。4.2 荷载计算(1)箱梁恒载预应力钢筋混凝土自重每方按26kN计算。梁高及底板厚按二次抛物线变化。最重节段为1#块，长2.7m，重量为139.123t，最长节段为4#节段，长3.5m，重1
6、34.013t。 (2)人员、施工机具设备及材料堆载等施工荷载按1.0kPa控制设计，按标准断面计算。刚度计算时不计。模板面板及加劲肋计算时取2.5kPa。(3)振捣混凝土时产生的水平荷载倾倒混凝土时产生的冲击荷载取1. 0kPa控制设计。刚度计算时不计。(4) 倾倒混凝土时产生的竖向荷载振捣混凝土时产生的荷载取2.0kPa控制设计。仅作为水平荷载在分析侧模强度时作用于侧模。 (5)混凝土偏载箱梁两侧腹板浇注的混凝土最大偏差取腹板重量的20%控制验算。(7)风荷载根据公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 计算风荷载标准值：纵梁、立柱及前后斜撑式中：-风荷载标准（KN）；-设计基准风压（
7、KN/m2）；-迎风面积（m2）,纵梁6.6m2，前斜撑及立柱16m2；斜撑及平联6.54 m2。-桥梁所在地区的设计基本风速（m/s），当风力大于6级时停止吊装，6级风的最大风速为13.8m/s。-高度Z处的设计基准风速（m/s）；-距地面或水面的高度；取45m；-空气重力密度（KN/m3）；-设计风速重现期换算系数，对于施工架设期桥梁取0.75。-地形、地理条件系数，按公路桥梁设计通用规范中表4.3.7-1取1.00；-阵风风速系数，取1.38；-考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，可按公路桥梁设计通用规范中表4.3.7-3取1.42；-风载阻力系数；取1.824公路桥梁设计
8、通用规范中表4.3.7-44.3.7-6；-遮挡系数0.924；-重力加速度，取9.81m/s2。4.3 荷载组合挂篮设计荷载包括：箱梁恒载、超载、挂篮自重、施工荷载、风荷载。风速超过设计条件时停止施工。荷载组合如下：荷载组合：混凝土重量+动力附加荷载+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群和机具荷载；荷载组合：挂篮自重+冲击附加荷载其中荷载组合、用于主桁承重系统强度、刚度和稳定性计算，荷载组合用于挂篮行走计算。5 挂篮计算梁箱梁最重的为1#块段（2.7m），最长的为4#块段（3.5m），采用计算软件sap2000建立计算模型对浇筑这两个块段时进行模拟。5.1 1块计算在该工况下SAP2000的计算
9、模型加载如图5-1所示；受力如图5-25-4所示。各杆件受力的计算结果如表5-1所示。图5-1 模型加载图图5-2 轴力图图5-3 弯矩图图5-4 剪力图表5-1 荷载组合杆件受力（2.7m节段）名称最大拉（压）力（kN）最大弯矩（kNm）最大剪力（kN）备注主桁后锚点-325.7/前吊点/前斜杆-583.765.793.92232a水平杆-491.823.684.25232a后斜杆602.814.853.53232a上弦杆491.824.513.97232a中立杆-363.72/232a前上横梁/119.32158.262I45a底篮前托梁/68.7394.852I40a后托梁/98.942
10、27.422I40a纵梁/76.7483.37I32b悬吊系统前吊杆119.92/32后吊杆358.37/32滑梁/83.1783.92232a5.2 4块计算在该工况下SAP2000的计算模型如图5-5所示，受力如图5-65-8所示；各杆件受力的计算结果见下表5-2所示，其中吊杆位移为吊杆伸长量。图5-5 模型加载图图5-6 轴力图图5-7 弯矩图图5-8 剪力图表5-2 荷载组合杆件受力（3.5m节段）名称最大拉（压）力（kN）最大弯矩（kNm）最大剪力（kN）备注主桁后锚点-385.42/前吊杆/前斜杆-684.575.793.92232a水平杆-577.123.684.25232a后斜
11、杆706.944.853.53232a上弦杆577.124.513.97232a中立杆-423.43/232a前上横梁/142.32188.842I45a底篮前托梁/90.57107.142I40a后托梁/71.96178.142I40a纵梁/72.2363.87I32b悬吊系统前吊杆139.81/32后吊杆299.67/32滑梁/88.3678.2232a5.3 挂篮构件受力验算通过以上计算，挂篮各杆件的最大受力汇总于表6-3中。表6-3 杆件最大受力情况名称最大拉（压）力（kN）最大弯矩（kNm）最大剪力（kN）备注主桁后锚点-385.42/前吊杆/前斜杆-684.575.793.9223
12、2a水平杆-577.123.684.25232a后斜杆706.944.853.53232a上弦杆577.124.513.97232a中立杆-423.43/232a前上横梁/142.32188.842I45a底篮前托梁/90.57107.142I40a后托梁/98.94227.422I40a纵梁/76.7483.37I32b悬吊系统前吊杆139.81/32后吊杆358.37/32滑梁/88.3683.92232a对挂篮各受力构件进行强度验算（1）单侧后锚固点计算，负号表示反力方向向下。后锚点设2根精轧螺纹钢，则倾覆安全系数为：（2）主桁前斜杆验算主桁前斜杆由232a槽钢组焊而成，上下贴10mm的
13、钢板（宽300mm），材质为Q235b。L=4.72m，A=15572.69 mm2，W=1830.13cm3；前斜杆承受压力N=684.57kN，弯矩M=5.79kNm。前斜杆强度验算：max=N/A+M/W=47.12MPa182MPa，满足要求。稳定验算：，受压杆件的稳定系数=0.893182MPa，满足要求。（3）主桁水平杆验算主桁水平杆由232a槽钢组焊而成，上下贴10mm的钢板（宽300mm），材质为Q235b。L=5.56m，A=15572.69 mm2，W=1830.13cm3，水平杆承受压力N=577.12kN，弯矩M=3.68kNm。水平杆强度验算：max=N/A+M/W=
14、39.07MPa182MPa，满足要求。稳定验算：，受压杆件的稳定系数=0.88182MPa，满足要求。（4）主桁后斜杆验算主桁后斜杆由232a槽钢组焊而成，上下贴10mm的钢板（宽300mm），材质为Q235b。L=4.4m，A=15572.69 mm2，W=1830.13cm3；后斜杆承受拉力N=706.94kN，弯矩M=4.85kNm。后斜杆强度验算：max=N/A+M/W=48.05MPa182MPa，满足要求。（5）主桁上弦杆验算主桁上弦杆由232a槽钢组焊而成，上下贴10mm的钢板（宽300mm），材质为Q235b。L=6.4m，A=15572.69 mm2，W=1830.13cm
15、3，上弦杆承受拉力N=577.12kN，弯矩M=4.51kNm。上弦杆强度验算：max=N/A+M/W=39.52MPa182MPa，满足要求。（6）中立杆验算中立杆由232a槽钢组焊而成，上下贴10mm的钢板（宽300mm），材质为Q235b。L=2.79m，A=15572.69 mm2；承受压力N=423.43kN。强度验算：=N/A=27.19MPa182Mpa，满足要求；稳定验算：，查表得受压杆件的稳定系数=0.933，满足要求。（7）前上横梁前顶横梁由2I45a型钢组成，上下贴10mm钢板。截面特性为：A=20244.89mm2，W=2822.43cm3，d=23mm；前顶横梁承受剪
16、力Q=188.84kN，弯矩M=142.32kNm前顶横梁强度验算：max= M/W=50.42MPa，满足要求； ，满足要求。（8）前、后托梁前、后托梁由2I40a槽钢组成，上下贴10mm钢板。截面特性为：A=17013.85 mm2，W=2138.79cm3，d=21mm；承受剪力Q=227.42kN，弯矩M=98.94kNm强度验算：max= M/W=46.26MPa，满足要求。（9）纵梁纵梁由I32b槽钢组成，截面特性为：A=6627.9mm2，W=681.88cm3，d=9.5mm；纵梁承受剪力Q=83.37kN，弯矩M=76.74kNm。纵梁强度验算：max= M/W=112.54
17、MPa，满足要求； ，满足要求。（10）吊杆吊杆为直径32的精轧螺纹钢进，由计算知，浇注1#块时，后吊杆拉力最大，为358.37KN。此时吊杆的拉应力：= N/A=358370/804.25=445.59Mpa700Mpa（11）滑梁纵梁由232a槽钢组成，上下贴10mm钢板。截面特性为：A=9572.69mm2，W=923.26cm3，d=16mm；纵梁承受剪力Q=83.92kN，弯矩M=88.36kNm。滑梁强度验算：max= M/W=95.7MPa，满足要求； ，满足要求。6 挂篮行走计算6.1工况计算在挂篮行走过程中，风速对挂篮构件受力会有一定的影响。工况：挂篮自重+横向风载+模板重。
18、加载情况如图6-1所示；受力情况如图6-26-4所示。图6-1 模型加载图图6-2 轴力图图6-3 弯矩图图6-4 剪力图表6-1杆件受力名称最大拉（压）力（kN）最大弯矩（kNm）最大剪力（kN）备注主桁后锚点-76.44/前斜杆-158.535.793.92232a水平杆-132.043.684.25232a后斜杆167.854.853.53232a上弦杆131.894.513.97232a中立杆-113.07/232a前上横梁/31.2935.772I45a底篮前托梁/12.653.452I40a后托梁/37.6529.842I40a纵梁/5.324.25I32b悬吊系统前吊杆24.55
19、/32钢绳43.23/滑梁/8.186.55232a6.2行走时挂篮构件受力验算挂篮行走时挂篮各构件受力情况如表6-1所示。由上表可以看出挂篮在行走时，菱形主桁，前顶横梁，前、后托梁，纵梁，滑梁，吊杆受力均小于箱梁浇筑时，后锚点受力也远小于浇筑时受力。以下对主桁侧吊架系统受力进行验算。（1）行走时后锚计算行走时，移篮轨道的力由锚固轨道的钢筋来承担，行走时，后锚点受力为76.44KN。按4倍的安全系数建议用4根直径25的钢筋锚固移篮轨道（2）行走时轨道局部验算轨道采用2I25a组焊而成。上面贴10mm的钢板。在轮压集中力P作用下，普通工字钢轨梁在腹板根部点1和2（见图6-5）的局部应力可分别为：
20、点1：，点2：图6-5 轨道横断面图单个轨道上一个轮压值为：；取1.38，取1.25；a/c=0.72，可查表得：=0.47，=1.55，=1.70；取23mm。根据公式可得： =-1.381.5519110/232=-77.27MPa182MPa=1.380.4719110/232=-23.43MPa182MPa=1.251.7019110/232=76.76MPa8,满足8倍安全系数要求。7连接结构验算7.1 主桁杆件端部强度的计算7.1.1局部挤压强度的计算主桁中立柱、主梁端部组焊件结构形式基本相同：内侧贴焊20mm 的Q235b钢板，故节点处的局部承压采用其中最不利受力进行计算：前斜杆
21、局部受最大压力684.57kN，节点处杆件截面见图7-1所示，计算中以Q235钢控制。图7-1 主桁局部受压截面，满足要求。7.1.2 拉伸强度的计算主桁杆件端部因销孔的存在而使该断面的截面积减小，导致受力不利；局部加强后拉伸强度的计算如下。计算中选用该处受力最大的主桁杆件（后斜杆），F=706.94kN，则，满足要求。7.1.3 剪切强度的计算该计算中主桁后斜杆受力最为不利，以下计算采用后斜杆受力的最大值进行计算Fs=706.94kN，销孔边缘距拉杆端点最近距离为179.5mm，依此面按Q235b钢进行抗剪计算，则：，满足要求。7.1.4 销子强度的计算 主桁构件中，后斜杆的销子受力最为不利
22、，销子直径为120mm。根据结构受力插销为双剪，受最大剪力Fs=706.94kN，故：=585MPa，满足要求。7.2 节点板强度的计算节点板材料采用Q235b钢，取其技术参数为，7.2.1 剪切强度的计算后斜杆处的节点板受力最不利，Fs=706.94kN，销孔边缘距节点板端部最近距离为179.5mm，依此面进行剪切强度的计算，则：7.2.2 顶口抗压强度的计算节点板局部挤压强度的计算采用其中最不利受力状态： Fs=706.94kN，销孔直径121，厚度40mm，则：=200MPa，满足要求。8 计算结果分析1）通过计算可以结果得出：此挂篮各部分构件均可满足受力要求，主桁、底篮刚度均可满足规范
23、要求，且具有较大的安全储备。2）图纸中后支座与轨道的连接物滚轮，挂篮行走时会产生很大的摩擦，上述计算中加入了滚轮。建议实施中采用此种方式。在行走时，车轮中心位置越靠近轨道腹板，轨道型钢翼缘受力越有利，因此，在挂篮行走时，要保证小车的行走位置，不要偏移。3）挂篮行走时，手拉葫芦可以换成2个10t，钢丝绳建议选用直径26的。4）请增加：腹板下的纵梁弯应力力相对较大（满足规范应力要求），挂篮加工时应注意安装精度，保证均匀受力；同时注意不得损伤截面。9 挂篮荷载试验为了保证挂篮系统的安全性，在进行箱梁混凝土浇注之前，须在超重情况下逐级进行挂篮荷载的预压试验，设置挂篮施工的预拱度。预压可采用沙袋、水带或钢筋堆载的方式进行。加载的位置应与箱梁结构相对应，腹板、底板和翼板位置处加载应不同。加载时严格观测，并记录观测数据。加载时采取逐次增重的方法：按设计重量的80、100和110逐级加载；严禁一次加载至110。挂篮施工的预拱度的确定除了需要挂篮预压时的测量数据外，还需在每段的施工前后对箱梁进行多次的沉降观测来提供数据。主要是箱梁浇注后、挂篮移位前，挂篮移位后（张拉前）、张拉后等几次的沉降观测，自0#块浇注完成后便开始此过程直至箱梁合拢完成。每次沉降观测完成后及时提供数据以便确定下一段模板调整的预拱度。
