20**屆理論與應(yīng)用力學(xué)PAGE20課程設(shè)計名稱：過程控制與自動化儀表課程設(shè)計題目：管式換熱器恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：自動化姓名：學(xué)號：課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目管式換熱器恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計任務(wù)在工業(yè)生產(chǎn)用，往往需要對液體進行溫度控制。換熱器的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。本次設(shè)計主要是通過了解換熱器的工作原理,通過對控制對象，被控對象，調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥等相關(guān)參數(shù)的選擇,來實現(xiàn)換熱器恒溫工作的最佳實現(xiàn)。三、設(shè)計計劃過程控制與自動化儀表課程設(shè)計共計1周內(nèi)完成。第1～2天查資料，熟悉題目；第3～5天方案分析，具體按步驟進行設(shè)計及整理設(shè)計說明書；第6天準(zhǔn)備答辯；第7天答辯。四、設(shè)計要求1、設(shè)計工作量為按要求完成設(shè)計說明書一份；2、設(shè)計必須根據(jù)進度計劃按期完成；3、設(shè)計說明書必須經(jīng)知道教師審查簽字方可答辯。指導(dǎo)教師：教研室主任：時間：年月日xxxxxx大學(xué)課程設(shè)計成績評定表學(xué)期姓名專業(yè)電氣工程及其自動化班級課程名稱過程控制與自動化儀表課程設(shè)計設(shè)計題目管式換熱器恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計評定標(biāo)準(zhǔn)評定指標(biāo)分值得分知識創(chuàng)新性20理論正確性20內(nèi)容難易性15結(jié)合實際性10知識掌握程度15書寫規(guī)范性10工作量10總成績100評語：任課教師時間年月日備注摘要過程控制在石油、化工、電力、冶金等部門有廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)50年代，過程控制主要用于使生產(chǎn)過程中的一些參量保持不變，從而保證產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)定。60年代，隨著各種組合儀表和巡回檢測裝置的出現(xiàn)，過程控制已開始過渡到集中監(jiān)視、操作和控制。70年代，出現(xiàn)了過程控制最優(yōu)化與管理調(diào)度自動化相結(jié)合的多級計算機控制系統(tǒng)。80年代，過程控制系統(tǒng)開始與過程信息系統(tǒng)相結(jié)合，具有更多的功能。當(dāng)前，過程控制已進入全新的、基于網(wǎng)絡(luò)的計算機集成過程控制時代。DIPS是以企業(yè)整體優(yōu)化為目標(biāo)，以計算機及網(wǎng)絡(luò)為主要技術(shù)工具，以生產(chǎn)過程的管理與控制為主要內(nèi)容，將過去傳統(tǒng)自動化的“孤島”模式集成為一個有機整體，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、分布式控制、先進過程控制策略、智能控制等則成為實現(xiàn)CIPS的重要基礎(chǔ)?？梢灶A(yù)見，過程控制將在我國現(xiàn)代化建設(shè)過程中得到更快的發(fā)展和發(fā)揮越來越重要的作用。本設(shè)計以過程控制理論為基礎(chǔ)，全面闡述在工業(yè)生產(chǎn)過程中，換熱器溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計過程，包括對被控參數(shù)、控制參數(shù)、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥的選定、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等相關(guān)方面的設(shè)計。關(guān)鍵詞：過程控制；工業(yè)生產(chǎn)；換熱器目錄1前言················································································12控制方案的確定·······························································22.1恒溫控制系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求···················································22.2控制參數(shù)與被控參數(shù)的選擇···················································22.2.1被控參數(shù)的選擇·································································22.2.2控制參數(shù)的選擇·································································22.3系統(tǒng)原理圖及方框圖····························································22.3.1控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖····························································22.3.2系統(tǒng)框圖·········································································33測量儀表的選擇·······························································43.1變送器的選擇····································································43.2調(diào)節(jié)閥的選擇····································································43.2.1調(diào)節(jié)閥的啟開氣關(guān)形式·························································43.2.2調(diào)節(jié)閥的流量特性······························································43.2.3調(diào)節(jié)閥的理想流量特性·························································53.3調(diào)節(jié)器的選擇································································53.3.1調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇·································································53.3.2調(diào)節(jié)器儀表的選擇······························································53.3.3調(diào)節(jié)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)······························································64調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定··························································115結(jié)論···············································································126設(shè)計體會········································································13參考文獻···········································································141前言20世紀(jì)50年代，過程控制主要用于使生產(chǎn)過程中的一些參量保持不變，從而保證產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)定。60年代，隨著各種組合儀表和巡回檢測裝置的出現(xiàn)，過程控制已開始過渡到集中監(jiān)視、操作和控制。70年代，出現(xiàn)了過程控制最優(yōu)化與管理調(diào)度自動化相結(jié)合的多級計算機控制系統(tǒng)。80年代，過程控制系統(tǒng)開始與過程信息系統(tǒng)相結(jié)合，具有更多的功能。當(dāng)前，過程控制已進入全新的、基于網(wǎng)絡(luò)的計算機集成過程控制時代。DIPS是以企業(yè)整體優(yōu)化為目標(biāo)，以計算機及網(wǎng)絡(luò)為主要技術(shù)工具，以生產(chǎn)過程的管理與控制為主要內(nèi)容，將過去傳統(tǒng)自動化的“孤島”模式集成為一個有機整體，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、分布式控制、先進過程控制策略、智能控制等則成為實現(xiàn)CIPS的重要基礎(chǔ)?？梢灶A(yù)見，過程控制將在我國現(xiàn)代化建設(shè)過程中得到更快的發(fā)展和發(fā)揮越來越重要的作用。本設(shè)計以過程控制理論為基礎(chǔ)，闡述在工業(yè)生產(chǎn)過程中，換熱器溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計過程，包括對被控參數(shù)、控制參數(shù)、數(shù)學(xué)模型的建立、調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥的選定、調(diào)節(jié)器參數(shù)整定等相關(guān)方面的設(shè)計。2控制方案的確定2.1恒溫控制系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求在工業(yè)生產(chǎn)用，往往需要對液體進行溫度控制。圖2-1是管式換熱器恒溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。其工藝要求用蒸汽將進入其中的冷水加熱到一定溫度，并將熱水溫度維持在一定范圍內(nèi)()。圖2-1管式恒溫控制系統(tǒng)原理圖2.2控制參數(shù)與被控參數(shù)的選擇2.2.1被控參數(shù)的選擇被控參數(shù)的選擇對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)以及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟運行等都具有決定性的意義。如果被控參數(shù)選取不當(dāng)，無論是此何種控制方法，還是采用何種先進的檢測儀表，都難以達(dá)到預(yù)期的控制效果。對于本系統(tǒng)，由于要對經(jīng)換熱器后的熱水的溫度進行控制，所以根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，選取換熱器出口溫度作為直接被控參數(shù)。設(shè)置合理的調(diào)節(jié)器對換熱器的出口溫度進行控制。2.2.2控制參數(shù)的選擇由換熱器控制系統(tǒng)的工作原理可知，影響影響換熱器的出口溫度的參數(shù)有兩個，一個是冷水的流入量，再一個是熱蒸汽的流入量。調(diào)節(jié)這兩個參數(shù)均可以控制換熱器出口的溫度。但是根據(jù)生產(chǎn)工藝可知，流入乙烯裂解氣的流量是一定的，所以選取熱蒸汽的流入量作為控制參數(shù)。2.3系統(tǒng)原理圖及方框圖2.3.1控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖恒溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示圖2-2系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖2.3.2系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖如圖2-3所示X(s) Y(s) 圖2-3控制系統(tǒng)框圖3測量儀表的選擇3.1變送器的選擇根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，宜選用DDZ-III型儀表。采用24V直流電源集中統(tǒng)一供電，整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)，而且增加了安全單元─安全保持器，實現(xiàn)了控制室與危險場所之間的能量限制與隔離，使儀表無論在正常運行，還是在事故狀態(tài)下，都不會引爆，儀表的安全性、可靠性顯著提高。采用國際標(biāo)準(zhǔn)信號制，現(xiàn)場傳輸信號為4-20mA直流電流，控制室聯(lián)絡(luò)信號為1-5V直流電壓，信號電流和信號電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。測溫原件及變送器的選擇。因為被控溫度在150以下，故選用熱電阻溫度計。為提高精度，采用三線制接法，并配用溫度變送器。3.2調(diào)節(jié)閥的選擇3.2.1調(diào)節(jié)閥的啟開氣關(guān)形式氣開是指當(dāng)氣壓信號p>0.02MPa時，閥由關(guān)閉狀態(tài)逐漸打開；氣關(guān)則相反，即當(dāng)氣壓信號p>0.02MPa時，閥由全開狀態(tài)逐漸關(guān)閉。由于執(zhí)行機構(gòu)有正、反作用兩種方式，閥體也有正、反兩種形式。所以，執(zhí)行期的“氣開”、“氣關(guān)”有四種構(gòu)成方式，如圖3-1所示：圖3-1氣開、氣關(guān)示意圖調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)選擇，主要從工藝生產(chǎn)的安全來考慮。換句話說，當(dāng)發(fā)生斷電或其他故障引起控制信號中斷是，執(zhí)行器的工作狀態(tài)應(yīng)避免損壞設(shè)備和傷害操作人員。對于本系統(tǒng)，當(dāng)控制信號為零時，要求蒸汽的進入量亦為零，避免當(dāng)控制信號中斷時，換熱器由于進入的熱蒸汽使其溫度過高而發(fā)生事故。故調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣開式調(diào)節(jié)閥。3.2.2調(diào)節(jié)閥的流量特性調(diào)節(jié)閥的流量特性是指流體通過閥門的相對流量與閥門的相對開度數(shù)學(xué)表達(dá)式為3.2.3調(diào)節(jié)閥的理想流量特性理想流量特性是指調(diào)節(jié)閥前后壓差保持不變時得到的流量特性（1）直線流量特性：指流過調(diào)節(jié)閥的相對流量與閥門的相對開度成直線關(guān)系，即閥桿單位行程變化所引起的流量變化是常數(shù)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為（2）對數(shù)流量特性（等百分比）流量特性是指單位行程變化所引起的相對流量變化與該點的相對流量成正比關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（3）快開流量特性是在小開度時，就有較大流量，隨著開度的增加，流量很快就增加到最大，此后再增加開度，流量的變化很小。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：綜合以上調(diào)節(jié)閥的流量特性分析可知，選用對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥更為適宜。3.3調(diào)節(jié)器的選擇3.3.1調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)規(guī)律為比例、積分和微分調(diào)節(jié)規(guī)律，簡稱PID。即使是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展、許多新的控制方法不斷涌現(xiàn)的今天，PID仍作為最基本的控制方式顯示出強大的生命力。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：其相應(yīng)的傳遞函數(shù)為：其中為比例度，為積分時間，為微分時間PID調(diào)節(jié)提高了系統(tǒng)的誤差度，為動態(tài)性能改善提供了可能。因此，PID兼顧了靜態(tài)和動態(tài)兩個方面的控制要求，因而能取得較為滿意的調(diào)節(jié)效果。所以本設(shè)計采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。3.3.2調(diào)節(jié)器儀表的選擇根據(jù)設(shè)計要求，選用DDZ-III型PID基型調(diào)節(jié)器DDZ-III調(diào)節(jié)器的主要技術(shù)參數(shù)有：測量信號：1-5VDC；外給定信號：4-20mADC;內(nèi)給定信號：1-5VDC；測量與給定的指示精度：1%;輸入阻抗影響：滿刻度的0.1%輸出保持特性：-0.1%/h;輸出信號：4-20mADC;調(diào)節(jié)精度：0.5%;負(fù)載電阻：205-7503.3.3調(diào)節(jié)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由圖3-2輸入電路可知，給定信號和以零伏（地）為基準(zhǔn)的，分別通過兩對并聯(lián)輸入電阻R加到運算放大器的正、反輸入端，其輸出是以10V為基準(zhǔn)的電壓信號，它一方面作為下一級電路的輸入，另一方面則取出輸出電壓的一半通過反饋電阻反饋到輸入端。圖3-2輸入電路設(shè)放大器為理想的放大器，其輸入阻抗為無窮大，T點與F點同電位，即,由和，可得：經(jīng)整理有：由以上過程可知：輸入電路能實現(xiàn)測量值與給定值的相減，獲得放大兩倍的偏差信號。輸入電路將兩個以零伏為基準(zhǔn)的輸入電壓，轉(zhuǎn)換成以電平為基準(zhǔn)的偏差電壓，實現(xiàn)了電平的移動。比例積分電路如圖3-3所示。它接收以10V為基準(zhǔn)的電信號，進行PI運算后，輸出以10V為基準(zhǔn)的1-5V電壓，送至輸出電路。根據(jù)基爾霍夫第一定律，輸出量與輸入量之間的拉氏變換為：（3-1）式中，m=1或m=10.對于運算放大器，則有：（3-2）式中，為放大器增益。將式(3-1)代入式(3-2)，經(jīng)整理后可得：由于，所以有,若忽略不計，則有：（3-3）式中，為積分增益，;為積分時間，。式（3-3）為具有飽和特性的比例積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。由式（）可見，由于增加了積分時間環(huán)節(jié)，積分時間有兩檔。當(dāng)置于‘’檔時相當(dāng)于m=1；當(dāng)置于‘0’檔時相當(dāng)于m=10.a）b）圖3-3簡化的比例積分電路：a）‘1’b）‘10’調(diào)節(jié)器的輸出電路如圖3-4所示。其輸入信號是經(jīng)過PI運算、以電平為基準(zhǔn)的1-5VDC的電壓信號，輸出是經(jīng)過一端接地的負(fù)載電阻的4-20mADC電流。圖3-4輸出電路在圖3-3所示電路中，設(shè),,則用理想放大器的分析方法可得：(3-4)由式（3-4）中的第二式可得（3-5）根據(jù)、式（3-4）中的第一式和式（3-5）可得（3-6）又直接從圖中可知（3-7）由式（3-6）和（3-7）解得（3-8）若忽略反饋支路中的電流和晶體管基極電流，則有（3-9）進而有（3-10）若，當(dāng)=1-5V時，輸出電流則為4-20mADC,其輸入/輸出的傳遞系數(shù)為。理論分析表明，晶體管基極電流一般可以忽略，但若忽略反饋支路中的電流時則會產(chǎn)生較大的輸出誤差。由圖可知，反饋支路中的電流為：（3-11）以時為例，的值可由式（3-7）計算，即：（3-12）而的值由式（3-4）中的計算，即：（3-13）將、的值代入式（3-11），可得：（3-14）可見約占的6.4%，忽略它將產(chǎn)生較大的輸出誤差。為了提高轉(zhuǎn)換精度，應(yīng)使?？梢宰C明，當(dāng)時，便可精確地獲得轉(zhuǎn)換關(guān)系式（3-10）。通過上面的討論，輸入電路、PI運算電路、輸出電路的傳遞函數(shù)都以獲得，整個調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)框圖如圖3-3所示：圖3-4調(diào)節(jié)器整機結(jié)構(gòu)圖其整機傳遞函數(shù)為：4調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定主要有工程整定法、最佳整定法和經(jīng)驗法三種。其中，工程整定法又有臨界比例度法、衰減曲線法和反應(yīng)曲線法。本設(shè)計主要利用臨界比例度法對調(diào)節(jié)器參數(shù)進行整定。臨界比例度法是一種閉環(huán)整定方法。由于改方法直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進行，不需要測試過程的動態(tài)特性，其方法簡單、實用方便，因而獲得了廣泛應(yīng)用。具體整定步驟如下：系統(tǒng)的特征方程:令帶入系統(tǒng)特征方程得：其中于是求出和由表4-1求出待整定參數(shù)、、表4-1臨界比例度法的參數(shù)計算表整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律P2PI2.20.85PID35結(jié)論在過程控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計中，深入了解被控過程的工藝特點及其要求非常重要。不同的被控過程在控制方式和控制品質(zhì)方面存在差異，即使是同一類型的被控過程，由于其規(guī)模、容量、干擾來源及性質(zhì)等不同，控制差異也會存在差異。在本設(shè)計中，充分考慮丙烯換熱器溫度控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求，對各項參數(shù)都進行了詳細(xì)的討論。其中，被控參數(shù)選擇換熱器出口溫度作為直接被控參數(shù)，控制參數(shù)選擇液態(tài)丙烯的進入流量，調(diào)節(jié)閥選擇PID調(diào)節(jié)規(guī)律，選擇DDZ-III型溫度調(diào)節(jié)器，采用氣關(guān)式對數(shù)流量特性調(diào)節(jié)閥。最后利用臨界比例度法對該控制系統(tǒng)做了調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。是該控制系統(tǒng)最終達(dá)到了預(yù)期的控制目標(biāo)。6設(shè)計體會經(jīng)過一周的努力，我終于完成了本次課程設(shè)計的設(shè)計任務(wù)。在設(shè)計的過程中,遇到了許多理論上的和實際上的問題,發(fā)現(xiàn)平時的理論課學(xué)習(xí)還不夠充分和扎實,理論和實際相脫節(jié).經(jīng)過本次設(shè)計,在實際應(yīng)用問題上充分運用了理論知識做指導(dǎo),而這次設(shè)計也為理論做了廣泛的延伸和深化.設(shè)計時遇到了許多問題,在這里要感謝指導(dǎo)老師的幫助與指導(dǎo),使我完成了整個設(shè)計,使我更加對課程設(shè)計增強了興趣,鞏固我的知識儲備,使我在實際中得到鍛煉,更加增進我集體協(xié)作的精神.通過設(shè)計，鍛煉了我的動手能力，開發(fā)了我的思維，課程設(shè)計使我們每一個學(xué)生針對這一技術(shù)工作的實踐上升到一個高度，認(rèn)識到從事技術(shù)工作應(yīng)持有的工作態(tài)度和應(yīng)具備的知識素質(zhì)，還有利于促進我們今后的自覺學(xué)習(xí)，為適應(yīng)將來的工作打好堅實的基礎(chǔ)。我希望以后能多有這樣的機會做課程設(shè)計，使我在熟悉課本知識的同時提高工作效率，培養(yǎng)自己獨立設(shè)計能力,培養(yǎng)自己成為一個全面發(fā)展的應(yīng)用型人才。參考文獻[1]潘永湘，楊延西，趙躍.《過程控制與自動化儀表》（第2版）.北京：機械工業(yè)出版社，2007.[2]楊立明，張光新.化工自動化及儀表[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.[3]王樹清，等.工業(yè)過程控制工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.畢業(yè)設(shè)計（論文）題目永寧河大橋三角形掛籃受力計算專業(yè)理論與應(yīng)用力學(xué)班級1班學(xué)生指導(dǎo)教師重慶交通大學(xué)20年P(guān)AGE55前言本課題選擇了三角形掛籃結(jié)構(gòu)計算這個課題，掛籃是在澆筑較大跨徑的懸臂梁橋時，采用的吊籃方法。課題中對三角形掛籃在施工中可能的受力情況進行提前分析，為施工時掛籃的安全使用和穩(wěn)定性提供參考。本文運用cad，sap2000等分析繪圖軟件，使用了材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)中的研究方法，同時對材料的力學(xué)性能進行了解，對整個掛籃結(jié)構(gòu)進行受力計算。在結(jié)構(gòu)計算的過程中，我對所學(xué)的力學(xué)知識有了一個很系統(tǒng)的認(rèn)識和更加牢固的掌握，對掛籃的基本結(jié)構(gòu)，特點和設(shè)計有了很深刻的認(rèn)知，并且通過本課題的研究，不僅可以設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理，安全可靠的三角形掛籃構(gòu)造，還能為將來的工作提供參考和鍛煉。掛籃作為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的一種懸臂澆筑施工設(shè)備,廣泛應(yīng)用于斜拉橋、大跨度連續(xù)梁橋、T型剛構(gòu)橋、連續(xù)剛構(gòu)橋。掛籃是懸臂施工中的主要設(shè)備，按結(jié)構(gòu)形式可分為桁架式（包括平弦無平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和預(yù)應(yīng)力斜拉式)、型鋼式及混合式4種。根據(jù)混凝土懸臂施工工藝要求及設(shè)計圖紙對掛籃的要求，綜合比較各種形式掛籃特點、重量、采用鋼材類型、施工工藝等，經(jīng)過研究，確定掛籃形式。掛籃懸臂澆筑施工又稱迪維達(dá)克施工方法,這種施工方法一般將梁每2～5m分成一個節(jié)段,以掛籃為施工機具進行懸臂對稱施工。掛籃是一個能沿梁頂滑動或滾動的承重結(jié)構(gòu),其錨固懸掛在已施工的前端梁段上,在掛籃上可進行下一梁段的模板、鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道的安設(shè),混凝土澆筑和預(yù)應(yīng)力張拉、灌漿等作業(yè)。完成一個階段的循環(huán)后,掛籃即可前移并固定,進行下一節(jié)段的懸灌,如此循環(huán)至懸臂澆筑完成。懸澆法施工的成敗及質(zhì)量控制的優(yōu)劣在于掛籃的工藝設(shè)計,掛籃設(shè)計的好壞直接影響到施工進度,它是特大橋梁施工中的一項關(guān)鍵技術(shù)。掛籃不需要架設(shè)支架和不使用大型吊機。掛籃施工較其他方法，具有結(jié)構(gòu)輕，拼制簡單方便，無壓重等優(yōu)點。當(dāng)前掛籃懸臂澆筑的施工方法已被廣泛應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁上部結(jié)構(gòu)的施工中。隨著21世紀(jì)西部大開發(fā)的深入,高速公路飛速發(fā)展,連續(xù)剛構(gòu)橋作為一種造價低、跨度適中,而廣泛用于山區(qū)公路橋梁,一條高速公路往往有好幾座連續(xù)剛構(gòu)橋。城市連續(xù)剛構(gòu)橋也發(fā)展到了一個新的水平,續(xù)廣東虎門大橋輔航道橋主跨270m居國內(nèi)同類橋梁第一后,重慶石板坡長江大橋復(fù)線橋以330m打破了同類橋梁跨度的世界記錄。掛籃設(shè)備在交通建設(shè)中發(fā)揮更多作用的同時,掛籃形式也越來越多,掛籃設(shè)計承載能力、自重、操作方便等方面要求也越來越高。本文掛籃結(jié)構(gòu)分析計算主要針對掛藍(lán)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算、抗傾覆驗算、變形驗算。掛籃主桁為空間桁架結(jié)構(gòu)，桿件聯(lián)結(jié)分剛性、鉸接和半鉸接節(jié)點，對于采用焊接節(jié)點可處理為剛性節(jié)點，對于僅在一個平面內(nèi)轉(zhuǎn)動而另一平面不能轉(zhuǎn)動的銷接視為半鉸接。其他構(gòu)件還包括分配梁、銷子、螺紋件、軌道等。其整個分析過程首先采用手工計算。對于主要構(gòu)件還可進行電算，可采用的軟件SAP2000、ANSYS、ABQUS等。掛籃在施工荷載及風(fēng)荷載作用下,應(yīng)具備足夠的整體穩(wěn)定性。從兩個方面分析掛籃的整體穩(wěn)定性:1)掛籃在滿負(fù)荷工作狀態(tài)及風(fēng)載作用下是否具有在縱橋向抗傾覆的穩(wěn)定性,以及掛籃在施工空載狀態(tài)和行走狀態(tài)在橫橋向抗水平轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性;2)掛籃在施工滿載作用下,承重結(jié)構(gòu)的各受壓部件是否具有足夠的穩(wěn)定性。掛籃承重結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定由承重結(jié)構(gòu)各受壓部件的穩(wěn)定性得以保證,即各受壓部件穩(wěn)定,則整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。掛籃承重結(jié)構(gòu)的受壓部件有:主桁豎桿,立聯(lián)外水平桿,主桁水平桁架的弦桿和腹桿,平聯(lián)橫桿,其穩(wěn)定性應(yīng)逐一進行驗算。掛籃設(shè)計原則：自重輕、結(jié)構(gòu)簡單、堅固穩(wěn)定、前移和裝拆方便、具有較強的可重復(fù)利用性，受力后變形小等特點，并且掛籃下空間充足，可提供較大施工作業(yè)面，利于鋼筋模板施工操作。實踐證明,三角形掛籃是掛籃進一步向輕型化發(fā)展的一種結(jié)構(gòu)形式,也是一種值得推廣的掛籃形式。三角掛籃使施工快捷方便,掛籃行走效率明顯提高,施工過程中的各控制手段也取得預(yù)期的效果,值得借鑒和推廣。在本文中掛籃結(jié)構(gòu)計算首先要考慮掛籃的自重、模板支架自重、振動力和沖擊力、施工人群荷載、箱梁最大節(jié)段砼重量。掛籃設(shè)計要求：掛籃質(zhì)量與梁段砼的質(zhì)量比值宜控制在0.3～0.5之間，特殊情況下也不應(yīng)超過0.7。主要設(shè)計參數(shù)為：掛籃總重控制在設(shè)計限重之內(nèi)；允許最大變形（包括吊帶變形的總和）為20mm；施工時和行走時的抗傾覆安全系數(shù)為2；自錨固系統(tǒng)的安全系數(shù)為2；上水平限位安全系數(shù)為2。目錄TOC\h\z\u摘要 IVABSTRACT V第一章緒論 11.1 課題的研究背景 11.2課題的研究意義以及在國內(nèi)外研究、發(fā)展情況 11.3課題的研究重點及原理 31.3.1課題的研究重點 31.3.2課題的研究理論 8第二章結(jié)構(gòu)計算說明 102.1計算依據(jù) 102.2工程概況 102.3.1主要技術(shù)參數(shù) 102.3.2掛籃構(gòu)造與安裝 112.3.3掛籃結(jié)構(gòu)計算相關(guān)荷載 152.3.4內(nèi)力符號規(guī)定 16第三章底板縱梁計算 173.11#塊與底板縱梁的相關(guān)說明 173.2腹板底縱梁的計算 173.3箱梁底板縱梁計算 20第四章前后下橫梁計算 234.1下橫梁構(gòu)造說明 234.2后下橫梁計算 234.3下前橫梁計算 26第五章內(nèi)模承重梁計算 295.1內(nèi)外模承重梁的構(gòu)造說明 295.2 內(nèi)模承重梁構(gòu)造圖 295.3 以最長節(jié)段計算承重梁受力 29第六章外模承重梁計算 326.1外模承重梁的構(gòu)造說明 326.2外模承重梁構(gòu)造圖 326.3 以最長節(jié)段計算承重梁受力 32第七章前上橫梁計算 367.1前上橫梁的結(jié)構(gòu)說明 367.2前上橫梁的結(jié)構(gòu)計算 36第八章后上橫梁計算 398.1后上橫梁的結(jié)構(gòu)說明 398.2后上橫梁的結(jié)構(gòu)計算 39第九章主桁計算 429.1主桁結(jié)構(gòu)說明 429.2主桁的結(jié)構(gòu)計算 429.2.1主梁計算 449.2.2立柱計算 459.2.3斜拉帶計算 46第十章穩(wěn)定性分析 4810.1穩(wěn)定性分析 48第十一章結(jié)論 5111.1展望 5111.2論文小結(jié) 51致謝 52參考文獻 53摘要本課題是對永寧河大橋主橋三角形掛籃的結(jié)構(gòu)計算。本橋位于四川瀘州永寧河上，主橋每個墩上構(gòu)箱梁分27個箱段施工，其中懸澆塊為25段，懸澆塊段長分3.5m、4.0m兩種。其中懸澆最重塊段為1#塊，重1471.6KN左右，本論文以該段梁進行計算，頂板承重梁以最長塊段進行計算掛籃的承載能力。永寧河大橋主橋三角形掛籃的結(jié)構(gòu)計算參考了相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和文獻，對掛籃在各種荷載組合下的強度、剛度、穩(wěn)定性等方面進行了驗算。本課題運用了結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)中的力學(xué)知識。本文共分九章進行了討論：第一章說明了課題研究的來源、目的及意義，討論了計算方法和手段并指出了本文的主要研究內(nèi)容。第二章對掛籃設(shè)計中的設(shè)計依據(jù)、工程概況、設(shè)計參數(shù)等做了說明。第三章至第十章對掛籃各桿件進行受力分析和計算，分析了掛籃設(shè)計的安全性。第十一章對整個研究成果進行了歸納總結(jié)。關(guān)鍵詞：掛籃，受力分析，結(jié)構(gòu)計算ABSTRACTThistopicisthestructurecalculationoftrianglehangingbasketinYongningriverlargebridge.ThebridgeissitinginLuzhouSichuanprovince.BridgecrosstheYongningriver,eachboxgirderstructureconstruction27points,including25piecesforsuspensionpouringblock,whoselongare3.5m,and4m.theheaviestblockis1#,whichis1471.6KNJiangBayoujiangsuper-largebridge'strianglehangingbasket'sstructurecalculationreferencefordesigncodesandliterature,calculatingthestrength,stiffnessandstability,etcwithvariousloadcombinations.Thistopicusingtheknowledgesoftructuralmechanicsandmaterialmechanics.Thepaperhasdiscussedinchapter10points:Chapter=2\*ROMANIIdescribesthedesignbasis,projectprofiles,thedesignparametersChapter=3\*Arabic3ofChapter=10\*ROMANXofthebaskettothepoleforthemechanicalanalysisChapter=11\*ROMANXIofthestudysummarizedtheresultsofanalysisofthesafetycradledesignKEYWORDS：Cradle，forceanalysis，structuralcalculation第一章緒論課題的研究背景本課題是對永寧河大橋主橋三角形掛籃的結(jié)構(gòu)計算。本橋位于四川瀘州永寧河上，主橋每個墩上構(gòu)箱梁分27個箱段施工，其中懸澆塊為25段，懸澆塊段長分3.5m、4.0m兩種。其中懸澆最重塊段為1#塊，重1471.6KN左右，設(shè)計投入4套掛籃系統(tǒng)，每個敦左右各2套對稱施工。主橋跨永寧河2岸，為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱型型連續(xù)剛構(gòu)橋型結(jié)構(gòu)。上部構(gòu)造采用跨徑（60+100+60）m的三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，每幅橋主梁為變截面單箱單室，垂直腹板；單箱頂寬12.1m，底寬6.0m，翼緣板長2.75m，支點處梁高6.6m，跨中及梁端梁高2.5m，梁底緣按二次拋物線變化。腹板厚度為70cm。。箱梁砼為50#砼，每箱分成25個塊段懸澆，最后再澆注支架現(xiàn)澆段和合攏段。箱梁設(shè)縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系：縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用平、豎彎加腹下彎束相結(jié)合的方式布置，兩端張拉，采用真空輔助壓漿工藝；橫向預(yù)應(yīng)力鋼束以直線形式布置于頂板上緣，一端采用固定錨預(yù)埋于翼緣板，在另一端張拉；豎向預(yù)應(yīng)力鋼束以直線形式布置于腹板中心，下端預(yù)埋，在箱梁頂面張拉。橋位處永寧河設(shè)計水位234.536，最高通航水位H通航=263.68。目前橋位處河床平均施工水位H實際=245.165。本橋址區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較簡單，無不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。VIII-1中風(fēng)化泥巖，埋深大，分布連續(xù)，層面變化小，承載力高，穩(wěn)定性好，適宜作特大橋基礎(chǔ)持力層。主橋上構(gòu)箱梁掛籃懸澆施工時受周圍工程地質(zhì)條件影響較小。1.2課題的研究意義以及在國內(nèi)外研究、發(fā)展情況我國已建成的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土鋼構(gòu)橋、連續(xù)梁橋多采用掛籃懸澆法施工，如廣西柳州一橋、福建烏龍江大橋、武漢江漢二橋、重慶長江大橋、廣東洛溪大橋等這些橋施工所用的傳統(tǒng)掛籃的承重結(jié)構(gòu)多采用萬能桿件組拼成桁梁，用以懸吊掛籃模架，并且多數(shù)采用平衡重抗傾覆。因而掛籃自重大、笨重、自重與梁段重量之比入達(dá)0.92—2.23，一般均大于1.0.掛籃移動時桁梁后端配重既增大了施工荷載也不便于施工。另外，由于承重結(jié)構(gòu)的限制，掛籃在1號梁段往往不能使用而須另設(shè)支架施工。1974年建成的武漢江漢二橋的掛籃，代表了此前各橋掛籃的技術(shù)狀況。次后，各工程單位在施工實踐中，為改進掛籃作出了不少努力，如重慶長江大橋采用桅桿斜拉式掛籃代表桁梁式掛籃，常德阮水大橋采用水箱充水作平衡重等。但是，傳統(tǒng)掛籃的基本模式和一般存在的問題并無明顯改變。近年來，為適應(yīng)大跨徑橋梁建設(shè)的要求，掛籃也在不斷創(chuàng)新。相繼出現(xiàn)了株洲湘江大橋（主橋為連續(xù)剛構(gòu)橋），TREB110——1型掛籃和滑動斜拉式掛籃，以及菱形掛籃、三角掛籃等。與傳統(tǒng)掛籃相比，這幾種掛籃的顯著特點是重量輕利用系數(shù)小，無平衡重，施工方便，在1號梁段即可使用，無須另設(shè)支架施工。掛籃作為懸臂灌筑施工的主要設(shè)備已有多種類型，有些國家如日本、法國等已有定型的系列化產(chǎn)品。我國從80年代開始使用這種技術(shù)以來，也已取得了巨大的成就。理想的掛籃應(yīng)據(jù)用結(jié)構(gòu)簡便，重量輕，安裝、拆卸及使用方便、可靠，施工快速，澆筑施工中變形量小的特點，目前，掛籃的型式很多，構(gòu)造上亦有差異隨著技術(shù)水平的不斷改進，掛籃由過去的壓重平衡式發(fā)展成現(xiàn)在通用的自錨平衡式，自錨平衡式掛籃的形式主要有桁架式、斜拉式，其中桁架式掛籃按其部件的不同，可分為萬能桿件掛籃、貝雷或公路鋼桁梁組合式掛籃、型鋼組合式等，按桁架構(gòu)成的形狀不同，又可分為平行桁架式、平弦無平衡重式，弓弦式、菱形式等。一般后錨式掛籃由主桁架系統(tǒng)、走行及錨固系統(tǒng)、吊帶系統(tǒng)、底平臺系統(tǒng)及模板系統(tǒng)五大部分組成。當(dāng)前國內(nèi)外的掛籃向輕型化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展,掛籃的輕型化和標(biāo)準(zhǔn)化有助于節(jié)約材料、便于運輸和裝拆、可重復(fù)使用降低有利于施工成本,更重要掛籃的輕型化有利于梁體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,減小梁根部的彎矩,節(jié)約縱向預(yù)應(yīng)力配束。故設(shè)計院均要求施工單位將掛籃設(shè)計的總重量與最大懸澆節(jié)段重量的比值控制在0.4～0.5之間。（1）三角形掛藍(lán)與菱形掛藍(lán)相比，降低了前橫梁高度，掛藍(lán)重心位子大大降低，從而提高了掛藍(lán)行走時的穩(wěn)定性。（2）結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，重量較輕，三角形掛藍(lán)的主桁架和抓咬體系采用鋼板和型鋼構(gòu)成，單件重量輕，易于搬運和拆裝。（3）掛藍(lán)平衡重系統(tǒng)利用以成型梁段豎向預(yù)應(yīng)力剛筋作為后錨點，取消了平衡重的壓重結(jié)構(gòu)。（4）此種掛藍(lán)的通用性強，稍加改裝可以用于其它橋梁的掛藍(lán)施工。1.3課題的研究重點及原理1.3.1課題的研究重點三角形掛籃設(shè)計分主桁系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、后錨系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、模板系統(tǒng)。1）掛籃主桁系統(tǒng)分為主桁，前、后上橫梁、立柱，斜拉帶2）吊掛系統(tǒng)又稱底籃，直接承受懸澆段施工荷載，由前后下橫梁、活動鉸、底?？v梁組成3）模板系統(tǒng)由底模板、外側(cè)模、內(nèi)側(cè)模、頂板模、翼板模、端頭模組成4）錨固系統(tǒng)后錨是主桁梁自錨平衡裝置，由錨桿、后車、下拉缸組成5）掛籃行走系統(tǒng)包括支點、平滾、后錨上滑移裝置及拖移收緊設(shè)備。在了解了工程概況，設(shè)計依據(jù)以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)下，本課題采用的三角形掛籃，主要使用cad，sap2000進行結(jié)構(gòu)計算。掛籃的結(jié)構(gòu)計算主要計算桿件在荷載作用下的內(nèi)力，并驗算在該內(nèi)力作用下材料是否符合要求，以此確定合理的材料和截面形式。對三角形掛籃分成以下幾個部分進行受力分析，第一部分：底板縱梁的計算；第二部分：前后下橫梁計算；第三部分：內(nèi)（外）模承重梁計算；第四部分：前上橫梁計算；第五部分：主梁計算。本論文主要是使用cad繪制模型，后導(dǎo)入sap2000進行結(jié)構(gòu)計算。計算機輔助設(shè)計指利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作，簡稱CAD。在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負(fù)計算、信息存儲和制圖等項工作。在設(shè)計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機完成；由計算機自動產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來，使設(shè)計人員及時對設(shè)計作出判斷和修改；利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。CAD能夠減輕設(shè)計人員的勞動，縮短設(shè)計周期和提高設(shè)計質(zhì)量。SAP2000是由美國CSI公司開發(fā)的結(jié)構(gòu)計算軟件，在世界范圍內(nèi)享有盛名。歷時30多年的實際結(jié)構(gòu)分析的檢驗，不斷增加最新的有限元分析數(shù)值技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展到SAP2000V11版本。SAP2000軟件，具有集成化圖形用戶界面，豐富的模板、各種繪制構(gòu)件的手段、各種實用的單元等，使得用戶可以高效、準(zhǔn)確地建立有限元空間分析模型。SAP2000軟件具有框架單元、索單元、板單元、殼單元、平面單元、實體單元、連接單元、鉸單元等單元，提供線性和非線性、靜力和動力分析，可以進行靜力分析、振型分析、反應(yīng)譜分析、時程分析、曲屈分析、移動荷載分析、穩(wěn)態(tài)分析、功能譜密度分析、靜力Pushover分析、施工順序加載分析等。SAP2000是通用有限元分析與設(shè)計軟件，適用于橋梁、工業(yè)建筑、輸電塔、設(shè)備基礎(chǔ)、電力設(shè)施、索膜結(jié)構(gòu)、運動場所、演出場所等特種結(jié)構(gòu)。從簡單的二維框架靜力分析到復(fù)雜的三維非線性動力分析，SAP2000能為所有結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計提供了解決方案。SAP2000建模方法： 1、用CAD畫出二維或三維圖形，注意不能用0層和多義線，轉(zhuǎn)成DXF格式文件，然后分層導(dǎo)入SAP2000軟件。2、在Sap2000中設(shè)置好框架模型后，首先設(shè)置材料物理性質(zhì)，主要是三個：線膨脹系數(shù)、泊松、比彈性模量，具體數(shù)值可查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。3、規(guī)范的截面可以直接輸入在Sap2000里面的截面屬性中輸入。如果為自定義截面，應(yīng)先在CAD中畫出，再查詢出其截面屬性，然后在Sap2000里面就對截面屬性輸入查詢所得的數(shù)據(jù)，這樣得出的截面為等效截面，外觀不是原截面，但計算結(jié)果不會受到影響。4、定義荷載工況，分為力和彎矩兩種情況加載，力荷載又分成集中荷載和均布荷載分別施加。5、選中全部構(gòu)件，指定風(fēng)壓荷載。6、運行求解，查看內(nèi)力圖即可。 在此以腹板底縱梁結(jié)構(gòu)計算為例說明：（1）在cad中新建圖層1繪制腹板底縱梁的等效桿件，如圖：圖1-1（單位：mm）（2）以dxf的格式就行存儲，并導(dǎo)入sap2000：圖1-2圖1-3（3）指定節(jié)點約束，并定義材料特性：指定節(jié)點約束圖1-4定義材料屬性圖1-5定義截面屬性圖1-6定義截面的修正系數(shù)圖1-7（3）計算要施加的荷載 q后＝b*h后*g 其中：b腹板寬度； h后梁段高度； g鋼筋混凝土容重。 則， q＝b*h*g ＝0.7*6.00*26 ＝109.2KN/m 同理， q＝b*h*g ＝0.7*5.526*26 ＝100.5732KN/m（5）將定義的截面特性賦予桿件，然后加載:受力簡圖1-8（單位：KN·m）(6)運行，得出剪力圖和彎矩圖：剪力圖1-9（單位：KN）剪力最大Q=231.19KN圖1-10彎矩圖（單位KN·m）彎矩最大為M=360.76KN·m(7）計算得出結(jié)論。1.3.2課題的研究理論掛籃的結(jié)構(gòu)計算主要是計算桿件在荷載作用下的內(nèi)力，并驗算在該內(nèi)力作用下材料是否符合要求。對于構(gòu)件的正常使用的要求可以歸納為如下三點：1）在荷載作用下構(gòu)件應(yīng)力不至于破壞（斷裂），即應(yīng)具有足夠的強度；2）在荷載作用下構(gòu)件所產(chǎn)生的變形應(yīng)不超過工程上允許的范圍，也就是要具有足夠的剛度。3）承受荷載作用時，構(gòu)件在其原有形態(tài)下的衡應(yīng)保持為穩(wěn)定的平衡，也就是要滿足穩(wěn)定性的要求。桿件變形的基本形式有一下四種：1、軸向拉伸或軸向壓縮在一對其作用線與直桿軸線重合的外力F作用下，直桿的主要變形是長度的改變。2、剪切在一對相距很近的大小相同、指向相反的橫向外力F作用下，直桿的主要變形是很截面沿外力作用方向發(fā)生相對錯動。3、扭轉(zhuǎn)在一對轉(zhuǎn)向相反、作用面垂直于直桿軸線的外力偶作用下，直桿的相鄰橫截面將繞軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，桿件表面縱向線將成螺旋線，軸線保持直線。4、彎曲在一對轉(zhuǎn)向相反、作用面在桿件的縱向平面內(nèi)的外力偶作用下，直桿的相鄰橫截面將繞垂直于桿軸線的軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，變形后桿件軸線將彎成曲線。這種變形為純彎曲。梁在橫向力之作用下的變形成為橫力彎曲。在壓桿結(jié)構(gòu)計算中，將壓桿的穩(wěn)定許用應(yīng)力寫做材料的強度需用應(yīng)力乘以一個隨壓桿柔度而改變的穩(wěn)定因數(shù)，即壓桿的穩(wěn)定條件可表達(dá)為：第二章結(jié)構(gòu)計算說明2.1計算依據(jù)1、永寧河掛籃總體布置圖（羅天樂修改版）2、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》JTGD60-20043、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-20034、《路橋施工計算手冊》5、鋼材設(shè)計規(guī)范6、《橋梁工程》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《材料力學(xué)》；7、其他相關(guān)規(guī)范手冊8、現(xiàn)場調(diào)查、了解到的情況2.2工程概況主橋每個墩上構(gòu)箱梁分27個箱段施工，其中懸澆塊為25段，懸澆塊段長分3.5m、4.0m兩種。其中懸澆最重塊段為1#塊，重1471.6KN左右，設(shè)計投入4套掛籃系統(tǒng)，每個敦左右各2套對稱施工。主橋跨永寧河2岸，為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱型型連續(xù)剛構(gòu)橋型結(jié)構(gòu)。上部構(gòu)造采用跨徑（60+100+60）m的三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，每幅橋主梁為變截面單箱單室，垂直腹板；單箱頂寬12.1m，底寬6.0m，翼緣板長2.75m，支點處梁高6.6m，跨中及梁端梁高2.5m，梁底緣按二次拋物線變化。腹板厚度為70cm。。箱梁砼為50#砼，每箱分成25個塊段懸澆，最后再澆注支架現(xiàn)澆段和合攏段。2.3.1主要技術(shù)參數(shù)混凝土容重鋼的彈性模量材料的容許應(yīng)力：2.3.2掛籃構(gòu)造與安裝本橋掛籃結(jié)構(gòu)分主桁系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、后錨系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、模板系統(tǒng)，模板系統(tǒng)又分成底模、外側(cè)模、內(nèi)側(cè)模、頂板及翼板模。主桁系統(tǒng)：1、主桁主桁系統(tǒng)主要是起到承重底籃的作用，其中主梁是有組成，立柱是由組成的，斜拉帶是由面積300x20的鋼組成，都進行了加固。2、前、后上橫梁后下橫梁采用2x型鋼，前下橫梁采用2x型鋼3、立柱立柱用鋼，放在后橫梁與主桁支點交接位置上，每個掛籃共兩根，橫橋向設(shè)橫聯(lián)，縱橋向與斜拉帶連接形成一個三角形的受力結(jié)構(gòu)。4、斜拉帶斜拉帶用2cm厚鋼板焊成，通過立柱連接形成一個三角形傳力到主桁上，改善主桁的受力結(jié)構(gòu)。吊掛系統(tǒng)：吊掛系統(tǒng)又稱底籃，直接承受懸澆段施工荷載。吊掛系統(tǒng)由前后下橫梁、活動鉸、底?？v梁組成。1、前、后下橫梁前下橫梁以組成，下后橫梁以2x組成。2、縱梁底板縱梁以組成平行放置11根，具體布置參看圖紙。3、吊桿吊桿布置：前橫梁2對，后橫梁2對，采用φ32mm精軋螺紋鋼，每根吊桿平均受力40t。模板系統(tǒng)箱梁模板由底模板、外側(cè)模、內(nèi)側(cè)模、頂板模、翼板模、端頭模組成。1、底板模底板模直接放在底縱梁上，用大塊鋼模板組成。2、外側(cè)模外側(cè)模采用鋼板作成大塊模板、底層部份用活動鋼模，方便箱梁高度發(fā)生變化時拆除部分底層模板。3、內(nèi)側(cè)模內(nèi)側(cè)模采用建筑鋼模，模架用8#槽鋼焊成。4、頂板及翼板模頂板用組合鋼模，采用吊架吊在掛籃橫梁上，頂板模采用2組40#工字鋼吊掛，翼板模各用1組40#、28#工字鋼吊掛；吊架上放置模架，模架用［16槽鋼加工焊成，每50mm放置一片，然后在模架上鋪設(shè)頂板及翼板模板。吊架槽鋼吊點底設(shè)置有滾動軸承，掛籃前移時軸承跟著滾動，頂板及翼板模松下后，掛籃前移時同時與掛籃一起移動。5、端頭模端頭模用鋼板加工成大塊模。錨固系統(tǒng)后錨是主桁梁自錨平衡裝置，由錨桿、下拉缸組成。本掛籃不設(shè)配重，利用預(yù)設(shè)孔穿豎向預(yù)應(yīng)力筋錨固，采用8根φ32mm精軋螺紋鋼錨桿錨于箱梁上。主桁后頂面上安上后車，底部安裝下拉缸，掛籃前移時，通過下拉缸及后車錨固于軌道上，保持掛籃平衡。掛籃行走系統(tǒng)掛籃行走系統(tǒng)包括支點、平滾、后錨上滑移裝置及拖移收緊設(shè)備；行走系統(tǒng)通過平滾（每組主桁安裝2個），由液壓系統(tǒng)驅(qū)動往前推移。步驟是放低前支點上的兩臺千斤頂，使行走系統(tǒng)中的平滾坐到兩邊軌道上，拆除與砼連結(jié)的錨桿與拉桿，使整個掛籃系與梁段完全脫離后，即可通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動往前推移。0#塊砼施工完成并張拉，砼達(dá)到一定強度后，在其頂面形成的平臺上即可拼裝掛籃。掛籃安裝前，在0#塊混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的50%后，即可松動、拆除0#塊內(nèi)外模；但托架及底模即承重模板不能拆除，對其拆除只有在0#塊縱向、橫向預(yù)應(yīng)力張拉壓漿完成后才能進行。掛籃在已經(jīng)完成的0#塊梁段頂上進行安裝就位和調(diào)試。掛籃各構(gòu)件運至現(xiàn)場后，先用25t吊車將掛籃各構(gòu)件吊到0#塊梁頂，由起重吊機配合人工進行掛籃拼裝，各構(gòu)件進場后要嚴(yán)格進行驗收檢查，對于損傷嚴(yán)重不能滿足施工需要的必須進行更換或補修加強。掛籃拼裝前必須在0#塊梁頂放好樣，進行水平及中線測量，鋪設(shè)軌道，各構(gòu)件嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙進行拼裝。安裝前，先將墩頂上的雜物精理干凈，砼面鑿平，在支點上放置枕木。拼裝順序為從上到下，先拼好支點、主桁后，上緊主桁后錨、安裝立柱、安裝上橫梁、后架，然后再吊掛底籃；底籃構(gòu)件運到梁頂后，先安裝后下橫梁，接著安裝前下橫梁，再安裝縱梁、扁擔(dān)、底板骨架及底模；然后安裝外側(cè)板支承工字鋼，并安裝內(nèi)外側(cè)模及翼板模板；最后將前后上橫梁事先已掛好的吊桿穿入下橫梁扁擔(dān)，上緊螺母，待穿完吊桿后，調(diào)整底模、外側(cè)模、內(nèi)模及頂板模板。拼裝順序如下：清理梁段頂面→用1：2的水泥砂漿將鋪枕部位找平→在找平層上放出軌道放樣定位線→鋪設(shè)鋼（木）枕→安裝滑道→安裝前后支座→在前支座下滑板車→吊裝單片主桁件對準(zhǔn)前后支座，在后支點處連接錨輪組，在桁架兩側(cè)用3~5t倒鏈和型鋼控制其空間位置，調(diào)好一片主桁架后用同樣的方法吊裝另一片主桁架→調(diào)整兩片主桁架間的水平間距和位置→錨固主桁架→安裝前、后各橫梁→安裝前后吊帶→吊裝底模架及底模板→吊裝外側(cè)模行走梁及外模板→在前上橫梁上吊掛工作平臺，在底模后橫梁上焊接工作平臺→頂模吊架→頂板、翼板→安裝液壓系統(tǒng)→調(diào)整立模標(biāo)高→固定模板。掛籃在梁頂拼裝完成后進行試運行操作及預(yù)壓測試。掛籃各部位液壓系統(tǒng)的試運行在梁段內(nèi)進行，確保運行正常后，前移就位錨固好，調(diào)整到施工1#塊梁段狀態(tài)，以進行掛籃預(yù)壓測試。掛籃預(yù)壓的目的：檢測掛籃的剛度、驗證掛籃的可靠性；消除其非彈性變形；測出掛籃在不同荷載下的實際變形量，畫出荷載—彈性變形曲線，以便在撓度控制中修正立模標(biāo)高。預(yù)壓加載的方式采用內(nèi)外加載法相結(jié)合，方法如圖：掛籃側(cè)面圖前橫梁采用外力加載，即采用鋼鉸線作為施力索，下端錨固于承臺的預(yù)埋環(huán)上，上端錨固于掛籃底籃的前下橫梁上，并在前橫梁設(shè)施力千斤頂。后橫梁采用內(nèi)力加載，即在掛籃底籃后橫梁與0#塊梁段底板間設(shè)施力千斤頂。預(yù)壓加載通過千斤頂液壓油泵的壓力表控制加載重量。加載逐級進行，即50%、70%、100%、120%，最大加載荷載為最重施工塊段的1.2倍。并用精密水平儀觀測掛籃各個部位的變形值，觀測點布置在前上橫梁各3個點，前下橫梁各3個點，并觀測主桁前端的撓度、兩斜拉鋼帶的受力變形情況及吊桿的受力。加載過程中記錄好各級荷載作用下掛籃的變形量并繪制出變形曲線。計算出掛籃的彈性變形，以獲得掛籃施工各塊段時立模標(biāo)高修正控制數(shù)據(jù)，控制好箱梁懸澆的撓度。掛籃前移操作務(wù)必小心，每個動作和步驟都要思前顧后，萬無一失，統(tǒng)一指揮，對操作中可能發(fā)生和出現(xiàn)的問題作出有效的防范措施。主桁用手拉葫蘆倒掛保險。后錨桿最少要錨4組保護。掛籃前移步驟：松動前支點千斤頂→掛籃平滾座到軌道上→安裝防掛籃傾覆扣掛件→拆除底板后錨桿→拆除掛籃后錨→掛籃與箱梁脫離→液壓推動向前→掛籃到位后錨固→調(diào)整底模模板標(biāo)高→擰緊吊桿螺母→調(diào)整頂板模板。掛籃總體布置如圖所示：掛籃正面圖2.3.3掛籃結(jié)構(gòu)計算相關(guān)荷載掛籃結(jié)構(gòu)計算主要考慮：掛籃自重、模板支架自重、振動力和沖擊力、施工人群荷載、箱梁最大節(jié)段砼重量。掛籃結(jié)構(gòu)要求：掛籃質(zhì)量與梁段砼的質(zhì)量比值宜控制在0.3～0.5之間，特殊情況下也不應(yīng)超過0.7。主要參數(shù)為：掛籃總重控制在設(shè)計限重之內(nèi)；允許最大變形（包括吊帶變形的總和）為20mm；施工時和行走時的抗傾覆安全系數(shù)為2；自錨固系統(tǒng)的安全系數(shù)為2；上水平限位安全系數(shù)為2。結(jié)構(gòu)計算說明：以最重梁段進行計算，頂板承重梁以最長塊段進行計算。荷載組合：混凝土自重+掛籃自重+人群機具混凝土自重+掛籃自重掛籃自重+風(fēng)荷載掛籃自重2.3.4內(nèi)力符號規(guī)定軸力：拉力為正，壓力為負(fù)，應(yīng)力：拉力為正，壓力為負(fù)，其它內(nèi)力規(guī)定同結(jié)構(gòu)力學(xué)第三章底板縱梁計算3.11#塊與底板縱梁的相關(guān)說明對各梁段分析后得知，施工第1#梁段時對底籃最不利。懸澆最重塊段為1#塊，重1471KN左右。箱梁底板縱梁采用11條鋼，腹板底縱梁采用的是3條HN600x200作縱梁。3.2腹板底縱梁的計算底縱梁半邊布置圖3-1（單位：mm）腹板底縱梁的受力簡圖3-2（單位：mm）2.施加荷載： 其中：b腹板寬度； h后梁段高度； g鋼筋混凝土容重。 則， 同理， 3.內(nèi)力計算：1）支反力經(jīng)計算得到彎矩和剪力圖如下：剪力圖3-3（單位：mm）彎矩圖3-4（單位：mm）3）強度驗算： 取 腹板縱梁采用3排HN600(單面腹板)，則 正應(yīng)力為： ≤[σ]=145MP 切應(yīng)力為： ≤[τ]＝85MP強度滿足要求。 3.3箱梁底板縱梁計算底縱梁受力簡圖3-5（單位：mm）假設(shè)為簡支梁，計算簡式如圖：算支座反力可以等下為下邊的均布荷載 其中：b底板寬度； b=6.60mh底板高度； =1.1mh=0.994mg鋼筋混凝土容重。 26s底模板面積。γ底模板容重。 10157.9kg/3.5x10=28.4KN/m則， 等效局部荷載q==208.1kN/m支點反力剪力計算結(jié)果3-6（單位:KN）=481.97KN彎矩計算結(jié)果3-7（單位:KN·m）M=753.51KN·m箱梁底板縱梁采用11條鋼主應(yīng)力：剪應(yīng)力為：強度計算符合要求。第四章前后下橫梁計算4.1下橫梁構(gòu)造說明后下橫梁采用2x型鋼，前下橫梁采用2x型鋼4.2后下橫梁計算下后橫梁1/2圖圖4-1受力如圖所示如下受力簡圖圖4-2每3根腹板底縱梁挨著布置可以等效為均布荷載則在加上人群荷載2Kpx0.4=1KN/m,橫梁槽鋼總重3.內(nèi)力計算： 由于此梁為超靜定結(jié)構(gòu)，梁的內(nèi)力受其剛度影響，所以先擬定 截面尺寸，計算內(nèi)力，最后驗算。 下前橫梁采用雙排H600并焊而成。則， 其截面幾何特性為： 運用SAP2000建模，得SAP中下后橫梁的受力模型加載圖4-3加載再加上人群和自重有SAP中下后橫梁的受力模型加載圖4-4運行后剪力圖圖4-5（單位：KN）最大剪力Q=163.07KN彎矩圖圖4-6（單位：KN·m）最大彎矩是M=98.53KN·m強度驗算： 正應(yīng)力為： σ＝M/W＝＝26.5MP ≤[σ]=145MP 切應(yīng)力為： ≤[τ]＝85MP 強度滿足要求。 節(jié)點反力圖4-7（單位：KN）Rmax=221.52KN 精軋螺紋鋼的容許應(yīng)力 fpk=930MP 則，吊桿的拉應(yīng)力為 =275.6MP<fpk=930MP 吊桿強度滿足要求4.3下前橫梁計算下前橫梁布置圖圖4-8受力簡圖圖4-9有前面計算知則在加上人群荷載2Kpx0.284=0.568KN/m,橫梁鋼總重由于此梁為超靜定結(jié)構(gòu)，梁的內(nèi)力受其剛度影響，所以先擬定截面尺寸，計算內(nèi)力，最后驗算。下前橫梁采用雙排鋼并焊而成。則，運用SAP2000建模，得：SAP中下后橫梁的受力模型加載圖4-10運行后：剪力圖4-11（單位：KN）最大剪力Q=91.99KN彎矩圖4-12（單位：KN·m）最大彎矩M=58.76KN·m強度驗算： 正應(yīng)力為： σ＝＝＝27.0MP ≤[σ]=145MP 切應(yīng)力為： ≤[τ]＝85MP 強度滿足要求。支點反力圖4-13Rmax=129.37KN精軋螺紋鋼的容許應(yīng)力 fpk=930MP 則，吊桿的拉應(yīng)力為 =160.94MP<fpk=930MP 吊桿強度滿足要求第五章內(nèi)模承重梁計算5.1內(nèi)外模承重梁的構(gòu)造說明箱梁內(nèi)頂板混凝土及模板重量全部由2根字鋼承受。內(nèi)模承重梁構(gòu)造圖內(nèi)外滑梁構(gòu)造圖5-1（單位：mm）以最長節(jié)段計算承重梁受力內(nèi)滑梁的的受力簡圖5-2模板以12mm的鋼板組成取q=70N/m梁自重2182.85Kg等效均布荷載2.2KN/m建模運行后：內(nèi)滑梁剪力圖5-3（單位：KN）Q=178.95KN內(nèi)滑梁彎矩圖5-4（單位：KN·m）M=290KN·m采用2x，則，強度計算正應(yīng)力切應(yīng)力為： ≤[τ]＝85MP 強度滿足要求。支座反力支座反力圖5-5（單位：KN）R1=188.3KNR2=118.8KNRmax=188.3KN精軋螺紋鋼的容許應(yīng)力 fpk=930MP 則，吊桿的拉應(yīng)力為 =235MP<fpk=930MP 吊桿強度滿足要求剛度計算撓度為滿足要求第六章外模承重梁計算6.1外模承重梁的構(gòu)造說明箱梁外模板以及翼板的重量全部由外滑梁來承擔(dān)，外滑梁為2根和2根共同組成。6.2外模承重梁構(gòu)造圖外滑梁簡圖6-1（單位：mm）以最長節(jié)段計算承重梁受力外滑梁受力簡圖6-2取q=105KN梁自重3779.6kg等效為均布荷載3.8KN/m同樣以最長段計算分析運行剪力圖6-3（單位：KN）Q=271.78KN彎矩圖6-4（單位：KN）M=435.9KN·m采用2x+2x，則：：正應(yīng)力切應(yīng)力為： ＝17.5MP≤[τ]＝85MP 強度滿足要求。支座反力支座反力圖6-5以2個支座表示外梁則如上圖6-6算得可等價為外側(cè)69.6KN內(nèi)側(cè)221.1KN可等價為外側(cè)42.2KN內(nèi)側(cè)138.1KNR=221.1KN精軋螺紋鋼的容許應(yīng)力 fpk=930MP 則，吊桿的拉應(yīng)力為 <fpk=930MP 吊桿強度滿足要求剛度計算撓度為則：剛度滿足要求第七章前上橫梁計算7.1前上橫梁的結(jié)構(gòu)說明前上橫梁采用2根的型鋼組成，橫梁總重1487.20kg,其上的鋼板總重1711.80kg合計3199kg。7.2前上橫梁的結(jié)構(gòu)計算如圖所示可以以簡支懸臂形式進行計算前上橫梁受力簡圖7-1外滑梁外側(cè)梁反力42.2KN下前橫梁外側(cè)拉桿力94.64KN內(nèi)滑梁拉桿反力118.8KN外滑梁內(nèi)側(cè)梁反力138.1KN下前橫梁內(nèi)側(cè)拉桿反力129.37KN梁自重總計3199Kg梁長11m可以等效為均布荷載q=2.91KN/m在SAP中加載荷載圖7-2（單位：KN）分析運算支座反力7-3（單位：KN）反力為R=554.97KN剪力圖7-4（單位:KN）Q=284.22KN彎矩圖7-5(單位：KN)M=291.86KN·m材料為的型鋼其截面系數(shù)如下：：，t=2.1cm強度計算抗彎應(yīng)力切應(yīng)力