1、掛籃設(shè)計(jì)計(jì)算書參考范本1 概況施州大橋?yàn)檫B接恩施舊城區(qū)和城北新區(qū)的城市主干線。大橋采用協(xié)作體系，具體跨徑布置為：30m等截面連續(xù)箱梁（100m145m）直塔單索面斜拉橋330m等截面連續(xù)箱梁。斜拉橋主梁為單箱三室混凝土箱梁，橋面全寬21.5m，設(shè)計(jì)為雙向四車道。設(shè)計(jì)時(shí)速40km/h，設(shè)計(jì)荷載為城市A級(jí)。主梁施工采用懸臂施工，其施工節(jié)段分為有索節(jié)段和無索節(jié)段，長度均為4.25m，最大節(jié)段設(shè)計(jì)重量約為180t。本掛籃是為此橋主梁的懸臂施工而設(shè)計(jì)的。根據(jù)本橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工特點(diǎn)，掛籃設(shè)計(jì)為鉸接菱形掛籃，其由以下幾個(gè)主要部分組成。（1）主桁系統(tǒng)：橫向由兩片主桁組成，單片主桁由下弦桿、上弦桿、斜桿、立柱

2、和斜拉鋼帶構(gòu)成，橫向桁式聯(lián)接系連接而成；（2）內(nèi)模系統(tǒng)：由木質(zhì)面板和內(nèi)模支架組成；（3）底模平臺(tái)系統(tǒng)：由前下橫梁、后下橫梁、縱梁、橫向分配梁和底模組成；（4）吊掛系統(tǒng)：由前上橫梁、導(dǎo)梁、挑梁和吊帶組成；（5）平衡及錨固系統(tǒng)：由錨固構(gòu)件、鉤板等組成，以便掛籃在灌注混凝土和空載行走時(shí)，具有必要的穩(wěn)定性。按照上述幾個(gè)組成系統(tǒng)分別進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算軟件為橋梁博士(v3.0)和ANSYS 6.0。計(jì)算建模與施州大橋施工掛籃設(shè)計(jì)圖中的相應(yīng)內(nèi)容吻合。2 設(shè)計(jì)依據(jù)（1）恩施市施州大橋施工設(shè)計(jì)圖；（2）鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 500172003）；（3）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 02586）；（4）公路

3、橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000）；（5）其它規(guī)范和規(guī)程。3 設(shè)計(jì)假定和說明根據(jù)本掛籃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)計(jì)算中采用以下假定和說明。（1）懸臂施工最大節(jié)段重量約為180t，按此重量進(jìn)行掛籃控制設(shè)計(jì)。（2）由于掛籃上部主桁系統(tǒng)和下部底模平臺(tái)系統(tǒng)僅通過吊掛系統(tǒng)相連，故計(jì)算按各自的子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，子結(jié)構(gòu)為底模平臺(tái)體系，主桁體系、吊掛體系和錨固體系。（3）計(jì)算順序?yàn)橄葘Φ啄Ｆ脚_(tái)體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，得出各吊點(diǎn)的支承反力，然后把此支承反力作為外力對主桁體系進(jìn)行各項(xiàng)計(jì)算。（4）節(jié)段施工過程一般分為以下步驟：掛籃空載走行就位。立模。綁扎鋼筋并澆注混凝土?；炷琉B(yǎng)生后，拆模并張拉預(yù)應(yīng)力。對于掛籃來講，只有步驟

4、和步驟最不利，故掛籃的檢算分為以下兩個(gè)工況。工況1：掛籃空載走行；工況2：掛籃澆注混凝土?xí)r。（5）主桁體系的結(jié)構(gòu)受力分析和縱向整體穩(wěn)定性檢算，計(jì)入縱向風(fēng)載作用。橋面以下的結(jié)構(gòu)體系不考慮風(fēng)載作用。主桁結(jié)構(gòu)在橫向風(fēng)載作用下的主桁結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性不作檢算，但掛籃的橫向限位裝置要滿足構(gòu)造要求。（6）各施工荷載參照規(guī)范或相應(yīng)資料取值，并按荷載主力附加力進(jìn)行組合檢算。（7）檢算主桁時(shí)考慮掛籃走行時(shí)的搖晃和掛籃澆注混凝土?xí)r的振搗，故工況1荷載動(dòng)力系數(shù)取為1.3，工況2荷載動(dòng)力系數(shù)取為1.15。4 設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)（1）材料容重：C50混凝土 26.25kN/m3（考慮體內(nèi)鋼筋和梁段制作誤差，提高5）；鋼構(gòu)件 按照

5、設(shè)計(jì)圖中的構(gòu)件重量采用換算容重。（2）材料彈性模量：A3鋼材 2.1105Mpa；32精軋螺紋鋼筋 2.0105Mpa。（3）內(nèi)模重量、施工機(jī)械、作業(yè)人群等施工荷載：2.0kN/m2。（4）溫度荷載：升溫15，降溫15，體系溫度20。（5）風(fēng)荷載：按8級(jí)風(fēng)考慮，8級(jí)以上風(fēng)則停止作業(yè)并加強(qiáng)錨固。WK1K2K3K4W0262.631.01.31.31.0443.8Pa。5 計(jì)算內(nèi)容5.1 箱梁底模平臺(tái)箱梁底模平臺(tái)由前下橫梁、后下橫梁、縱向分配梁、橫向分配梁和底模組成。澆注混凝土?xí)r荷載先由底模面板承受，后由底模面板通過底模下面的505傳遞給橫向分配梁，橫向分配梁傳給縱向分配梁，再由縱向分配梁傳遞給前

6、、后下橫梁。下橫梁的支承邊界為各自的吊掛系統(tǒng)。5.1.1 模板模板由6mm厚的面板(A3鋼板)和505的型鋼楞條組成，分為底模、側(cè)模和翼板模。（1）面板面板最大網(wǎng)格為0.4m0.4m，它將直接承受上面的面載。對此網(wǎng)格采用ANSYS 6.0進(jìn)行板單元計(jì)算，看網(wǎng)格劃分的是否合理。模板面板所承受的最大荷載為：q=26.250.92.025.625kN/m2面板計(jì)算采用四邊嵌固的板單元進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得面板的變形為0.2mm，面板穩(wěn)定應(yīng)力為31.3MPa，其應(yīng)力云圖見圖1。圖1 模板面板應(yīng)力云圖（Pa）根據(jù)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第9.2.4條的規(guī)定，模板面板在施工過程中的最大變形應(yīng)小于模板構(gòu)件跨度的L/4

7、001.0mm，也應(yīng)小于規(guī)定的1.5mm。模板面板的最不利變形滿足規(guī)范要求。（2）505角鋼棱條模板面板下面為間隔400mm的505角鋼棱條，面板和鋼棱條組成正交異性板。面板與縱肋焊接在一起共同工作，故應(yīng)計(jì)算縱肋上面板的有效寬度。有效寬度取其正彎矩部分的平均長度作為縱肋跨長，即t10.7t0.7400280mm。利用有限元進(jìn)行計(jì)算，建立縱肋的計(jì)算模型，計(jì)算軟件為橋梁博士V3.0，計(jì)算模型見圖2。圖2 模板縱向鋼棱條有限元計(jì)算模型面板下最大荷載為中箱區(qū)域：常截面：q0.40.926.250.4210.25kN/m橫隔墻截面：q0.42.8526.250.4230.73kN/m計(jì)算得撓度為0.02

8、4mm，小于L/4001.25mm?？v肋的計(jì)算應(yīng)力很小。5.1.2 橫向分配梁橫向分配梁為焊接支架，左右對稱，沿橋縱向間隔0.5m布置，在橫隔墻處并進(jìn)行了加密（0.3m0.2m）。取一半進(jìn)行建模分析，模型見圖3，模型支點(diǎn)位置為縱向分配梁位置。圖3 橫向分配梁有限元計(jì)算模型單元模型中，單元E1E14、E44E61為10型鋼，其余為8型鋼。根據(jù)設(shè)計(jì)圖中的材料重量，構(gòu)件的換算容重為82.43kN/m3。作用在橫向分配梁上的荷載等效成均布荷載，具體如下.常截面：翼緣板 q0.3350.526.250.525.40kN/m斜腹板靠近翼板區(qū)域 q10.510.526.250.527.69kN/m（為0.6

9、74m梯形載） q20.930.526.250.5213.21kN/m其它 q0.580.526.250.528.61kN/m底板邊室 q0.650.526.250.529.53kN/m中腹板 q2.850.526.250.5238.41kN/m中室 q0.900.526.250.5212.81kN/m0.4m橫隔墻截面：邊室底板及中室區(qū)域 q1.950.426.2520.48kN/m斜腹板區(qū)域 q1（0.930.58）0.426.253.68kN/m（為2.706m梯形載） q21.950.426.2520.48kN/m在橫隔板中線各0.2m處進(jìn)行了加密，按照五彎矩方程計(jì)算得反力，可假定0.

10、4m橫隔板區(qū)域荷載由3根橫向分配梁承受，其荷載分配比例為1：2.7：1。常截面區(qū)域橫向分配梁加載圖見圖4。0.4m橫隔墻區(qū)域加載圖見圖5。圖4 常截面區(qū)域橫向分配梁加載圖示圖5 橫隔板區(qū)域附加荷載加載圖示（3片橫梁分配）常截面區(qū)域加載下的橫向分配梁變形圖見圖6，橫隔板區(qū)域下的橫向分配梁變形圖見圖7。圖6 常截面區(qū)域加載下的橫向分配梁變形圖節(jié)點(diǎn)豎向位移：N52 2.16mmL/200=4.5mm N49 2.39mmL/400=6.25mm N10 0.65mmL/400=4.125mm圖7 橫隔板區(qū)域加載下的橫向分配梁變形圖節(jié)點(diǎn)豎向位移：N52 1.91mmL/200=4.5mm N49 2.

11、31mmL/400=6.25mm N10 1.89mmL/400=4.125mm以上計(jì)算過程中，橫向分配梁單元最大正應(yīng)力為E8I，為102.3MPa，應(yīng)力水平滿足規(guī)范要求。計(jì)算得各支點(diǎn)反力見表1。表1 橫向分配梁支點(diǎn)反力匯總（kN）縱梁編號(hào)123456常截面區(qū)域43.875.7114.7913.3123.107.77橫隔板區(qū)域23.3213.2230.9324.8525.9811.68橫隔板加密8.644.9011.469.209.624.335.1.3 縱向分配梁縱向分配梁布置在前、后下橫梁上面，上面承受橫向分配梁傳來的荷載?？v向分配梁在橋橫向共布置11組，具體布置為2（1000230416

12、8011751175）mm。均為全焊接桁架結(jié)構(gòu)，其中1端縱梁為桁高800mm，中間9組中縱梁（26）為桁高847mm。對端縱梁和中縱梁分別建模分析，模型支點(diǎn)位置為前、后下橫梁位置。1縱梁（端縱梁）各桿件型號(hào)如下：上弦桿：220b型鋼，計(jì)算長度為80.675m下弦桿：216b型鋼，計(jì)算長度為31.35m端斜桿：216b型鋼，計(jì)算長度為1.047m其余桿件：210型鋼26縱梁（中縱梁）各桿件型號(hào)如下：上弦桿：214b型鋼，計(jì)算長度為80.675m下弦桿：212.6型鋼，計(jì)算長度為31.35m端斜桿：212.6型鋼，計(jì)算長度為1.083m其余桿件：28型鋼縱梁計(jì)算模型見圖8。圖8 端縱梁計(jì)算模型模型

13、所加荷載為表1中縱梁反力荷載。受荷變形圖見圖9。圖9 縱梁受荷變形圖具體計(jì)算結(jié)果見表2。表2 縱梁最不利計(jì)算結(jié)果縱梁編號(hào)1#2#3#4#5#6#最大節(jié)點(diǎn)撓度（mm）3.561.032.472.133.102.29上弦桿最大正應(yīng)力（MPa）83.725.861.552.271.454.7下弦桿最大正應(yīng)力（MPa）-95.3-28.9-69.7-59.9-86.4-64.2端斜桿最大正應(yīng)力（MPa）-64.8-19.9-47.9-41.6-62.4-45.4腹桿最大正應(yīng)力（MPa）71.620.949.842.559.344.9前下橫梁支點(diǎn)反力（kN）204.539.895.583.0123.99

14、0.3后下橫梁支點(diǎn)反力（kN）190.734.181.971.9111.379.6注:應(yīng)力以壓為正。從圖9和表2可以看出：縱梁最大節(jié)點(diǎn)撓度為9#節(jié)點(diǎn)，具體為3.56mm，其撓跨比3.56/54001/1517，小于公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第9.2.4條要求的L/400。1縱梁變形滿足規(guī)范要求。縱梁各桿件中最大應(yīng)力為端縱梁的下弦桿，為95.3MPa，小于規(guī)范要求的W=140MPa，結(jié)構(gòu)受力滿足規(guī)范要求。5.1.4 下橫梁下橫梁分為前下橫梁和后下橫梁，由于兩個(gè)下橫梁的幾何參數(shù)相同，但前下橫梁所受縱梁傳來的荷載要比后下橫梁大，故只檢算前下橫梁。前下橫梁由兩根工40a型鋼組成，全長18m，對此進(jìn)行建模計(jì)算

15、，模型支點(diǎn)為吊帶吊點(diǎn)位置。計(jì)算工況分走行和澆注混凝土。各自工況的計(jì)算模型見圖10和圖11。圖10 掛籃走行前下橫梁計(jì)算模型圖11 掛籃澆注混凝土前下橫梁計(jì)算模型掛籃走行時(shí)，前下橫梁在各縱梁作用點(diǎn)施加10kN的自重荷載；掛籃澆注混凝土?xí)r，前下橫梁在各縱梁作用點(diǎn)施加表2中前下橫梁支點(diǎn)反力荷載。澆注混凝土?xí)r受荷變形圖見圖12。圖12 前下橫梁單元內(nèi)力圖圖12中最大節(jié)點(diǎn)豎向位移：N5 0.6mmL/400=8.8mm掛籃走行時(shí)前下橫梁最大正彎矩位于跨中斷面，其應(yīng)力為137.0MPa；掛籃澆注混凝土?xí)r前下橫梁最大負(fù)彎矩位于吊點(diǎn)處，其應(yīng)力為39.0MPa。前下橫梁應(yīng)力小于w140MPa，滿足規(guī)范要求。吊點(diǎn)

16、反力：掛籃走行 68.1kN（對稱）掛籃澆注混凝土 235.4kN 215.8kN 154.3kN（對稱）5.2 掛籃吊掛系統(tǒng)掛籃吊掛系統(tǒng)由前上橫梁、吊帶等組成。前上橫梁栓接在兩片掛籃主桁上面，其所受荷載均為各自吊帶各工況的拉力。所以，要對各自進(jìn)行單獨(dú)檢算。5.2.1 前上橫梁前上橫梁栓接在兩片掛籃主桁上面，為兩根工40a型鋼組成，全長7.85m，對此進(jìn)行建模計(jì)算，模型支點(diǎn)為主桁位置。計(jì)算模型見圖13。承受荷載為掛籃澆注混凝土?xí)r的吊帶拉力。圖13 前上橫梁計(jì)算模型經(jīng)計(jì)算，前上橫梁受荷變形圖見圖14。圖14 前上橫梁節(jié)點(diǎn)撓度圖圖14中最大節(jié)點(diǎn)豎向位移：N10 2.39mmL/400=14.1mm

17、 另外兩吊點(diǎn)處 N2 0.60mm N15 -0.44mm前上橫梁最大彎矩位于邊桁支承處，為-171.0kN.m，其應(yīng)力為76.2MPa；應(yīng)力小于w1400MPa，滿足規(guī)范要求。主桁處支點(diǎn)反力：邊桁 335.1kN 中桁 281.3kN5.2.2 吊帶根據(jù)吊帶的計(jì)算張力，對其進(jìn)行應(yīng)力和伸長量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。吊帶型式為1502010055mm，表3 掛籃澆注混凝土工況各吊帶計(jì)算結(jié)果名稱計(jì)算長度(m)計(jì)算張力(kN)應(yīng)力(MPa)伸長量(mm)1#吊帶9.0235.478.53.362#吊帶9.0215.871.93.083#吊帶9.0154.351.42.20表3中各吊帶的應(yīng)力均小于210

18、MPa，且最小安全系數(shù)為2.68。5.3主桁體系單個(gè)主桁系統(tǒng)由兩片主桁橫向通過連接系連接組成，單片主桁由下弦桿、上弦桿、前斜桿、立柱和后斜桿構(gòu)成，為固接體系。由于橫向聯(lián)接系與主桁之間為鉸接，且其本身的剛度較小，故可不考慮兩片主桁的橫向內(nèi)力重分配。邊桁和中桁結(jié)構(gòu)相同，但邊桁受荷比中桁大，故需檢算邊桁即可。主桁計(jì)算模型見圖15。圖15 主桁計(jì)算模型計(jì)算模型中各構(gòu)件型鋼型號(hào)如下：上弦桿及后斜桿 228b下弦桿及前斜桿 232b豎桿 225b計(jì)算分為工況1（走行）和工況2（澆注混凝土）進(jìn)行，根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果，工況中在邊桁前端施加的荷載為，工況1：12.81.316.6kN（導(dǎo)梁重量沖擊）工況2：33

19、5.11.15385.4kN（1.15為動(dòng)力系數(shù)）縱向風(fēng)載假定均勻作用在豎桿上，其大小為qWA0.4443.85.65/10001.0kN/m。另外，工況2中在中桁前端施加的荷載為：工況2：281.31.15323.5kN（1.15為動(dòng)力系數(shù)）加載圖示見圖16。圖16 主桁加載圖示經(jīng)計(jì)算，主桁的支點(diǎn)反力見表4。表4 主桁支點(diǎn)計(jì)算反力類別工況前支點(diǎn)反力(kN)后錨點(diǎn)反力(kN)后錨固彎矩(kN.m)邊桁工況155.4-16.7工況2796.1-389.0-14.3中桁工況155.4-16.7工況2673.7-327.5-12.1工況1中的后端錨力通過后鉤板平衡，工況2中的后端錨力則由錨點(diǎn)的豎向錨

20、筋來平衡。后錨點(diǎn)的豎向錨筋為232精扎螺紋鋼筋，其屈服強(qiáng)度為930MPa。其最大應(yīng)力為（14300/1.7）/804.4252.3MPa。主桁工況2節(jié)點(diǎn)變形圖見圖17。圖17 主桁工況2節(jié)點(diǎn)變形圖示工況2邊桁各構(gòu)件最大內(nèi)力及其應(yīng)力詳見表5。表5 邊桁各構(gòu)件最大內(nèi)力及正應(yīng)力構(gòu)件名稱最大軸力(kN)最大剪力(kN)最大彎矩(kN.m)最大正應(yīng)力(MPa)下弦桿574.010.7-29.879.2上弦桿-577.64.4-13.5-77.8前斜桿697.26.4-24.084.7豎桿394.93.5-5.857.8后斜桿-695.84.4-14.0-90.9注：軸力和應(yīng)力以壓為正，剪力和彎矩均下拉為