挂篮施工计算书

第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

第1章 菱形挂蓝构造及尺寸的拟定

1.1 设计依据

(1) 涪陵乌江大桥施工图；

(2)《钢结构设计规范》GB50017-2003；

(3)《公路桥涵结构及木结构设计规范》JTJ 025-86； (4)《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000； (5)《桥梁施工临时结构设计》

1.2 挂篮设计

1.2.1 设计思路

本设计计算方法采用容许应力法。首先，根据涪陵乌江大桥施工图纸计算出最重梁段，本设计中最重梁段为1号段，长度为3m，其截面见图1-1。根据菱形挂篮荷载传递路径，分别对各部分进行设计。菱形挂篮荷载传递路径见图1-2。设计过程中首先根据《桥梁施工临时结构设计》拟定出各部分所使用的材料、尺寸以及桁架的形状，由荷载传递路径可知各部分所承受的荷载，借助以前学过的《结构力学》、《材料力学》、《钢结构》等知识，通过手算和MIDAS电算相结合分别对各部分进行强度、挠度和稳定性验算。最后绘制部分施工图纸，完成菱形挂篮的设计，各节段划分示意及主要参数见图1—3。

图1-1 箱梁截面图(单位：mm)

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第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

顶横梁 内顶板内滑梁 主桁架 荷载 已浇注段箱梁顶板 顶横梁 主桁架 翼缘板侧模桁导梁 荷载 架内已浇注段箱梁翼前横顶横主桁架 腹板腹板下荷桁后横已浇注段箱梁底板 前横顶横主桁架 底板底模桁架 后横已浇注段箱梁底板 图1-2 荷载传递路径图

1.2.2 主要技术参数

(1)混凝土自重GC＝26kN/m3； (2)钢弹性模量Es＝2.1×105MPa； (3)材料容许应力：

Q235钢??w??145MPa????140MPa????85MPa

(4)模板的允许挠度为1.5mm。

(5)临时结构简化为简支梁后的允许挠度为L/400。

1.2.3 挂篮计算设计荷载

(1)荷载系数

考虑箱梁混凝土浇注时胀模等因素的超载系数：1.05； 浇筑混凝土时的动力系数：1.2；

浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0； (2)作用于挂篮主桁的荷载 箱梁荷载：箱梁荷载取1#块计算； 施工机具及人群荷载：2.5kPa； 模板自重取0.7kN/m2。

1.2.4 内力符号规定

轴力：拉力为正，压力为负； 应力：拉应力为正，压应力为负； 其它内力规定同《结构力学》的规定。

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1.3 工程简介

1.3.1 工程概况

涪陵乌江大桥为重庆至怀化线涪陵至武隆段新建铁路上一座跨越乌江峡谷的桥梁，该桥位于乌江河口上游7.5公里的白岩口河段。桥址属中低山峡谷地貌，江右岸岩壁近直立，高百余米，基岩裸露良好，江左岸地形较平缓，自然坡约25-35。乌江常年通航，枯水季节江面宽约120米，洪水时宽约250米。

桥址处属亚热带湿润季风气候，气候湿润、雨量充沛，冬春雨少，夏秋雨多，夏热冬暖，多雾、日照少，多年平均气温18.20C，多年最高气温42.20C，多年最低气温-2.70C，多年年降雨量1000-1400mm，多年最大降雨量1360-1929mm，最大日降雨量113-213mm。

桥址河段为乌江水系，地表水主要有乌江水及沟水，经取乌江水分析，水质对混凝土无侵蚀性，河段最高通航水位H=181.25m，最低通航水位H=138.76m。

桥址不良地址主要为岩溶，乌江右岸怀化端6号墩基础下发育一较大溶洞，溶洞高0.6-4.03m，绝对标高115.65-124.62m，总体向600E倾斜，充填细砂石灰及少量石灰岩碎块，对工程影响较大。

桥址处地震基本烈度为六度。

乌江大桥桥跨布置为：1×32m预应力混凝土简支梁+1×34.25m预应力混凝土简支梁(含垫梁)+2×35.8m预应力混凝土简支梁（含垫梁）+（66+128+66）m预应力混凝土连续刚构。桥梁全长409.35m。

主桥连续刚构梁体构造为：

（1）梁体为单箱单室变高度变截面箱梁结构，支墩处梁高8.8m，跨中及边跨梁端处梁高4.4m。梁体下缘除中跨中部34m梁段和边跨端部19.7m梁段为等高直线段外，其余为圆曲线，R=212.314m，梁体全长261.4m；

（2） 箱梁顶板宽8.1m，底板宽6.1m，除梁端附近区段外，顶板厚40cm。底板厚40-90cm，腹板厚40-70cm；

1.3.2 挂蓝设计荷载及主要技术参数

（1） 挂蓝初始工作长度不大小12m； （2） 挂蓝适应梁高4.4—8.8m； （3） 挂蓝适应最大悬臂节段长度：4m； （4） 挂蓝承受最大混凝土重量147t；

（5） 挂蓝自重（包括模板、工作平台等）44.45t，挂蓝自重与悬灌最大重量比值为0.302。

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第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定 图1-3 节段划分示意图 4 第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

1.4 挂蓝构造

乌江大桥挂篮结构形式为菱形，考虑现场安装方便，杆件联结方式为焊接，行走采用后锚自锚式结构及前支座滑动方式，主体结构由主桁、横梁及底模架、悬吊系统、行走系统和模板组成，结构示意见图1-4。

1—主桁 2—前横梁平台 3—后锚 4—前吊带 5—箱梁顶板 6—外模滑移梁后吊点 7—外模滑移梁 8—底模锚固系统 9—箱梁底板

图1-4 菱形挂篮结构示意图

1.4．1 主桁系统

主桁是挂蓝的主要受力结构，乌江大桥挂蓝主桁由两片菱形桁架组成，桁架各杆件材料均为Q235钢两片[32c槽钢组成，杆件之间采用焊接（角焊缝三面侧焊和L形焊），两片主桁通过上水平杆前端的上横梁、立柱之间的中横联、后斜杆间的后横联联结成空间门架，两片主桁位于箱梁腹板上方，后部利用φ32精扎螺纹钢通过连接器与梁体竖向预应力钢筋连接，作为浇筑混凝土时的后锚。

1.4．2 行走系统

行走系统是挂蓝前后移动的装置，由自锚车轮组、前支座、轨道组成，挂蓝移动动力利用固定于轨道上的到链实现，挂蓝后部自锚车轮组在轨道上滚动，前支座与轨道间布置聚四氟乙烯板，利用车轮的滚动及前支座的滑动实现挂蓝的移动。自锚车轮组为反扣轮，在挂蓝前移过程中起到抗倾覆的作用。

后支座车轮组有两块?=30mm轮座板、两根限位轴、摆轴、四个车轮组成。挂蓝自锚车轮组见图1—5。

挂蓝轨道由两根20a工字钢焊接而成，分4m、2m长两种，轨道两端分别作成阴、

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第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

阳头，以保证轨道对接时的顺畅，轨道直接铺设在梁体腹板上，利用竖向预应力粗钢筋及布置在轨道顶部、底部的压板将轨道与梁体联结成整体，轨道结构见图1—6。

前支座由两块?=20mm钢板及8根长800mm[20槽钢焊接而成，上下钢板之间通过4根45#钢加工而成直径30mm的钢轴联结在一起，钢轴伸出下前支座钢板，中心间距400mm，对应两根钢轴内侧之间净距为370mm，略大于前移轨道的外轮廓尺寸300mm，以保证在挂蓝前移过程中挂蓝沿固定的轨道移动，起到导向作用。前支座与挂蓝主桁的立杆、下节点板见用加劲板焊接在一起。

主桁后斜杆 主桁后斜杆 主桁下水平杆 摆轴 轮座板 限位轴 限位轴 轨道 自锚车轮组 轨道 轨道 腹板竖向预应力筋 图1-5 挂篮后支座自锚车轮组及轨道

400 4x300 400 2000 300 加强板 工字钢 200 加强板 100 图1—6 挂蓝轨道结构（单位：mm ） 1.4.3 锚固系统

锚固系统是指挂蓝纵移到位后浇筑混凝土时挂蓝与箱梁的固定体系，乌江大桥挂蓝

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第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

锚固系统包括主桁后锚系统及底模锚固系统。

主桁后锚系统由φ32mm精扎螺纹钢筋、YG锚具、连接器、扁担梁及锚杆梁等组成，位于主桁尾部，通过连接器将精扎螺纹钢与箱梁腹板竖向预应力钢筋连接在一起，锚杆梁直接安放在主桁下水平杆上，通过YG锚具将主桁与箱梁联结成整体，挂蓝纵移到位后，先用连接器将精扎螺纹钢筋锚杆与箱梁竖向预应力连接在一起，安装扁担梁、上部YG锚具、千斤顶，用千斤顶将扁担梁和主桁顶紧，然后安装锚杆梁、下部YG锚具，并拧紧所有四根锚杆梁上的YG锚具，松开千斤顶，在浇筑混凝土过程中利用锚杆梁锚固主桁，后锚系统结构示意见图1—7。

YG锚具

YG锚具

联结杆 扁担梁 YG锚具

主桁下水平杆

锚杆梁 轨道

扁担梁

主桁后斜杆 千斤顶

箱梁顶板

图1—7 挂蓝后锚系统结构示意

联结器

底模锚固系统位于已成形梁段底板前端，由螺旋千斤顶、M80双头螺杆、锚固梁组成，其构造示意见图1—8。

在浇筑前一节段底板混凝土时，在底板对应位置预留孔，挂蓝纵移到位后，穿双头螺杆，安放千斤顶，利用千斤顶将底模架与已浇筑箱梁底板底面顶紧，在浇筑箱梁混凝土过程中，千斤顶不拆卸，为保证在浇筑混凝土过程中千斤顶不回落，千斤顶采用32T螺旋顶，不能采用油压千斤顶。

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第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

螺杆 垫板 螺帽 扁担梁 32T螺旋千斤顶 箱梁底板 底模 底模架 底垫板

图1—8 挂蓝底模后锚结构示意 1.4.4 横梁及底模架

1. 横梁

横梁由前上横梁、中横梁、后横梁组成，根据计算，考虑横梁的刚度要求，前横梁截面形式采用两片I50C工字钢组焊而成，前横梁安放在主桁上水平杆的前端，通过联结钢板与主桁上水平杆联结在一起，其作用为通过吊带承受新浇混凝土的重量、反吊底模、侧模、内模、外模滑移梁、内模滑移梁；中横梁位于主桁立杆内侧，后横梁位于主桁后斜杆中部上侧，两者的作用主要是加强两片主桁的横向联结，增加主桁的整体稳定性。

挂蓝中上、下横梁与主桁立柱之间均通过联结板联结，联结板与主桁立杆之间均采用焊接。后横梁横截面与中上、下横梁相同。

2. 底模架

底模架是指底模下的支撑钢架，后端通过挂蓝底模后锚与箱梁底板联结在一起，前端通过吊带悬挂与主桁前横梁，其主要作用是承受模板、新浇混凝土的重量。乌江大桥底模架由前横梁、后横梁、纵梁、联结系组成，前、后横梁采用两片I32b工字钢加工而成，纵梁采用I25b工字钢加工，联结系为[5槽钢，前、后横梁长10m，纵梁长5.35m。

1.4.5 悬吊系统

悬吊系统是挂蓝的升降系统，用于升降、悬吊底模架、外模、内模及工作平台，以适应不断变化的箱梁截面高度，在定位时可以微调节段模板的标高，悬吊系统除应具备足够的强度外，在模板调整时应方便、快捷，在浇筑混凝土时应稳固。

底模前横梁通过4根采用φ32mm精扎螺纹钢吊杆将荷载传给顶横梁，φ32mm精扎

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第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

螺纹钢有其锚固、接长专用的锚头、连接器，内外模滑移梁前吊点吊杆及后挑梁对应的外模吊杆均采用φ25mm精扎螺纹钢。

1.4.6 内、外模滑移梁

在挂蓝空载纵移过程中，底模架由置于挂蓝前横梁上及置于后挑梁上的吊带反吊，内模、外模则由内、外模滑移梁支撑，外模滑移梁长10m，由两根[36a槽钢拼制，前端反吊在挂蓝前横梁上，后端固定在滑移梁后锚上，中间通过滑移托轮组支撑。

在挂蓝纵移前，拆除滑移梁后锚，通过中间滑移托轮组实现滑移梁的纵移，由滑移梁支撑外模一起纵移到位；挂蓝纵移到位后，拧紧后锚拉杆，使外模后部贴紧已浇段混凝土，调节滑移梁前吊杆，在滑移梁的支撑下，即可调节外模前端标高，在浇筑节段混凝土过程中，外模一直由滑移梁支撑。

在外模滑移梁后端，设置有滑移梁工作平台，以便滑移梁后锚拆除、托轮组的移动等工作。内模滑移梁的工作原理与外模滑移梁基本相同，外模滑移梁安装示意图见图1-9。

为保证挂蓝纵移过程中外模不晃动，外模滑移梁托轮组上部钢板作成斜状，通过?25螺纹钢筋拧紧，使其于已浇梁段悬臂板底部密贴，外模滑移梁托轮组构造见图1—10。

挂蓝纵移到位、滑移梁后锚固定后，即可松开托轮组螺杆螺帽，取除螺杆，顺滑移梁移动托轮组到下一位置。

已浇梁段顶板 滑移梁前吊带 外模架 滑移梁后锚 滑移梁托轮组 待浇梁段 外模滑移梁 图1—9外模滑移梁安装示意 9

第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

?25螺杆 650 400 箱梁悬臂板 300 滑移梁 托轮 280 200 托轮 滑移梁 图1-10 外模滑移梁托轮组构造（单位：mm）

1.4.7 模板

挂蓝模板包括底模、外模、内模、端模组成。 1. 底模

底模为整体钢模，采用?=8mm的钢板，直接安放在底模架上，底模长6094mm，略小于箱梁底宽6100mm，以便于外侧模与底模间加设密封条，底模由两块宽2200mm的模板组拼而成，两块模板间用?18螺栓联结在一起。

2. 外侧模

外侧模由侧模架及面板焊制而成，侧模架用[5槽钢和[8槽钢焊接而成，面板采用

??6mm钢板，外侧模宽为4200mm，高7920mm，沿宽度方向分为两段，宽度分别为2100mm ，沿高度方向分为四段，高度从上到下分别为3400、 750、2250、1500mm，以适应悬臂灌注时梁段高度的变化，单边外侧模共分为8块，各块之间通过角钢用螺栓联结成整体，随着梁高的减小，逐渐拆除下面的侧模。

在浇筑节段混凝土时，外侧模架底部由焊在底模架上的丝杆加固，与底模顶紧，中部用套管螺栓与内模联在一起，上部用撑拉结合梁固定两边外侧模架。外侧模架布置间距为800mm。

3. 内模

内模顶板下横向支撑采用[20b槽钢，纵向支撑采用[5槽钢，顶板倒角处横向支撑采用[12.6槽钢；侧模横向支撑采用[6.3槽钢，纵向支撑采用[8槽钢。内模面板采用组

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第一章 菱形挂篮构造及尺寸的拟定

合钢模，顶板到角处面板另行加工，底板顶面不设内模。与外侧模相同，内模架下也设置滑移梁，滑移梁后部锚于已浇梁段顶部，前端通过悬吊系统吊在主桁前横梁上。

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第二章 菱形挂篮内模设计计算

第2章 挂篮内模设计计算

箱梁荷载取1#块计算，1#块梁段长度为3.0m，施工机具及人群荷载为2.5kPa。其重量为：G?1470.8kN

2.1 顶板下模板及纵横向支撑计算

2.1.1 顶板下模板设计计算

顶板下模板采用6mm厚钢板，顶板所受混凝土重为图3-1中阴影部分混凝土的重量。

图2-1 内模板受混凝土荷载示意图

阴影部分面积为25225cm2，则顶板混凝土荷载为：

25225?10?4?3.0?26?13.95kN/m2

（6.1?1.4）?3.0内模板所承受的荷载为：

q?13.95?1.05?1.2?2.5?0.7?20.78kN/m2

式中，1.05——考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等因素的超载系数；

1.2——浇筑混凝土时的动力系数； 2.5——人群机具荷载（kN/m2）； 0.7——为模板自重（kN/m2）。

顶板下纵向支撑间距取0.4m，横向支撑间距取0.8m，模板视为四边简支板。查《公路桥涵设计手册基本资料》知：lx/ly?0.5（lx，ly分别为栅格的边长），钢板泊松比为ｕ=0.3。

单位板宽的刚度为：

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第二章 菱形挂篮内模设计计算

E?h3210?106?0.0063?c???4.15 2212?（1??）12?（1?0.3）式中，μ——为泊松比，钢材泊松比为0.3；

E——为钢板弹性模量，取2.1?105MPa； h——为板的厚度(m)。

模板挠度为：

f?0.01013?q?l4?c20.78?0.44?0.01013??1.3mm?1.5mm

4.15式中，q——为模板所受均布荷载（kPa）； l——为四边简支板较小边的长度（m）；

1.5mm——为根据施工经验采用的模板允许挠度。

满足要求

2.1.2 模板下纵向支撑设计计算

纵向支撑简化为跨度为0.8m受均布荷载的简支梁，简化模型见图3-2，采用［5槽钢，I=26cm4

图2-2 顶模板下纵向支撑受力模型

所受均布荷载为：

q?20.78?0.4?8.31kN/m

跨中弯矩为：

2qlM?8.31?0.82??0.66kN?m 88跨中挠度为：

5ql45?8.31?0.84f???0.81mm?L?800?2.00mm 6?8400400384EI384?210?10?26?10满足要求

式中，L/400——临时结构简化为简支梁后的允许挠度。

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第二章 菱形挂篮内模设计计算

强度验算：

M0.66?106????63.46MPa?[?W]?145MPa 3WX10.4?10 满足要求

支点反力为： F=3.32kN 2.1.3 模板下横向支撑设计计算 横向支撑简化为跨度为3m，简支于两个导梁上，承受集中荷载的简支梁（模板下两导梁间距取3m），受力模型见图2-3，采用材料为Q235钢,截面为［20b槽钢。弯矩图见图2-4，梁单元内力见内力表2-1。

图2-3 内模横撑受力模型（单位：kN）

图2-4 顶板下横向支撑弯矩图（单位：kN·m）

单元

1 1 1 1 1

荷载 组合荷载 组合荷载 组合荷载 组合荷载 组合荷载

表2-1 顶板下横撑内力表 位置 剪力(kN) 弯矩(kN*m) I[1] -26.78 0 1/4 -13.39 14.07 2/4 0 18.76 3/4 13.39 14.07 J[2] 26.78 0

在MIDAS中建立分析模型，运行分析知，支点反力为26.78kN(考虑横梁自重)，顶板下横撑挠度图见图2-5，剪力图与剪应力图分别见图2-6和图2-7：

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第二章 菱形挂篮内模设计计算

跨中弯矩为： M=18.76kN·m ［20b槽钢的截面抵抗矩为： Wx=191.4cm3 强度验算：

M18.76?106????98.01MPa?[?W]?145MPa3WX191.4?10

满足要求

图2-5 顶板下横撑挠度图（单位：m）

跨中最大挠度为：

f?4.62mm?L/400?3000/400?7.5mm

式中，L/400——为临时结构简化为简支梁后的允许挠度。

满足要求

图2-6 顶板下横撑剪力图（单位：kN）

图2-7 顶板下横撑剪应力图（单位：kPa）

由图2-7可以看出顶板横撑剪应力为17.66MPa<85MPa

满足要求

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