懸臂施工中橋梁滑動式掛籃設計【含CAD圖紙、說明書】
懸臂施工中橋梁滑動式掛籃設計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,懸臂,施工,橋梁,滑動,掛籃,設計,cad,圖紙,說明書,仿單
橋梁滑動式掛籃設計
摘 要
懸臂施工在大跨度及其他方法難以實施的環(huán)境中是經(jīng)常采用的施工的方法，其中以掛籃為臨時結構的懸臂施工技術是重要技術之一。本課題以實際工程為資料，進行優(yōu)化的菱形掛籃設計。
本論文對懸臂施工技術進行簡要說明，并對各種類型掛籃進行比較說明以此選出方案——菱形掛籃，然后根據(jù)菱形掛籃設計資料和分析理論進行菱形掛籃的設計和檢算。主要內容包括菱形掛籃的模板系統(tǒng)、主桁系統(tǒng)、吊帶和錨固系統(tǒng)及走形系統(tǒng)的強度、剛度和安全穩(wěn)定進行設計和檢算。其中利用midas有限元軟件進行分部建模設計計算和部分進行手算與之復核，應用計算機輔助軟件cad進行整套圖紙繪制。
關鍵詞：懸臂施工；菱形掛籃；設計與計算
I
Bridge?sliding?Wagon?Design
Abstract
The bracket construction in the great span and other methods implement with difficulty in the environment is the construction method which uses frequently, take hangs the basket as the temporary structure bracket construction technique is one of important technical. This topic take the actual project as a material, carries on optimized the diamond to hang the basket design.
This word carries on the briefing to the bracket construction technique, and hangs the basket to each type to carry on the comparison explanation to select the plan diamond by this to hang the basket, then hangs the basket design information and the analysis theory according to the diamond carries on the diamond to hang basket's design and to examine calculated. The primary coverage hangs basket's template system, the main spar system, the suspenders and the anchor system including the diamond and loses shape system's intensity, the rigidity and safe carries on the design stably and examines calculated. And carries on the branch modelling design calculation and the part using the midas finite element software enters the expert to calculate that reexamines with it, carries on whole set blueprint plan using computer auxiliary software cad.
Keywords: the bracket construction ；diamond hangs the basket ；design and computatio
II
主要符號表
K 安全系數(shù) E 材料彈性模量
Φ 安全系數(shù) δp 比例極限
E?拉伸彈性模量 δ-0. 2 壓縮屈服強度
δb 抗拉強度 δ-1? 疲勞極限
δN?疲勞強度 λ 電導率
III
目 錄
1 緒論 1
1.1橋梁掛籃施工的國內外研究情況 1
1.2橋梁掛籃施工種類與特點 3
1.2.1掛籃分類及組成 3
1.2.2掛籃結構的主要特點 6
1.3橋梁掛籃的施工工法及設計安裝注意事項 7
1.3.1掛籃的主要組成 7
1.3.2掛籃設計安裝注意事項 8
1.4論文的提出與本文的組織 9
1.4.1論文的提出及其本人所做的主要工作 9
1.4.2本設計所選的方案及其說明 9
1.4.3論文主要內容 10
2 掛籃設計資料與計算原理及內容 11
2.1菱形掛籃的設計資料 11
2.2掛籃的結構設計原理和檢算內容 11
2.2.1結構設計 11
2.2.2結構檢算 12
3 MIDAS軟件簡介 14
4 掛籃模板系統(tǒng)設計與計算 17
4.1底模系統(tǒng) 17
4.1.1荷載分析 17
4.1.2底模設計與檢算 17
4.2側模系統(tǒng)設計與檢算 25
4.2.1下部側模設計與檢算 25
4.2.2上部側模設計與檢算 32
4.3內模系統(tǒng)設計與檢算 32
4.3.1內豎向模板設計與檢算 32
4.3.2內膜頂模設計與檢算 33
4.3.3內模頂模支架solidworks圖示 34
IV
·
4.4分配梁設計與檢算 35
4.4.1分配梁截面選擇 35
4.4.2分配梁建模與檢算 35
第5章 菱形掛籃主桁系統(tǒng)設計與計算 38
5.1掛籃主桁結構基本尺寸擬定 38
5.1.1擬定主桁的基本尺寸 38
5.1.2擬定主桁的截面尺寸 38
5.1.3簡化計算模型 38
5.1.4單片主桁節(jié)點和桿件 38
5.2主桁前橫梁設計與檢算 39
5.2.1前橫梁尺寸和截面擬定 39
5.2.2前橫梁的建模計算 39
5.3主桁檢算（手算） 41
5.3.1主桁模型的受力簡化 41
5.3.2計算各桿件長度 41
5.3.3計算單片的主桁桿件內力 41
5.3.4主桁的各桿件檢算 42
5.4主桁建模檢算 44
5.4.1主桁的建模 44
5.4.2建模求內力和變形以及應力 44
6 掛籃懸吊錨固系統(tǒng)設計 46
6.1錨固系統(tǒng) 46
6.1.1主桁后錨 46
6.1.2其他錨固 46
6.2懸吊系統(tǒng) 46
7 S OLIDWORKS建模展示 47
8 總結 49
參考文獻 50
致 謝 51
畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明 52
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 53
附錄 54
V
·
1 緒論
1 緒論
1.1橋梁掛籃施工的國內外研究情況
懸臂澆筑法施工從20世紀60年代由前西德首先使用以來，發(fā)展至今，已成為建大中跨徑橋梁的一種有效施工手段[1]。日本預應力混凝土工業(yè)協(xié)會《關于預府力混凝土長大橋梁的調查研究報告》指出，1972年后建造的跨徑大于100m以上的橋梁近200座，其中懸臂法施工的橋梁占87％以上，而采用懸臂澆筑法施工占80％左右[2,3]。掛籃作為懸臂澆筑施工的主要設備已有多種類型，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以來，也已取得了巨大的成就[4]。
縱觀國內外，掛籃施工的優(yōu)秀實例有許多。最近幾年我國在懸臂掛籃施工中的發(fā)展也非?？臁Ｎ覈膾旎@設計及制作已全部適應懸臂施工向高強、輕型、大跨發(fā)展的需要，從PC連續(xù)梁或剛構的懸臂施工掛籃最初是平行桁架式，后來，逐漸發(fā)展為多樣化，結構越來越輕型，受力越來越合理，施工越來越方便,應用也越來越廣泛[5,6]?，F(xiàn)將我國掛籃應用的部分實例和技術指標列于附錄表1.1。
1.2橋梁掛籃施工種類與特點
1.2.1掛籃分類及組成
目前，掛籃的型式很多，構造上亦有差異，其常見分類方法有：
按掛籃使用材料分類：有萬能桿件、軍用梁、貝雷梁等制式桿件組拼和型鋼加工制成兩種[7]；
按主要承重結構形式分類：桁架式(包括平弦無平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、拉式(包括三角斜拉式和預應力斜拉式)、鋼板梁式及牽索式四種[8,9]；
按受力原理分類：垂直吊桿式、斜拉式、剛性模板三種；
按其抗傾覆平橫方式分類：壓重式、錨固式和半壓重半錨固式三種；
按其走行方法分類：一次走行到位和兩次走行到位兩種；
按其移動方式分類：滾動式、滑動式和組合式三種。
掛籃通常都有以下幾個組成部分：承重結構、懸吊系統(tǒng)、錨固裝置、走行系統(tǒng)和工作平臺。承重結構是掛籃的主要受力構件，它承受施工設備和新澆筑節(jié)段混凝土的全部重量，并通過支點和錨固裝置將荷裁傳到已施工完成
2
畢業(yè)設計（論文）
的梁身上[10]。
掛籃的走行系統(tǒng)可用軌道或四氟乙烯滑板，牽引動力一般用電動卷揚機，它包括前牽引裝置和尾索保護裝置。
為保證澆筑混凝土時掛籃有足夠傾覆穩(wěn)定性，往往在掛籃的尾部設置后錨固，一般通過埋在梁肋內的豎向預應力筋實現(xiàn)，當后錨能力不夠時．也可采用尾部壓重等措施。
掛籃的主要功能是支撐模板，承受新澆混凝土重量，由工作平臺提供張擰、灌漿的場地，調整標高。因此掛籃不僅要求有足夠的強度保證，還要有足夠的剛度及穩(wěn)定性，自重輕，移動靈活，便于調整標高等[11,12]。
圖 1.2菱形式掛籃
圖 1.1三角式掛籃
幾種主要常用掛籃的結構形式如圖1.1至1.4示。
53
畢業(yè)設計（論文）
圖 1.3拱形掛籃
圖1.4斜拉式掛籃
1.2.2掛籃結構的主要特點
按主要承重結構形式分析掛籃結構的主要特點
a. 平行桁架式掛籃。平行桁架式掛籃的上部結構外形一般為一等高度桁梁，其受力特點是：底模平臺及側模架所承重均由前后吊桿垂直傳至桁梁節(jié)點和箱梁底板上，故又稱吊籃式結構，桁架在梁頂用壓重或錨固或二者兼之來解決傾覆穩(wěn)定問題，桁架本身為受彎結構[13]。
b. 平弦無平衡重掛籃。平弦無平衡重掛籃是在平行桁架式掛籃的基礎上，取消壓重，在主桁上部增設前后上橫桁，根據(jù)需要，其可沿主桁縱向滑移，并在主桁橫移時吊住底模平臺及側模支架[14]。由于掛籃底部荷重作用在主桁架上的力臂減小，大大減小了傾覆力矩，故不需平衡壓重．其主桁后端則通過梁體豎向預應力筋錨固于主梁項板上。
c. 菱形掛籃。菱形掛籃可以認為是在平行桁架式技籃的基礎上簡化而來，其上部結構為菱形，前部伸出兩伸臂小粱，作為掛籃底模平臺和側模前移的滑道，其菱形結構后端錨固于箱梁底板上，無平衡壓重，而且結構簡單，故自重大大減輕，是近年來常用的掛籃形式。
d. 三角形掛籃。三角形掛籃也是在平行桁架式掛籃的基礎上簡化而來，它與菱形技籃均屬于垂直吊桿式，主要區(qū)別在于主桁架的形狀，其承重結構為三角形，其它組成類似于菱形掛籃，屬于全錨式掛籃，自重輕。
e. 弓弦式拄籃。弓弦式桁架(又稱曲核桁架式)掛籃主格外形似弓形，故也可認是從平行桁架式掛籃演變而來，除具有桁高隨彎矩大小變化外，還可在安裝對施加預應力以消除非彈性變形 故也可取消平衡重，所以—船重量較輕；
f. 滑動斜拉式掛籃?；瑒有崩綊旎@在力學體系方面有較大的突破，其上部采用斜拉體系代替梁式結構的受力，而由此引起的水平分力，通過上下限位裝置(或稱水平制動裝置)承受．主梁的縱向傾覆穩(wěn)定由后端錨固壓力維持。其底模平臺后端仍吊掛或錨固于箱梁底板之上。
g. 預應力斜拉式掛籃。預應力斜拉式掛籃的最大特點是利用梁體內腹板的預應力筋拉住模板．從而使得掛籃結構簡化，重量變輕。
h. 三角型組合梁掛籃。三角型組合梁掛籃是在平行桁架式掛籃的基礎之上，將受彎桁架改為三角行組合梁結構。由于其斜拉桿的拉力作用，大大降低了主梁的彎矩。從而使主梁能采用單構件實體型期。由于掛籃部結構輕盈．除尾部錨固外。還需較大配重。其底模平臺及側模支架等的承重傳力與平行桁架式掛籃基本相同。
i. 自承式掛籃。自承式掛籃分為兩種，一種是模板支承在整體桁架上，桁架用銷子和預應力筋掛在己成箱粱的前端角上。灌筑混凝土時主梁和走行桁架移至一邊，掛籃前行時再按上。吊著空載的模板系統(tǒng)前移。另一種是將側模制成能承受巨大壓力的剛性模板，通過梁上的水平及豎向預應力筋拉住模板來承受混凝土重，走行方法與前者相同，由臨時吊車懸吊著模板系統(tǒng)前移到下一梁段。這種方法對跨度不很大的等高度箱梁較為適宜。
j. 牽索式掛籃。在斜拉橋的施工中，利用斜拉主索牽掛掛籃，其承重結構不再支承在己灌筑梁段頂面，而是懸掛于己成梁段的下面，通過牽索系統(tǒng)將掛籃前端的垂直荷載直接傳到斜拉橋的主塔上，這是它的最大特點。
1.3橋梁掛籃的施工工法及設計安裝注意事項
1.3.1掛籃的主要組成
a. 懸吊系統(tǒng),其作用是將底模板、張拉平臺的自重及其上的荷載傳遞到主桁架。通常是以鉆有銷孔的鋼帶或兩端有螺紋的圓鋼組成，張拉平臺的懸吊系統(tǒng)可用鋼吊帶、鋼絲繩、鏈條等組成[15,16]。
b. 錨固系統(tǒng),為防止掛籃的前移和澆注混凝土時的傾覆失穩(wěn)，并確保施工過程的安全。錨固系統(tǒng)的設置至關重要。故應驗算掛籃的傾覆穩(wěn)定性，其穩(wěn)定系數(shù)不應小于2。
c. 行走系統(tǒng),掛籃走行系統(tǒng)分為桁架走行系統(tǒng)、底模、外模走行系統(tǒng)以及內模走型系統(tǒng)。掛籃的整體縱移可采用滾移或滑移等方式，其動力可用電動絞車或油壓系統(tǒng)牽引移位，也可通過手動葫蘆人工牽引就位。
d. 張拉平臺,張拉工作平臺設在掛籃的主桁架前端，用于張拉縱向預應力鋼筋、管道壓漿等。操作時可用手動葫蘆調整其高度。模板系統(tǒng)模板系統(tǒng)由外側模、內模和底模幾部分組成。外側模一般采用整體鋼制大模板，當梁高變化較大時，可沿梁高分為3塊左右，以隨梁高變化拆裝調整。內模一般通過模架放置在內模走行梁上，走行梁前端吊在桁架橫梁上，后端吊在已澆梁段頂板的預留孔上。底模有底模架、底橫梁和模板組成，通過底橫梁的前后吊帶懸掛在掛籃主桁的前吊點和已澆梁段上，隨主桁一起前移[17]。
1.3.2掛籃設計安裝注意事項
a. 掛籃設備應系列化、規(guī)格化,掛籃作為PC連續(xù)梁(或則構)懸管理筑的一種常用設備，應用已很普遍；而日前國內的并籃種類雖不少，但適應不同跨度和梁寬的系列化、規(guī)格化產(chǎn)品尚不多見，多數(shù)施工單位都是對不同跨度和梁貿使用一種掛籃．僅對其某些桿件的市置作些調整，往往會田大馬拉小車影響作仆效率c產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因除產(chǎn)品開發(fā)滯后外，還有擰籃在具體一個施工單位的利用率問題，為此建議成立掛籃系列產(chǎn)品租賃公司，以便解決產(chǎn)品系列化、規(guī)格化和利用率的矛盾。此外，掛籃設計還應考慮RJ梁懸灌段灌筑的連續(xù)性，附設一些保證全天候作業(yè)的設施，供施工單位根據(jù)不同的需要選用[18]。
b. 掛籃制作的工廠化,由于掛籃作業(yè)的安全性要求較高，一般來說，除一些可利用的常備式桿件外，掛籃的主要受力部件．特別是一些需作特殊處理的桿件，宜由具有一定資質的廠家加工制作，并需作嚴格的檢測，以絕對保證高空作業(yè)的安全。
c. 掛籃施工作業(yè)的標準化和規(guī)范化,目前，我國橋梁施工規(guī)范對掛籃的作業(yè)做了一些規(guī)定，但尚不夠充分和完善；而國內出現(xiàn)的幾起掛籃施工事故大多由于操作不當所致，建議在修訂橋梁施工規(guī)范時．對主要擰籃的操作要求予以進一步的補充和明確。
d. 掛籃設計形式的新動向
(1) 針對一般掛籃梁上結構占用懸灌作業(yè)場地的矛盾，國外有人設想將掛籃用箱梁的縱向預府力筋預張拉固定，承受灌筑段的重量；而在梁頂設專門為滑移掛籃而用的結構，待完成滑移作業(yè)后將這部分結構后移，騰出作業(yè)場地。對此有必要作進一步的探討與研究
(2) 針對彎梁橋，國內有關單位已研制出一種斜拉組合式掛籃，這種彎梁施工用掛籃既能縱向走形，又可橫向轉動，其組合位移便形成了沿橋梁的曲線走形。掛籃前移時，是用錨固于梁頂?shù)纳蠙M梁維持大梁穩(wěn)定的，掛籃轉動是靠頂推掛籃后端實現(xiàn)的。這種掛籃的出現(xiàn)，為彎橋的懸灌開辟了一條新的路徑。
1.4論文的提出與本文的組織
1.4.1論文的提出及其本人所做的主要工作
本題目來自工程實際，以現(xiàn)有的橋梁掛籃為模型進行技術改進，設計過程中掛籃的可靠性和安全性作為重點考慮的方面。本設計內容具有很高的實用價值，涉及到機械、力學和液壓設計方面的知識，學生通過本畢業(yè)設計，能夠將大學中學到的機械、力學和液壓設計方面的知識很好的用到實際工程中，培養(yǎng)學生進行實際工程設計的技能。橋梁掛籃施工技術是一項比較復雜的技術，重點在于掛籃的設計和安全性，本設計針對特高橋和一些有特殊要求的現(xiàn)澆橋梁設計掛籃，主要內容有根據(jù)橋梁尺寸設計掛籃結構、利用相關軟件做掛籃強度計算、繪制三維張配體、繪制二維零件圖、繪制三維零件圖、制作三維裝備及其工作原理動畫、撰寫論文。
1.4.2本設計所選的方案及其說明
結合對比前邊提到的方案本課題選擇菱形掛籃方案進行設計計算。
圖 1.7菱形掛籃施工圖
菱形桁架為菱形掛籃的主要承重結構，菱形桁架前端伸出作為掛籃底模的懸掛平臺，后端錨固在箱梁頂板上，無平衡壓重，結構簡單、受力明確，是近年來常用的掛籃形式[19]。
優(yōu)點：菱形掛籃外形美觀，結構簡單，桿件受力明確，計算簡便。作業(yè)面開闊，便于構造鋼筋分片吊裝，混凝土運輸車可直接從兩片桁架中間通過，運至施工的梁段；能加快梁段施工速度[20]。梁段循環(huán)周期平均為6至8天，是雙線鐵路橋梁懸灌法施工較短的循環(huán)周期。利用桁梁前后支座，使桁架在軌道上走行，無需平衡重，操作方便，移動靈活、平穩(wěn)。外模、底模隨桁架一次到位，縮短了掛籃移動時間，移動一次只須2至4小時。 掛籃自重較輕。桁架縱向安裝尺寸，只要有12m梁段長度即可安裝兩套掛籃，起步時不需要兩套掛籃聯(lián)體，拼裝速度快，一套掛籃2至3天即可拼裝就位。掛籃所用材料均為常用材料，加工制造簡單。掛籃剛度大，變形小。適用范圍廣，適合于鐵路單、雙線箱型連續(xù)梁懸灌施工，桁間聯(lián)結系稍加改動也可用于公路橋的懸灌施工[21]。
缺點：其鉚釘孔預留位置較多，且預留孔要求位置精度高[22]。
1.4.3論文主要內容
論文主要內容背闊，掛籃種類介紹、掛籃安裝施工設計注意事項、菱形掛籃具體結構組成介紹、菱形掛籃各個部分受力計算檢驗。
2 掛籃設計資料與計算原理及內容
2 掛籃設計資料與計算原理及內容
2.1菱形掛籃的設計資料
臨時結構的設計一般都要根據(jù)具體項目的設計資料和施工現(xiàn)場的條件來確定一種較為優(yōu)化的施工方案[23]。此設計為公路橋梁懸臂施工的臨時結構設計，根據(jù)設計條件選菱形掛籃作進行懸臂施工。圖紙截面資料如圖2.1所示。
圖2.1橋梁截面圖
根據(jù)圖紙和相關資料可知此掛籃的功能需滿足以下要求：
a. 需完成施工梁段為3m、3.5m、4m；
b. 需完成施工梁段的梁高為0.66m至0.35m；
c. 需完成施工的橋面寬為7.15m；
d. 需要有一定的施工空間，以便施工；
e. 有足夠的強度，剛度和穩(wěn)定安全系數(shù)，達到相應規(guī)范要求。
2.2掛籃的結構設計原理和檢算內容
2.2.1結構設計
結構設計主要包括設計依據(jù)、主要技術指標和其他要求。具體如下：
a. 設計依據(jù)
(1) 橋梁施工圖設計文件；
(2) 現(xiàn)行鋼結構設計、施工技術規(guī)范；
(3) 現(xiàn)行鐵路（公路）橋涵設計、施工技術規(guī)范；
(4) 現(xiàn)行鋼結構施工及驗收規(guī)范；
b. 梁段細部情況
(1) 掛籃的主要技術指標
(2) 可灌梁段的最大重量:根據(jù)橋梁設計文件確定；
(3) 可灌梁段最大長達:根據(jù)橋梁設計文件確定；
(4) 梁高變化范圍:根據(jù)橋梁設計文件確定；
畢業(yè)設計（論文）
(5) 掛籃自重：一般最大梁重的0.35～0.45t；
(6) 主桁最大變形:＜20mm；
(7) 抗傾覆穩(wěn)定系數(shù):走行時＞2.0;澆注混凝土時＞2.0；
(8) 主桁前節(jié)點離梁段端面距離＞0.5m；
(9) 主桁桿件安全系數(shù):＞1.2；
(10) 掛籃走行方式:分次或一次行走完成。
c. 菱形掛籃設計的其他說明
菱形掛籃主桁系統(tǒng)主要由菱形主桁結構，橫向聯(lián)接系和前橫聯(lián)組成。菱形主桁架一般由型鋼或鋼板焊接成箱型結構，桿端采用節(jié)點銷子連接，也可以焊接，主桁的前端點一般放置前橫梁。菱形主桁架立柱和后斜桿之間應可設置一道橫向聯(lián)接系，保證整個掛籃懸灌時柱桁架受力均勻，以及掛籃走行時的穩(wěn)定性和一致性[24]。
2.2.2結構檢算
結構檢算的內容主要包括結構檢算依據(jù)、荷載組合和結構簡化計算圖示等。具體說明見下：
a. 結構檢算的依據(jù)
(1) 澆筑混凝土時的沖擊系數(shù):1.2。
(2) 空載走行式的沖擊系數(shù):1.3。
(3) 掛籃總重控制在設計范圍內，允許最大變形（包括吊帶變形的總和）≤20mm。
(4) 自錨系統(tǒng)的安全系數(shù):2.0。
(5) 澆注混凝土和掛籃行走時的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù):2.0。
(6) 荷載組合
1） 荷載組合Ⅰ?；炷磷灾?動力沖擊荷載+掛籃自重+人群和施工機具荷載。
2） 荷載組合Ⅱ?；炷磷灾?掛籃自重+人群和施工機具荷載（計算剛度）。
3） 掛籃自重+沖擊附加荷載+風載（計算走行）。
b. 掛籃檢算的結構受力簡化和傳力過程
根據(jù)梁段的細部情況，梁截面可分為底板、腹板、頂板和翼板進行荷載計算，底板和腹板荷載由底模系統(tǒng)承擔，頂板荷載由內膜系統(tǒng)承擔，翼板荷載由外膜系統(tǒng)承擔，通過前后吊桿吊帶傳遞到前上橫梁和已澆梁段上。各個部分傳遞到前上橫梁的所有荷載都傳遞到主桁架上。主桁架再通過前支點和后錨點把力傳遞到已澆梁段頂板。懸吊系統(tǒng)部分在整個掛籃受力中起到力系轉換的作用[25]。掛籃傳力過程示意圖如圖2.2所示。
底模系統(tǒng)
后吊桿
前吊桿
待澆梁腹板混凝土tu土
待澆梁底板混凝土
待澆梁段頂板混凝土
待澆梁翼板混凝土
內外模系統(tǒng)
主桁前橫梁
后吊桿
主桁系統(tǒng)
已澆梁段底板
前吊桿
后錨點
前支點
已澆梁段頂板
圖 2.2掛籃傳力過程示意圖
掛籃結構計算可以整體建模計算，也可以分部建模計算，此設計采用分部建模計算和小部分采用手算與之進行復核。本設計除面板的檢算采用《建筑施工計算手冊（第二版）》（江正榮編著）上的大模板設計規(guī)范外，其他設計的檢算采用《橋梁工程》（中鐵二局股份有限公司2009年編著 ）的相應規(guī)范。
3 midas軟件簡介
3 midas軟件簡介
MIDAS/CIVIL 是基于對預應力箱梁、懸索橋、斜拉橋、結構水化熱等土木建筑分析中各種功能進行綜合分析考慮而開發(fā)的最先進的土木結構分析系統(tǒng)。
圖3.1 midas軟件界面截圖
主要功能;結構的靜力分析、結構的動力分析、結構的穩(wěn)定分析、結構的非線性分析、預應力效應分析、混凝土收縮、徐變分析、施工過程的體系轉換、活載效應分析——影響線、汽車荷載、火車荷載、人群荷載等。
建模分析過程:
前處理——創(chuàng)建有限元模型、材料、截面定義、節(jié)點、單元建立、邊界、荷載條件定義;
求解——定義分析選項和求解控制、求解 solve;
結果查看——荷載組合功能、結果的圖形顯示、結果的列表顯示;
設計驗算。
圖3-2 施工階段信息輸入窗口
圖 3-3 預應力特性數(shù)據(jù)輸入界面
圖 3-4 以軌道為實例進行分析圖
圖3-5 數(shù)據(jù)分析曲線
畢業(yè)設計（論文）
圖 3.2特征功能窗口
圖 3.3載荷分析窗口
圖 3.4軌道分析
圖 3.5軌道分析結果
4 掛籃模板系統(tǒng)設計與計算
4 掛籃模板系統(tǒng)設計與計算
4.1底模系統(tǒng)
4.1.1荷載分析
為了方便計算，把混凝土的自重進行分塊劃分并計算相應部分荷載。分塊如圖4.1所示。
（4.1）
圖 4.1 箱梁荷載分布圖
取單位長1m計算其相應面積均布荷載，梁段為預應力鋼筋混凝土，所以混凝土容重取,每塊荷載計算如下：
（4.2）
（4.3）
（4.4）
4.1.2底模設計與檢算
a. 底模受力荷載計算
（4.5）
（4.6）
考慮增大系數(shù)1.2，底模承受V2和V3荷載，因此底模兩邊承受的荷載較中部大，現(xiàn)分別：
b. 擬定模板規(guī)格和尺寸
圖4.2底模邊部模板面板示意圖
采用厚度為5mm的鋼組合模板，模板加勁肋采用8#槽鋼，根據(jù)施工梁段最大長和橫向寬度，取底模縱向長為4200mm,橫向寬為6000mm．根據(jù)模板大小，現(xiàn)初步擬定間距為:中部縱向間距420mm,中部橫向間距最大為320mm。邊部縱向間距210mm。
畢業(yè)設計（論文）
c． 鋼模板面板檢算
（1） 底模邊部的面板的檢算
底模邊部的面板的檢算以最不利情況下的三面固定，一面簡支進行檢算，面板示意圖如下圖3.2所示。
采用大模板計算法，計算長寬比即，
(4.7)
根據(jù)此長寬比值由《建筑施工計算手冊》的附錄（附表2-19）查表
強度檢算：
(4.8)
取1mm寬面板條作為計算單元，荷載q為：
(4.9)
求支座彎矩：
(4.10)
面板的載面系數(shù)：
(4.12)
(4.11)
彎曲應力為：
(4.13)
求跨中彎矩：
(4.14)
(4.15)
鋼板的泊松比u=0.3，故需換算為：
(4.16)
其彎曲應力為：
(4.17)
故面板強度滿足要求。
剛度驗算：
(4.18)
(4.19)
(4.20)
故剛度滿足要求。
(2) 底模中部的面板的檢算以最不利情況下的三面固定，一面簡支進行檢算，面板示意圖如圖4.3所示。
采用大模板計算法，計算長寬比，即
(4.21)
圖 4.3底模邊部模板面板示意圖
根據(jù)長寬比，由《建筑施工計算手冊》的附錄（附表2-19）查表，得
強度檢算：
(4.22)
取1mm寬面板條作為計算單元，荷載q為：
(4.23)
求支座彎矩：
(4.24)
(4.25)
面板的載面系數(shù)：
彎曲應力為：
(4.26)
(4.27)
求跨中彎矩：
(4.28)
(4.29)
鋼板的泊松比u=0.3，故需換算為：
(4.30)
其彎曲應力為：
(4.31)
故面板強度滿足要求。
剛度驗算：
(4.32)
(4.33)
(4.34)
故剛度滿足要求。
綜上所述，初步擬定滿足要求，并有較大富足。
c. 底?？v梁設計計算
(1) 尺寸初步擬定
底模邊部采用HN450×150×9/14，型鋼兩邊各焊接厚8mm的鋼板，中部采用采用相同型號的工字鋼工450×150×11.5，但不需要焊接鋼板。初步布置如圖4.4所示。
圖4.4 底?？v梁布置圖（單位:mm）
(2) 荷載計算
底模鋼模板和加勁肋的重量計算：
(4.35)
(4.36)
(4.37)
一根邊梁的線荷載計算：
一根中梁的線荷載計算：
1） 邊梁檢算
邊梁的受力簡化圖示如圖4.5所示。
面上每點受力均布
圖 4.5邊梁計算簡圖（力單位：kN）
利用midas建模計算其內力，撓度圖、彎矩圖和剪力圖如圖4.6～4.8所示。
圖4.6 邊梁撓度圖
圖4.7 邊梁彎矩圖
圖4.8 邊梁剪力圖
由midas軟件計算得，
最大彎矩：
最大剪力：
最大位移：
支座反力：
邊梁自重：。
截面特性計算如下:
面積：,
x軸慣性矩：
(4.38)
h=450
強度檢算：
彎曲正應力
(4.39)
剪切應力
(4.40)
強度滿足要求。
剛度檢算：
剛度滿足要求。
1） 中梁檢算
底模中梁受力圖簡化如圖4.9，其內力由midas建模計算，結果如圖4.10～4.13所示。
6000
800
1000
圖4.9 底模中梁受力簡化圖（長度單位:mm,力單位：N/m）
圖4.10 底模中梁荷載反力圖
圖4.11 底模中梁自重+荷載
圖4.12 底模中梁彎矩圖
圖4.13 底模中梁剪力圖
由midas軟件計算得，最大彎矩,最大剪力,最大位移，支座反力。邊梁自重。截面特性計算如下:
面積,x軸慣性矩
(4.40)
H=450mm:
(4.41)
強度檢算：
(4.42)
彎曲正應力
(4.43)
剪切應力
強度滿足要求。
剛度檢算：
剛度滿足要求。
綜上所述，底?？v向梁設計滿足要求。
4.2側模系統(tǒng)設計與檢算
4.2.1下部側模設計與檢算
考慮梁段高度的變化，將側模分為上下兩塊鋼模板組成，以便完成變高度施工。上部模板包括翼緣部分的斜模板，并用斜支架支撐翼緣模板。先對下部模板進行設計檢算。
a. 荷載計算
振動產(chǎn)生的荷載（水平方向）:
混凝土對模板產(chǎn)生的側壓力計算：
梁段最大梁高6.793m，采用坍落度為30mm,混凝土澆注速度。
(4.44)
(4.45)
取F1,F2中最小值，即
總設計值：
b. 側模面板設計檢算
側模同樣采用6mm厚的組合鋼板，鋼板加勁肋的間距為:420mm×420mm。
采用大模板計算法，計算長寬比，即，根據(jù)此比值由《建筑施工計算手冊》的附錄（附表2-19）查表 ，，，
(1) 強度檢算：
取1mm寬面板條作為計算單元，荷載q為：
(4.46)
求支座彎矩：
(4.47)
面板的載面系數(shù)：
(4.48)
(4.49)
彎曲應力為：
求跨中彎矩：
(4.51)
(4.50)
鋼板的泊松比u=0.3，故需換算為：
(4.52)
(4.53)
其彎曲應力為：
(4.54)
故面板強度滿足要求。
(2) 剛度驗算：（偏于安全，用強度設計值進行剛度檢算）
(4.55)
(4.56)
(4.57)
故剛度滿足要求
(3) 側?？v肋設計檢算
縱向肋的間距為420mm，豎向大肋間距最大為2000mm.檢算如下：
縱向肋計算受力見圖4.14所示。
圖4.14 外?？v向肋受力簡圖(長度單位:mm,力單位：kN/m)
圖4.15 外?？v向肋變形圖
圖4.16 外?？v向肋彎矩圖
圖4.17 外?？v向肋剪力圖
圖4.18 外?？v向肋自重反力圖
圖4.19 外模肋剪應力圖
圖4.20 外?？v向肋彎曲應力圖
由midas軟件建模計算，結果如圖4.22～4.27所示，得
最大彎矩：
最大剪力：,
(4.58)
最大位移：，
支座反力：。
橫梁自重：。
截面特性計算如下:
面積,x軸慣性矩
(4.59)
h=140,
強度檢算：
強度滿足要求。
剛度檢算:
(4.60)
剛度滿足要求。
綜上所述，外模縱向肋設計滿足要求。
(4) 側模豎肋設計檢算
先假定橫向拉桿的間距:780mm,820mm,1800mm,懸臂150mm。其中受力最大的豎向大肋的荷載計算如下：
豎肋受力計算簡圖如下圖4.21所示。
用Midas軟件建模計算的結果如下面圖4.21～4.25所示。
圖4.21 豎肋受力計算簡圖（力單位：kN/m）
最大彎矩,最大剪力,最大位移。支座反。截面特性查表得，如下:
面積,x軸慣性矩
圖4.22 豎肋支座反力圖
圖4.23 豎肋變型圖6
圖4.24 豎肋剪力圖
圖4.25 豎肋彎矩圖
（4.61）
H=200
強度檢算：
強度滿足要求。
剛度檢算：
（4.62）
面板位移+縱肋位移：0.36+0.88=1.24mm<3mm。
面板位移+豎肋位移：0.36+2.3=2.66mm<3mm。
剛度滿足要求。
綜上所述，豎肋設計檢算滿足要求。
4.2.2上部側模設計與檢算
a. 上部側模的豎向部分模板設計
上部側模的豎向部分模板設計與下部側模相同，縱向肋的間距減為400mm.由于荷載較小，不需檢算。
b. 翼緣部分的模板設計與檢算
翼緣部分的模板的加勁肋與豎向板相同，只是面板加勁肋的豎向間距變?yōu)?00mm(相對于斜面)，由于荷載不是很大，不用外加縱向肋，豎肋與下部模板相同。由荷載計算得小于豎向模板，面板不需檢算。
c. 翼緣模板的支架設計與檢算
荷載計算
(4.63)
混凝土自重:
振動荷載:
施工人員和機器荷載:
模板自重取為：
所以，傾斜部分支架荷載為:
豎向部分的支架荷載偏于安全取模板下部荷載，即
4.3內模系統(tǒng)設計與檢算
4.3.1內豎向模板設計與檢算
由于內膜豎版受的荷載與外側模豎向部分相同，所以內模豎向模板的設計與外側模相同，不需檢算即滿足要求。
4.3.2內膜頂模設計與檢算
a. 頂模模板設計與檢算
(1) 尺寸初步擬定
鋼模板采用厚度為5mm的鋼板，加勁肋選用鋼板,面板的間距最大為420mm×520mm。
(2) 荷載計算
混凝土自重:
振動荷載:
施工人員和機器荷載:
鋼板自重取為：
則，荷載值計算如下：
面板檢算假定為三面固定，一面簡支，并由midas軟件建模計算得，
最大應力為：
最大位移為：
(4.64)
所以，強度和剛度均滿足要求。彎矩圖和應力圖分別見圖4.26和4.27所示。
圖4.26 內模頂板最大應力圖
圖4.27 內模頂板最大彎矩圖
4.3.3內模頂模支架solidworks圖示
圖 4.28支撐架
4.3.3內模頂模支架solidworks圖示
由midas軟件計算得支座反力，最大軸向拉力為18.8kN，最大軸向壓力為11.2kN，最大位移為0.99mm(滿足要求)；軸力、彎矩產(chǎn)生的應力都很小，剪應力也同樣很小，所以內膜撐架設計滿足要求。
4.4分配梁設計與檢算
4.4.1分配梁截面選擇
分配梁工字鋼中心間距取為0.278m。吊桿處上下都用一塊鋼板與兩工字鋼焊接以把梁工字鋼連成一整體。
4.4.2分配梁建模與檢算
分配梁上面與前橫聯(lián)相連，下面與滑梁、底模前橫梁相連，為了便于計算的準確，把兩工字鋼分開計算。
由midas軟件計算得單片分配梁的支座反力FR1=169.6kN, FR2=272.4kN, FR3=272.4kN, FR4=169.6kN。單片分最大彎矩為，最大剪力為223.2kN，最大位移為1.6mm(滿足要求)，最大剪應力為71.3MPa，最大彎曲應力為80.5MPa，均滿足要求，所以分配梁的設計滿足要求。
圖4.29 分配梁單片計算簡圖(長度單位:mm,力單位:kN)
圖4.30 單片分配梁的一半位移圖
圖 4.31單片剪切力圖
圖 4.32 單片剪切分布力圖
圖4.33 單片分配梁剪切應力圖
圖4.34 單片分配梁組合最大應力圖
5 菱形掛籃主桁系統(tǒng)設計與計算
第5章 菱形掛籃主桁系統(tǒng)設計與計算
5.1掛籃主桁結構基本尺寸擬定
5.1.1擬定主桁的基本尺寸
根據(jù)最大梁段和施工環(huán)境，根據(jù)橋梁橋面寬度和前面所設計的分配梁的尺寸來初步擬定兩片主桁的間距為2.7×2=5.4ｍ。主桁高度暫擬定為4m，考慮到盡量減小受壓桿的長度，本菱形掛籃采用優(yōu)化的菱形掛籃。單片主桁的尺寸如圖5-1 所示。
圖5.1 單片主桁尺寸圖（單位:mm）
5.1.2擬定主桁的截面尺寸
掛籃需要考慮較大的剛度，一般采用箱型截面或格柱式截面。此設計采用鋼板焊接箱型截面，便于施工和偏安全考慮，主桁的各桿件都采用相同的截面。截面示意圖如圖5.2所示。
5.1.3簡化計算模型
圖5.2 主桁截面示意
為了計算的簡化，理論模型采用桁架單元模型，單片主桁結構模型簡化如圖5.1所示。
5.1.4單片主桁節(jié)點和桿件
畢業(yè)設計（論文）
為了計算方便和便于說明，對單片主桁進行節(jié)點編號和單元編號。圖5.1點數(shù)字為節(jié)點編號，節(jié)點間的數(shù)字為單元編號。
5.2主桁前橫梁設計與檢算
5.2.1前橫梁尺寸和截面擬定
圖5.3 弦桿截面圖
其中：
H=250mm
B=78mm
tw=7mm
tf=12mm
BS=152mm
ts=1e-007mm
根據(jù)前面分配梁計算的反力通過吊桿作用于前橫梁上，而前橫梁的反力傳給兩片主桁的前支點，以此擬定橫梁尺寸和各桿件截面，如圖5.3所示。
前橫梁上下弦桿和支座處的豎桿的截面選用250×78×7/12的組合截面，斜桿和其他豎桿的截面初選為250×80×9/12。
5.2.2前橫梁的建模計算
模型簡化為桁架模型，兩主桁前支點簡化為一個鉸支座和一個滑動支座，利用midas軟件建模計算。
橫梁受力模型
根據(jù)分配梁的支座反力的大小，前橫梁如圖5.4。
圖 5.4前橫梁
強度和剛度檢算
根據(jù)midas軟件建模計算結果得（不考慮自由端）如下結論：
最大位移為5#節(jié)點:
最大壓力為10#和18#桿：
最大拉應力為
最大壓應力為10#和18#桿：
圖5.6 前橫梁節(jié)點編號
圖 5.5前橫梁節(jié)反力圖
圖 5.7前橫梁單元編號
最大拉力為：
所以，強度滿足要求。
經(jīng)檢算，最危險的剛度也滿足要求。
結論前橫梁的初步設計符合，強度和剛度均滿足要求。
5.3主桁檢算（手算）
5.3.1主桁模型的受力簡化
根據(jù)傳力路徑，前面計算得的前橫梁支座的反力作用于主桁前支點上，因此單片主桁的受力簡化圖如下圖5.8所示。截面選用焊接箱型截面，節(jié)點編號和單元編號及尺寸如圖5-1所示。
圖5.8單片主桁受力圖
5.3.2計算各桿件長度
根據(jù)圖4-1，各桿件的長度計算如下：
1#桿：
2#桿：
3#桿：
4#桿：
5#桿：
5.3.3計算單片的主桁桿件內力
支座反力
對后支點取矩，即
（5.1）
（5.2）
由（5.1），（5.2）兩式解得，
桿件內力計算
根據(jù)3節(jié)點的受力情況，計算圖示如圖5-9所示。
(5.4)
(5.3)
圖5.9 3#節(jié)點受力圖
其中，
代入以上數(shù)據(jù)，由式（5.3），（5.4）解得
同理，計算其他桿件如下：
5.3.4主桁的各桿件檢算
由于兩片主桁對稱，現(xiàn)只對一片主桁的各桿件進行檢算。檢算內容包括強度、剛度、整體和局部穩(wěn)定等。
截面特性計算
面積：
x軸、y軸的慣性矩和抵抗矩：
(5.5)
對中性軸的最大面積矩：
回轉半徑：
(5.6)
(5.7)
2#桿檢算
(1) 強度檢算:
(2) 剛度，整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定檢算
(5.8)
剛度驗算:
(5.9)
整體穩(wěn)定驗算：由于截面焊接，板件寬厚比＜20，屬于C類截面，由查表得穩(wěn)定系數(shù)，于是
(5.10)
局部穩(wěn)定驗算：
結論
主桁2#桿件設計與檢算滿足要求并有較大安全富余。
其他桿件檢算
由于2#桿受壓，其長度也最大，屬于最危險桿件。由上面的檢算得知2#桿滿足求，其他桿件的設計不需檢算，滿足要求。
5.4主桁建模檢算
5.4.1主桁的建模
主桁采用桁架模型，建模軟件采用midas,建模示意圖如圖5.10所示。
圖5.10 單片主桁建模（力單位：kN）
5.4.2建模求內力和變形以及應力
由midas建模的內力圖，變形圖，應力圖如圖5.11～5.13所示。
由midas建模（考慮自重）得，與手算相等。最大位移為3#節(jié)點，最大應力為2#桿，，檢算也都滿足要求，即設計符合要求，有較大富余。
圖5.11 主桁變形圖
圖5-12 主桁內力圖（單位：kN）
圖5-13 主桁應力圖
6 掛籃懸吊錨固系統(tǒng)設計
6 掛籃懸吊錨固系統(tǒng)設計
6.1錨固系統(tǒng)
6.1.1主桁后錨
采用后錨桿錨固后橫梁，預先在已澆梁段預埋孔道，后錨桿穿過梁頂板錨固在頂板位置，同時后錨桿上端用千斤頂頂緊，給主桁后錨一個反力，并且采用分配梁進行分配錨固，以便提高后錨安全系數(shù)[26]。具體見施工詳圖。
6.1.2其他錨固
其他錨固按要求采用相應的錨固辦法。
6.2懸吊系統(tǒng)
懸吊系統(tǒng)主要包括底模前后吊桿吊帶、內外前后吊桿吊帶及相關的分配梁，通過前面第4章和第5章的計算可得吊桿吊帶承受的最大拉力，根據(jù)最大拉力來選擇相應的吊帶和吊桿。件附錄表6.1為選擇情況和復核結果。
7 solidworks建模展示
7 S olidworks建模展示
圖 7.2橋梁內下支架
圖 7.1 橋梁內下模板裝配體
圖 7.4 第二步建立拉伸中間橫梁
圖 7.3橫梁建立第一步拉伸實體
圖 7.6 第四步 切除如圖所示
圖 7.5 第三部陣列第二部
圖 7.8建立如圖里邊拉伸
圖 7.7連接點第一步穿件拉伸實體
畢業(yè)設計（論文）
圖 7.9建立內部梁
圖 7-8 連接點零件建模第五步拉伸如圖板
圖 7.10建立后邊槽口
圖 7.12菱形架構件
圖 7.11 最后創(chuàng)建下邊槽口完成建模
圖 7.13滑動式菱形掛籃施工圖
8 總結
8 總結
本設計是結合具體工程所作的臨時結構設計——菱形掛籃施工設計。經(jīng)過這次畢業(yè)設計，把四年所學的知識充分利用了起來，拓寬了自己的知識面，包括基礎知識和專業(yè)知識。特別是在獲取知識和解決問題的能力方面得到了很大的提高。但在設計中也遇到了許多問題，得到老師和同學的大量幫助，把問題解決了。
本菱形掛籃的設計花了我大量心血，但由于時間的關系，也存在許多不足之處，其中只對主桁結構，模板系統(tǒng)和掛籃的分配梁和懸吊系統(tǒng)進行設計和檢算。而掛籃的走行部分結構沒有具體設計，細部連接部分也沒能具體說明，包括許多附屬結構沒能能夠設計和檢算。不過這次設計讓我對懸臂施工有了更深入的學習和了解，對掛籃的傳力路徑有了一個完整的認識，能獨立完成結構施工中大部分的臨時結構設計。
參考文獻
參考文獻
[1] 王序森，唐寰澄． 橋梁工程[M]．北京：中國鐵道出版社，1995.12.
[2] 雷俊卿．橋梁懸臂施工與設計[M]．北京：人民交通出版社，2000.05.
[3] 陳偉，李明．橋梁施工臨時結構設計[M]．北京：中國鐵道出版社，2002.
[4] 黃繩武．橋梁施工及組織管理[M]．北京：人民交通出版社，1993.03.
[5] 雷俊卿．橋梁懸臂施工與設計[M]．北京：人民交通出版社，2000.05.
[6] 葛俊穎．橋梁工程（上，下）[M]．北京：中國鐵道出版社，2007.08.
[7] 張志國，張慶芳．鋼結構（第二版）[M]．北京：中國鐵道出版社，2008.12.
[8] Omaifar A，Qi C X，S H．Constrained optimization via genetic algorithms[J]．Simulation，1994， 242～254.
[9] 李振榮．海上橋梁施工—普蘭店大橋施工技術總結[C]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1985.
[10] 王華廉．橋梁施工[M]．北京：中國鐵道出版社，1997.
[11] Evin R I，Lieven A J．Dynamic finite element model updating using neural networks[J]．Journal of Sound&Vibration，1998．593～607.
[12] 萬明坤，程慶國主編．橋梁漫筆[M]．北京：中國鐵道出版社，1997.
[13] 陳騎彪．武漢白沙洲長江大橋3號主墩鋼吊箱設計與施工．中國公路協(xié)會橋梁和結構工程學會2000年學術討論會論文集[C]．2000．165～168.
[14] 宋軍. 北江特大橋菱形掛籃設計與施工[J]施工技術, 2007, (S1).
[15] 徐會超. 橋梁掛籃懸臂澆筑法施工技術分析[J]中國高新技術企業(yè), 2010.
[16] 中鐵二局．橋梁工程[M]．北京：中鐵二局股份有限公司編著 ，2009.
[17] 周云龍. 連續(xù)梁橋菱形施工掛籃的設計[J]. 山西建筑, 2009, (08).
[18] 王哲蓀. 剛構-連續(xù)箱梁橋懸澆法施工撓度控制. 華東公路. 1998(3)：9～12.
[19] 段明德. 預拱度計算設置的絕對撓度法. 鐵道工程學報. 1996 (3)：67～71.
[20] 段明德. 對掛籃設計及應用的探討. 鐵道工程學報. 1998(2)：129～133.
[2
收藏