土木工程桥梁毕业设计连续梁桥施工挂篮设计.doc
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1、连续梁桥施工挂篮设计Design of Hanging Basket for Construction of Continuous Girder Bridge摘 要悬臂现浇法施工是大中型连续梁桥施工常采用的一种施工方法。挂篮作为该施工方法的主要设备,其设计的合理性对于连续梁桥的快速安全地施工有重要影响,所以对挂篮的设计是十分严格的。本课题以一条时速360公里客运专线铁路无砟轨道现浇预应力混凝土连续梁桥为背景,研究三角形挂篮的主要构造,对菱形挂篮各部分进行设计,使其能够满足该连续梁桥的施工要求。对该三角形挂篮的设计方法采用的是承载能力极限状态法,计算方法是手算与Midas软件计算相结合,其中模板
2、计算、主桁后锚、吊杆、内外模对拉筋是采用的手工计算,底模纵梁、底模前后横梁、侧模桁架、侧模导梁、内模框架、内模导梁、前上横梁、主桁架采用Midas建模计算。三角形挂篮设计时各个构件要满足强度、刚度和稳定性的要求,严格控制结构的变形,并且在此基础上要尽量减小挂篮整体重量,使挂篮的设计更加经济、合理。设计三角形挂篮时除了要满足设计桥梁的施工要求,还要有一定的普适性,使挂篮能够重复利用,节约资源。关键词:悬臂现浇 三角形挂篮 承载能力极限状态法 AbstractCantilever cast-in-place construction is a common method in large and
3、medium-sized continuous girder bridge construction. The rationality of the design of hanging baskets which are the main equipment of the construction method have important influence to the fast and safe construction of continuous girder bridge, so, the design of hanging basket is very strict. This p
4、roject is based an a speed of 360 km of railway passenger line non-ballasted track cast prestressed concrete bridge as the background, studied the main structure of triangle hanging baskets and designed main parts of it, so that it can meet the construction requirements of the continuous girder brid
5、ge. The design method of triangle hanging basket is the ultimate limit state. The calculation method is a hand to calculate combined with Midas software calculation. Among which, formwork, rear-end anchoring of main truss, hanging rods and tensile steel bars are use the manual calculation; stringer
6、and crossgirder of bottom formwork, truss and launching nose of side formwork, frame and launching nose of internal formwork, upper crossgirder, main truss are use the Midas to calculate. When the hanging basket is designed the main parts of it should meet the requirements set by standard in strengt
7、h, stiffness and stability, it is necessary to control the deformation of the structure , and on this basis ,try to reduce the hanging basket overall weight. Make the design of hanging basket more economic and reasonable. When designing the triangle hanging basket in addition to meet the requirement
8、s of bridge construction, but also has the certain universality, the hanging basket can be reused, save resources. Key words: cantilever cast-in-place triangle hanging basket ultimate limit state 目 录第1章 绪 论11.1 引言11.2 国内外研究现状21.2.1 挂篮分类及特点21.2.2 三角形挂篮3第2章 挂篮设计说明52.1 挂篮设计依据及设计参考52.2 挂篮设计思路52.3 挂篮设计所用
9、参数6第3章 底模模板及其纵横肋设计73.1 底模模板及其纵横肋设计说明73.2 腹板下底模模板设计73.3 底板下底模模板设计93.4 底模横肋和纵肋设计113.4.1 1#段横肋设计113.4.2 4#段横肋设计123.4.3 8#段横肋设计133.4.4 12#段横肋设计143.4.5 纵肋的计算15第4章 侧模模板及其纵横肋设计164.1 侧模模板及纵横肋设计说明164.2 翼板下模板及其纵横肋设计164.2.1 翼板下模板设计164.2.2 翼板下模板纵横肋设计184.3 腹板侧模板及其纵横肋设计184.3.1 腹板侧模板设计184.3.2 腹板侧模板纵横肋设计20第5章 底模纵梁及
10、下横梁设计225.1 底模纵梁设计225.1.1 浇筑1#段时纵梁计算225.1.2 浇筑4#段时纵梁计算275.1.3 浇筑8#段时纵梁计算295.1.4 浇筑12#段时纵梁计算305.2 下横梁设计325.2.1 下横梁设计说明325.2.2 前下横梁设计325.2.3 后下横梁设计36第6章 侧模桁架及侧模导梁设计396.1 侧模桁架设计396.1.1 建立模型396.1.2 计算荷载406.1.3计算结果406.2 侧模导梁设计41第7章 内模框架及内模导梁设计437.1 内模框架设计437.1.1 计算荷载447.1.2 Midas建模计算457.2 内模导梁设计47第8章 前上横梁
11、及主桁设计498.1 前上横梁设计498.2 主桁设计508.2.1 主桁设计说明508.2.2 主桁各杆内力、支反力及节点位移计算518.2.3 主桁各杆截面及缀板设计528.2.4 主桁各杆连接计算568.2.5 主桁后锚设计568.2.6 主桁抗倾覆稳定计算57第9章 内外模对拉筋及吊杆设计589.1 内外模对拉筋设计589.2 吊杆设计58第10章 结 论5910.1 挂篮各部分选材及其尺寸59参考文献60致 谢61附录A62A.1 原文62A.2 译文63附录B 设计图纸78第1章 绪 论1.1 引言随着我国经济的快速发展,桥梁工程的施工技术也得到了飞速发展,桥梁上部结构的施工方法越
12、来越多样化,除了一些特殊的施工方法外,大致可分为预制安装和现浇施工两大类。其中,现浇法又可以分为固定支架发、逐孔现浇法、悬臂浇筑发三类。悬臂浇筑发施工是以桥墩为中心向两边对称的、逐阶段的浇筑接长的施工方法。其主要的特点是施工过程中不需要大量的支架;不影响桥下通行;由于悬臂浇筑施工可在每一个桥墩形成一个独立的工作面,满足多工作面平行施工的条件,故可以加快施工进度,缩短施工工期;施工跨度可以非常大。现代的悬臂浇筑施工方法,最早应用于T形刚构桥的施工,后逐步推广到了悬臂梁桥、连续梁桥、斜拉桥和拱桥等多种形式的桥梁结构的施工中。就有关资料显示,自1952年以来100m以上的大跨度混凝土梁中,大概有80
13、%的使用的是悬臂浇筑法施工。图1-1 悬臂浇筑分段示意图悬臂浇筑最常用的是挂篮悬臂浇筑施工,先在桥墩上方浇筑好0#块,再在桥墩两侧逐节段对称浇筑施工,等到混凝土强度达到一定强度后再张拉预应力钢筋,然后再移动挂篮进行下一节段的施工,以此使悬臂端不断接长最终合龙。1.2 国内外研究现状1.2.1 挂篮分类及特点 施工挂篮按其结构形式分为以下几类:(1)平行桁架式挂篮结构特点:它的上部结构为等高桁架,其受力特点是:底模平台及侧模支架所承受的荷载均由前后吊杆垂直传至桁架节点和箱梁底板上,故又称吊篮式结构,桁架在梁顶用压重或锚固或二者兼之来解决倾覆稳定问题,桁架本身为受弯结构。这种挂篮为早起使用挂篮,由
14、于其自身荷载太大,现以基本淘汰。(2)平弦无平衡重挂篮结构特点:平弦无平衡重挂篮是在平行桁架式挂篮的基础上,取消压重,在主桁架上部增设前后上横梁,根据需要,其可沿主桁纵向滑移,并在主桁横移时吊住底模平台及侧模支架。由于挂篮底部荷载作用在主桁架上的力臂减小,大大减小了倾覆力矩,故不需要平衡重,其主桁后端通过梁体竖向预应力筋锚固于主梁顶板上。由于其并未从根本上克服挂篮结构庞大,自身静载较大的特点,故应用不是很广泛。(3)弓弦桁架式挂篮 结构特点:弓弦桁架式挂篮的主桁架外形像弓形,可认为是从平行桁架式挂篮演变而来,除了具有桁架高度随弯矩大小变化,受力合理的特点外,还可在安装时在节后内部预施应力以消除
15、非弹性变形,故也可取消平衡重,重量一般较轻。但其杆件数量过多,制作安装麻烦,容易丢失。总体来说应用比较广泛。(4)菱形挂篮 结构特点:菱形挂篮是从平行桁架式挂篮演变而来,其上部结构为菱形,前部伸出两伸臂小梁,作为挂篮底模平台及侧模前移的滑道,其菱形结构后端锚固于主梁顶板上,无平衡重,结构简单,大大减小了自身荷载。故应用十分广泛。(5)滑动斜拉式挂篮 结构特点:滑动斜拉式挂篮在力学体系方面有较大突破,其上部结构采用斜拉体系代替梁式或桁架式结构的受力,而由此引起的水平分力,通过上下限位装置承受,主梁的纵向倾覆稳定由后端锚固压力维持。其底模平台后端仍吊挂于箱梁底板上。此种挂篮被称为国内目前最轻的挂篮
16、之一。跨度和梁高较大时不方便使用。(6)预应力斜拉式挂篮 结构特点:预应力斜拉式挂篮最大特点是利用梁体内腹板的预应力筋拉住模板,从而使挂篮结构简化,重量变轻。此种挂篮属于永久结构与临时结构相结合,需要设计、施工和建设单位意见一致方可采用。(7)三角形挂篮 结构特点:三角形挂篮除了主桁架形式为三角形外,其余结构与菱形挂篮基本一致。受力较菱形挂篮有利,但施工空间较小,给施工带来不便。三角形挂篮在桥梁施工中也较为常见(8)自承重式挂篮 结构特点:自承重式挂篮分为两种,一种是模板支撑于整体桁架上,桁架用销子和预应力筋挂在已成箱梁的前端角上,浇筑混凝土时主梁和行走桁架移至一边,挂篮前移时再安上,吊着空载
17、的模板前移。另一种是将侧模制成能承受巨大压力的刚性模板,通过梁上的水平和竖向预应力筋拉住模板来承受混凝土重量,行走方法与前者相同,由临时吊车悬吊者模板系统迁移至下一梁段;这种方法对跨度不是很大的等高度箱梁较为适宜。(9)牵索式挂篮 牵索式挂篮是斜拉桥主梁浇筑专用挂篮,它分为长平台前所挂篮和短平台牵索式挂篮。利用斜拉主索牵挂挂篮,其承重结构悬挂于已成梁段的下面,通过牵索系统将挂篮的垂直荷载直接传到斜拉桥的主塔上。1.2.2 三角形挂篮三角形挂篮主要由三角形桁架、悬吊系统、走行系统、模板及张拉操作平台五部分组成。(1)三角形桁架三角形桁架是挂篮的主要承重结构。主桁架竖放于箱梁腹板位置,主桁的片数由
18、主梁截面特性确定,一般为两片。主桁各杆一般采用双槽钢截面,各杆间的连接一般为栓接或销接。两片主桁间用槽钢或角钢组成的横联连接。在主桁前端节点处放置一根横梁,横梁一般采用双工字钢截面,若悬吊系统采用吊带,两工字钢间距由吊带宽度确定。横梁上设置吊点,用于悬吊底模横梁、侧模导梁及内模导梁。(2)悬吊系统悬吊系统由螺旋千斤顶、扁担梁、吊带或吊杆组成,用于悬挂模板系统。悬灌段很重时采用吊带,否则采用吊杆。吊带或吊杆一般通过扁担梁固定于前上横梁上。由于桥梁的梁高一般沿桥纵向变化,为了适应梁高变化,需借助螺旋千斤顶及扁担梁抬高底模模板。吊带通常采用16Mn或性能更好的钢板,吊杆则通常采用级精轧螺纹钢。(3)
19、模板系统模板系统由外侧模、内模和底模等几部分组成。外侧模由模板及其加劲肋组成。模板通常采用钢板,加劲肋一般采用小型号的槽钢或角钢。外侧模横向由侧模桁架支撑,侧模桁架竖向支撑于侧模导梁上。挂篮行走时,外侧模与侧模桁架沿导梁行走。内模模板一般采用组合钢模板,不设加劲肋,横向由内模框架支撑。内模框架通常采用双槽钢截面,顶板倒角处设带销孔的钢板,以适应由腹板厚度变化引起的顶板宽度变化。内模框架支撑在内模导梁上,挂篮行走时,模板及内模框架沿导梁随其一起向前行走。底模由底模模板、模板加劲肋、底模桁架(或纵梁)、底横梁组成。底模模板一般采用钢板,当腹板倾斜时,由于梁高沿桥向变化,底模宽度会沿桥向变化,模板宽
20、度沿桥向也发生变化,这时可在底模模板中间一定范围内加一块木模板。模板加劲肋采用较小型号的槽钢或角钢。底模模板及其加劲肋纵向由底模桁架(或纵梁)支撑,底模桁架(或纵梁)支撑于前后底横梁上。底模桁架一般由型钢焊接而成,底模横梁一般采用双槽钢截面或双工字钢截面。(4)张拉操作平台张拉操作平台通过钢丝绳悬吊在菱形桁架的前端小悬臂梁上,一般用角钢和钢筋组成,平台平面铺以木板供作业人员站立行走,可用手动葫芦调整其高度。(5)走行系统挂篮走行系统分为桁架走行系统、底模、外模走行系统及内模走行系统。桁架走行系统是在两片桁架下已浇箱梁顶面铺设用钢板组焊的轨道,轨道顶面放置前后支座,支座与主桁节点栓接,前支座支撑
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