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施工挂篮计算书

3

长沙理工大学

设计依据

一、设计参数情况1.1

菱形施工挂篮计算书——百大特大桥项目

广西靖西至那坡高速公路百大特大桥施工挂篮计算书

3钢材容许应力提高系数取1.3，按临时结构；

4挂篮行走时冲击系数取1.3。

荷载传递路径：

钢材的其它容许应力按《公路桥梁钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）表1.2.5规定值取。

1.4

1《钢结构设计规范》（GBJ17-88）

2《公路桥梁钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）

3《公路桥涵施工设计技术规范》（JTJ041-2000）

1广西靖西至那坡高速公路百大特大桥挂篮施工总布置图

1.2

结构参数

本计算书根据各自的荷载情况对底纵梁、前下横梁、后下横梁、内外模滑道梁、顶底板吊带、前上横梁、

⑴百大特大桥分左右两线，挂篮悬臂浇筑砼箱梁单线共17段，分段长度为：

zb2#~zb7#段3.5m，zb8#~zb12#段

4.0m，zb13#~zb18#段4.5m。

yb2#~yb7#段3.5m，yb8#~yb12#段4.0m，yb13#~yb18#段4.5m。

合拢段为2m。

⑵左右线箱梁底板宽7.00m，顶板宽12.75m；

⑶左右线箱梁高度变化范围：

8.00m~3.00m，梁底面和底板顶面均按二次抛物线变化。

后上横梁、主桁架等各杆件的强度和刚度进行计算，并对吊带的销钉的强度进行了计算。

二、挂篮工况分析计算

采用midascivil软件对挂篮结构进行分析。

计算工况如下：

工况一：

zb2#块（3.5米节段）施工时菱形挂篮工况分析

1.3

设计荷载：

工况二：

zb8#块（4.0米节段）施工时菱形挂篮工况分析

（1）挂篮悬臂浇筑砼最大重量172.5t（zb2#块、yb2#块）。

工况三：

zb13#块（4.5米节段）施工时菱形挂篮工况分析

（2）

挂篮理论设计总重70.08t（包括箱梁内外模板，未计挂篮后锚固及滑道锚固筋的重量）。

每个挂篮包括内模

工况四：

挂篮空载移动至最大悬伸状态时菱形挂篮工况分析·

1套，重量为3.9t，长4.7m，计算荷载为8.289KN/m；外模2套，每套重量为7.76t，长4.7m，计算荷载为16.516KN/m；底模1套，重量为4.07t，长4.7m，计算荷载为8.651KN/m；

（3）人群及机具荷载取2.5KPa。

4）施工振捣力取2.0KPa

（5）风荷载取0.800KPa

（6）荷载组合（按容许应力法）：

1砼重+挂篮自重+人群机具+动力附加系数（强度、刚度）

2挂篮自重+冲击附加系数+风荷载（行走）

（7）荷载参数：

1钢筋砼比重取值为2.6t/m；

2超载系数取1.05；

第1页

挂篮布置见挂篮总布置图。

箱梁工况受力分区图表如下：

2

部位区间

区间

宽度

区间

横截

面面

积

区间箱

梁重

施工

机具

及人

群荷

施工

振捣

力

外模

重量

内模

重量

底模

重量

风

荷

载

承

重

梁

数

量

承

重

梁

型

号

荷载组合

m

m

KN/m

Kpa

Kpa

KN/m

KN/m

KN/m

Kpa

根

1

2

①

②

③

④

⑤

⑥

⑦

⑧

⑨

⑩

a

b

Zb2

#块

A

区

2.875

1.223

31.798

2.5

2

16.52

0.8

1

II

62.841

22.271

B

区

0.9

4.973

129.298

2.5

2

1.112

0.8

3

][

46.975

0.749

C

区

5.8

2.267

58.942

2.5

2

8.289

0.8

2

II

48.139

5.788

D

区

5.2

4.462

116.012

2.5

2

6.427

0.8

8

][

18.955

1.144

E

区

0.9

4.819

125.294

2.5

2

1.112

0.8

3

][

45.574

0.749

F

区

2.875

1.218

31.668

2.5

2

16.52

0.8

1

II

62.705

22.271

Zb8

#块

A

区

2.875

1.223

31.798

2.5

2

16.52

0.8

1

II

62.841

22.271

B

区

0.9

3.445

89.570

2.5

2

1.112

0.8

3

][

33.070

0.749

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广西靖西至那坡高速公路百大特大桥施工挂篮计算书

工况3：

zb13#块挂篮受力区间图（单位：

cm）挂篮工况荷载分析计算表

工况1：

zb2#块挂篮受力区间图1-1（单位：

cm）

工况2：

zb8#块挂篮受力区间图（单位：

cm）

第2页

2

32

锚固系统

悬挂行走系统

序号

系统

构件名称

截面形式

材质

1

主桁系统

水平横联桁架弦杆

2N1+2N19新万能杆件

Q235

2

水平横联桁架斜腹杆

2N5+2N20新万能杆件

Q235

3

水平横联桁架竖腹杆

2N4+N20新万能杆件

Q235

4

菱形桁架

[]30b双槽钢

Q235

5

前上横梁

HN500×200×10×16双H钢

Q235

6

前长吊带1

[]140×32mm[]140×16mm孔径Ф56mm

Q345

7

前长吊带2

[]140×20mm[]140×12mm孔径Ф56mm

Q345

8

后短吊带

[]200×32mm孔径Ф81mm

Q345

9

后长吊带

[]140×20mm孔径Ф56mm

Q345

10

走行吊架吊带

[]140×20mm孔径Ф56mm

Q345

11

内模滑道梁

HN396×199×7×11双H钢

Q235

12

外模主滑道梁

HN500×200×10×16双H钢

Q235

13

前下横梁

HN396×199×7×11双H钢

Q235

14

后下横梁

HN500×200×10×16双H钢

Q235

材质

应力种类

规范规定

新钢材及配件

提高系数

计算采用

Q235钢材

轴向应力

140

1.3

182

弯曲应力

145

1.3

188.5

剪应力

85

1.3

110.5

粗制螺栓

轴向应力

110

1.25

138

剪应力

80

1.25

100

承压应力

170

170

Q345钢

轴向应力

200

1.3

260

剪应力

120

1.3

156

45号钢

轴向应力

210

1.3

273

剪应力

125

1.3

162.5

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广西靖西至那坡高速公路百大特大桥施工挂篮计算书

C

区

5.8

2.267

58.942

2.5

2

8.289

0.8

2

II

48.139

5.788

D

区

5.2

2.964

77.064

2.5

2

6.426

0.8

8

][

13.843

1.144

E

区

0.9

3.291

85.566

2.5

2

1.112

0.8

3

][

31.669

0.749

F

区

2.875

1.218

31.668

2.5

2

16.52

0.8

1

II

62.705

22.271

Zb13

#块

A

区

2.875

1.223

31.798

2.5

2

16.52

0.8

1

II

62.841

22.271

B

区

0.9

2.5

65.000

2.5

2

1.112

0.8

3

][

24.471

0.749

C

区

5.8

2.267

58.942

2.5

2

8.289

0.8

2

II

48.139

5.788

D

区

5.2

2.038

52.988

2.5

2

6.426

0.8

8

][

10.683

1.144

E

区

0.9

2.346

60.996

2.5

2

1.112

0.8

3

][

23.069

0.749

F

区

2.875

1.218

31.668

2.5

2

16.52

0.8

1

II

62.705

22.271

③=②×26KN/m2a=（③×1.05+⑥+⑦+⑧+（④+⑤）×①）/⑩（用于强度和刚度验算）

b=（（⑥+⑦+⑧）×1.3+⑨）/⑩（用于空载行走验算）

15

腹板区底纵梁

][36b双槽钢

Q235

16

底板区底纵梁

][32b双槽钢

Q235

17

主桁后锚

Φ32精轧螺纹钢

Q235

18

滑道锚筋

Φ32精轧螺纹钢

Q235

19

主桁销轴

45#钢φ=120mm

Q235

20

后短吊带销轴

45#钢φ=80mm

Q235

21

其他吊带销轴

45#钢φ=55mm

Q235

22

主桁节点板螺栓

φ=27mm

Q235

23

模板系统

侧模面板

δ=10mm

Q235

24

底模面板

δ=8mm

Q235

25

内模面板

δ=8mm

Q235

挂篮材料容许应力

挂篮结构用材料及截面形式表

三、浇注施工工况挂篮分析

1、模板系统验算（由于在工况一模板所受荷载最大，故仅选取工况一荷载进行验算）

a.底板受力计算

（1）模板受力计算1）荷载计算

①腹板下新浇筑混凝土荷载：

P1=26KN/m

3

×7.80m=202.8KN/m

②底板下新浇筑混凝土所受荷载：

P2=26KN/m×0,86m=22.36KN/m

第3页

2

222

222

2

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腹板位置混凝土高度h=7.80m

底板混凝土高度和h=0.86m

③施工人员、机具、材料荷载：

P

3

=2.5KN/m；

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④混凝土冲击及振捣混凝土时产生的荷载：

P

4

=2.0KN/m

2

⑤底模板最大荷载出现在腹板下方，底模板作用荷载：

腹板高度7.80m：

P=P

1

+P

3

+P

4

=202.8KN/m+2.5KN/m+2.0KN/m=207.3KN/m

2

底板高度0.86m：

P=P

2

+P

3

+P

4

=22.36KN/m+2.5KN/m+2.0KN/m=26.86KN/m

2

2）底模验算

箱梁底模面板采用钢模板，板厚8mm，板下布置横向、纵向L75×8角钢加强肋。

根据挂篮施工总布置图中底模A和底模B的构造，分别建立了

20cm×30cm,20cm×40cm,30cm×40cm,40cm×40cm四种尺寸的模型，将模型离散成100个单元进行计算，对计

算结果进行比较，其中40cm×40cm尺寸的模板受力最为不利，故仅仅取用40cm×40cm尺寸的模板的计算结果，具体结果如下：

①建立腹板下底模模型，加面荷载207.3KN/m

，并考虑自重。

工况一腹板下底模最大主应力（单位：

MPa）

工况一腹板下底模计算模型

工况一腹板下底模剪应力（单位：

MPa）

第4页

2

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工况一底板下底模最大主应力（单位：

MPa）

工况一腹板下底模位移（单位：

mm）

②建立底板下模板模型，加面荷载26.86KN/m，并考虑自重。

工况一底板下底模计算模型

工况一底板下底模剪应力（单位：

MPa）

第5页

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腹板下最大荷载：

q=207.3KN/m

2

*0.4m=82.92KN/m。

底板下最大荷载：

q=26.86KN/m

2

*0.4m=10.744KN/m。

荷载图如下：

工况一背肋计算模型（单位：

cm）

2）抗弯强度计算：

工况一底板下底模位移（单位：

mm）

经计算：

①最大主应力值为159.0MPa

σ=159.0MPa<[σ]=188.5MPa，满足强度要求。

②最大剪应力值为79.5MPa

τ=79.5MPa<[τ]=110.5MPa，满足强度要求。

③最大挠度值（相对竖向位移）为0.7mm

f=0.7mm<[f]=L/250=400/250=1.6mm满足刚度要求。

（《建筑施工模板安全施工技术规范》，对结构表面隐蔽的模板，为模板构件计算跨度的1/250），刚度满足要求。

综上，模板强度、刚度满足要求。

（2）底板下横向∠75×8热轧等边角钢背肋强度验算

模板下的横向、纵向背肋为∠75×8热轧等边角钢，底模板通过横向背肋搭在底纵梁上，边缘纵向背肋间距

为200mm，其余纵向背肋间距为400mm，具体见广西靖西至那坡高速公路百大特大桥挂篮施工总布置图。

1）计算荷载（由于在工况一所受荷载最大，且四个工况的背肋结构形式不变，故仅仅计算工况一）

第6页

工况一：

背肋弯应力云图（单位：

MPa）

最大弯应力值为115.6MPa

σ=115.6MPa<[σ]=188.5MPa，满足强度要求。

3）抗剪强度计算

剪应力图：

工况一：

背肋切应力云图（单位：

MPa）

最大剪应力值为44.2MPa

τ=44.2MPa<[τ]=110.5MPa，满足强度要求。

4）刚度计算

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工况一：

背肋竖向位移云图（单位：

mm）

最大挠度值（相对竖向位移）为0.2mm

f=0.2mm

综上，底模背肋角钢强度、刚度满足要求。

b.底模纵梁受力计算

底模纵梁承受B、D、E区域荷载，底模纵梁由6根纵梁A和8根纵梁B组成，纵梁A采用36b双槽钢，纵梁B采

用32b双槽钢，其中纵梁A主要承受B,E区荷载，纵梁B主要承受D区荷载，建立底模纵梁A,B力学计算模型如下图所示。

工况三底模纵梁A,B力学计算模型（单位：

cm）

q为荷载工况下各区间底模纵梁所承受的施工载荷，详见《挂篮工况荷载分析计算表》。

分别将荷载工况下各区间底模纵梁所承受的施工载荷输入相对应的计算模型，计算结果如下图所示。

（1）工况一

1）对B区纵梁进行计算（所受均布荷载大小q=46.975KN/m）。

工况一底模纵梁A,B力学计算模型（单位：

cm）

工况一：

B区底模纵梁A弯应力云图（单位：

MPa）

工况一：

B区底模纵梁A切应力云图（单位：

MPa）

工况二底模纵梁A,B力学计算模型（单位：

cm）

第7页

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工况一：

D区底模纵梁B竖向位移云图（单位：

mm）

工况一：

B区底模纵梁A竖向位移云图（单位：

mm）

工况一：

D区底模纵梁B支点竖向反力图（单位：

KN）

工况一：

B区底模纵梁A支点竖向反力图（单位：

KN）

3）对E区纵梁A进行计算（所受均布荷载大小为q=45.574KN/m）

2）对D区纵梁B进行计算（所受均布荷载大小为q=18.955KN/m）

工况一：

D区底模纵梁B弯应力云图（单位：

MPa）

工况一：

E区底模纵梁A弯应力云图（单位：

MPa）

工况一：

D区底模纵梁B切应力云图（单位：

MPa）

工况一：

E区底模纵梁A切应力云图（单位：

MPa）

第8页

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工况二：

B区底模纵梁A竖向位移云图（单位：

mm）

工况一：

E区底模纵梁A竖向位移云图（单位：

mm）

工况二：

B区底模纵梁A支点竖向反力图（单位：

KN）

工况一：

E区底模纵梁A支点竖向反力图（单位：

KN）

2）对D区纵梁B进行计算（所受均布荷载大小为q=13.843KN/m）

（2）工况二

1）对B区纵梁A进行计算（所受均布荷载大小q=33.070KN/m）。

工况二：

D区底模纵梁B弯应力云图（单位：

MPa）

工况二：

B区底模纵梁A弯应力云图（单位：

MPa）

工况二：

D区底模纵梁B切应力云图（单位：

MPa）

工况二：

B区底模纵梁A切应力云图（单位：

MPa）

工况二：

D区底模纵梁B竖向位移云图（单位：

mm）

第9页

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（3）工况三

1）对B区纵梁A进行计算（所受均布荷载大小q=24.471KN/m）。

工况二：

D区底模纵梁B支点竖向反力图（单位：

KN）

3）对E区纵梁A进行计算（所受均布荷载大小为q=45.574KN/m）

工况三：

B区底模纵梁A弯应力云图（单位：

MPa）

工况二：

E区底模纵梁A弯应力云图（单位：

MPa）

工况三：

B区底模纵梁A切应力云图（单位：

MPa）

工况三：

B区底模纵梁A竖向位移云图（单位：

mm）

工况二：

E区底模纵梁A切应力云图（单位：

MPa）

工况三：

B区底模纵梁A支点竖向反力图（单位：

KN）

工况二：

E区底模纵梁A竖向位移云图（单位：

mm）

2）对D区纵梁B进行计算（所受均布荷载大小为q=10.683KN/m）

工况二：

E区底模纵梁A支点竖向反力图（单位：

KN）

第10页

工况三：

D区底模纵梁B弯应力云图（单位：

MPa）

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工况三：

E区底模纵梁A竖向位移云图（单位：

mm）

工况二：

D区底模纵梁B切应力云图（单位：

MPa）

工况三：

E区底模纵梁A支点竖向反力图（单位：

KN）

工况三：

D区底模纵梁B竖向位移云图（单位：

mm）

（4）工况四

1）对B区纵梁A进行计算（所受均布荷载大小为q=0.749KN/m）

工况三：

D区底模纵梁B支点竖向反力图（单位：

KN）

3）对E区纵梁A进行计算（所受均布荷载大小为q=23.069KN/m）

工况四：

B区底模纵梁A弯应力云图（单位：

MPa）

工况三：

E区底模纵梁A弯应力云图（单位：

MPa）

工况四：

B区底模纵梁A切应力云图（单位：

MPa）

工况三：

E区底模纵梁A切应力云图（单位：

MPa）

第11页

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工况四：

B区底模纵梁A竖向位移云图（单位：

mm）

工况四：

D区底模纵梁B竖向位移云图（单位：

mm）

工况四：

B区底模纵梁A支点竖向反力图（单位：

KN）

2）对D区纵梁B进行计算（所受均布荷载大小为1.1444KN/m）

工况四：

D区底模纵梁B支点竖向反力图（单位：

KN）

3）对E区纵梁A进行计算（所受均布荷载大小为q=0.749KN/m）

工况四：

D区底模纵梁B弯应力云图（单位：

MPa）

工况四：

E区底模纵梁A弯应力云图（单位：

MPa）

工况四：

D区底模纵梁B切应力云图（单位：

MPa）

工况四：

E区底模纵梁A切应力云图（单位：

MPa）

第12页

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工况四：

E区底模纵梁A位移云图（单位：

mm）

外滑道梁力学计算模型（单位：

mm）

工况四：

E区底模纵梁A支点竖向反力图（单位：

KN）

由以上计算可知：

①最大弯曲应力值为95.9MPa（工况一B区）

σ=95.9MPa<[σ]=188.5MPa，满足强度要求。

②最大切应力值为15.1MPa（工况一B区）

τ=15.1MPa<[τ]=110.5MPa，满足强度要求。

③最大挠度值（相对竖向位移）为6.4mm（工况一B区跨内）

f=6.4mm<[f]=L/400=12.5mm满足刚度要求。

综上计算，底模纵梁满足四种施工工况的使用要求。

2、悬吊行走系统验算

a、滑道梁受力计算

外模主滑道梁承受A，F区荷载，内模滑道梁承受C区荷载，外滑道梁由外导梁吊带、导梁吊杆、限位角

钢支撑。

内滑道导梁由前长吊带2、导梁吊杆、限位角钢支撑。

外模主滑道梁采用HN500×200×10×16双H钢，

外导梁吊带采用140×20mm吊带，内模主滑道梁采用HN396×199×7×11双H钢，前长吊带2采用140×20mm吊带，建立力学计算模型如下图所示。

第13页

内滑道梁力学计算模型（单位：

mm）

其中A、F区外滑导梁L对应于四种施工工况分别为3.5m、4m、4.5m、3.5m。

l分别为

1.55m、1.05m、0.55m、1.55m。

C区内滑导梁L对应于四种施工工况分别为3.5m、4m、4.5m、3.5m。

l分别为

1.5m、1.00m、0.5m、1.5m。

分别将四种施工工况下各滑道梁所承受的施工载荷输入相对应的计算模型，荷载详见《挂篮工况荷载分析计算表》。

计算结果如下图所示。

（1）工况一

1）内模滑道梁

所受均布荷载大小为q=48.139KN/m。

工况一：

内模滑道梁弯应力云图（单位：

MPa）

长沙理工大学

广西靖西至那坡高速公路百大特大桥施工挂篮计算书

工况一：

内模滑道梁前长吊带2轴应力云图（单位：

MPa）

工况一：

内模滑道梁前长吊带2切应力云图（单位：

MPa）

工况一：

内模滑道梁切应力云图（单位：

MPa）

工况一：

内模滑道梁竖向位移云图（单位：

mm）

第14页

长沙理工大学

广西靖西至那坡高速公路百大特大桥施工挂篮计算书

2）外模滑道梁

所受均布荷载大小为A区q=62.841KN/m，F区q=62.705KN/m。

因为荷载相差较小，所以选取A区荷载计算外膜滑道梁的弯曲应力，切应力，轴应力，位移，支座反力，而F区只计算支点竖向反力

工况一：

A区外模滑道梁弯应力云图（单位：

MPa）

工况一：

内模滑道梁前长吊带竖向位移云图（单位：

mm）

工况一：

A区外模滑道梁吊带轴应力云图（单位：

MPa）

工况一：

内模滑道梁支点竖向反力图（KN）

第15页

工况一：

A区外模滑道梁切应力云图（单位：

MPa）

长沙理工大学

广西靖西至