挂篮设计计算书参考范本1 概况施州大桥为连接恩施旧城区和城北新区的城市主干线。
大桥采用协作体系，具体跨径布置为：30m等截面连续箱梁＋（100m＋145m）直塔单索面斜拉桥＋3×30m等截面连续箱梁。
斜拉桥主梁为单箱三室混凝土箱梁，桥面全宽21.5m，设计为双向四车道。
设计时速40km/h，设计荷载为城市—A级。
主梁施工采用悬臂施工，其施工节段分为有索节段和无索节段，长度均为4.25m，最大节段设计重量约为180t。
本挂篮是为此桥主梁的悬臂施工而设计的。
根据本桥的结构特点和施工特点，挂篮设计为铰接菱形挂篮，其由以下几个主要部分组成。
（1）主桁系统：横向由两片主桁组成，单片主桁由下弦杆、上弦杆、斜杆、立柱和斜拉钢带构成，横向桁式联接系连接而成；（2）内模系统：由木质面板和内模支架组成；（3）底模平台系统：由前下横梁、后下横梁、纵梁、横向分配梁和底模组成；（4）吊挂系统：由前上横梁、导梁、挑梁和吊带组成；（5）平衡及锚固系统：由锚固构件、钩板等组成，以便挂篮在灌注混凝土和空载行走时，具有必要的稳定性。
按照上述几个组成系统分别进行计算,计算软件为《桥梁博士(v3.0)》和ANSYS 6.0。
计算建模与施州大桥施工挂篮设计图中的相应内容吻合。
2 设计依据（1）恩施市施州大桥施工设计图；（2）《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）；（3）《公路桥涵钢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）其它规范和规程。
3 设计假定和说明根据本挂篮的结构特点，设计计算中采用以下假定和说明。
（1）悬臂施工最大节段重量约为180t，按此重量进行挂篮控制设计。
（2）由于挂篮上部主桁系统和下部底模平台系统仅通过吊挂系统相连，故计算按各自的子结构进行计算，子结构为底模平台体系，主桁体系、吊挂体系和锚固体系。
（3）计算顺序为先对底模平台体系进行结构计算，得出各吊点的支承反力，然后把此支承反力作为外力对主桁体系进行各项计算。
（4）节段施工过程一般分为以下步骤：①挂篮空载走行就位。
②立模。
③绑扎钢筋并浇注混凝土。
④混凝土养生后，拆模并张拉预应力。
对于挂篮来讲，只有步骤①和步骤③最不利，故挂篮的检算分为以下两个工况。
工况1：挂篮空载走行；工况2：挂篮浇注混凝土时。
（5）主桁体系的结构受力分析和纵向整体稳定性检算，计入纵向风载作用。
桥面以下的结构体系不考虑风载作用。
主桁结构在横向风载作用下的主桁结构横向稳定性不作检算，但挂篮的横向限位装置要满足构造要求。
（6）各施工荷载参照规范或相应资料取值，并按荷载主力＋附加力进行组合检算。
（7）检算主桁时考虑挂篮走行时的摇晃和挂篮浇注混凝土时的振捣，故工况1荷载动力系数取为1.3，工况2荷载动力系数取为1.15。
4 设计相关参数（1）材料容重：C50混凝土 26.25kN/m3（考虑体内钢筋和梁段制作误差，提高5％）；钢构件按照设计图中的构件重量采用换算容重。
（2）材料弹性模量：A3钢材 2.1×105Mpa；Ф32精轧螺纹钢筋 2.0×105Mpa。
（3）内模重量、施工机械、作业人群等施工荷载：2.0kN/m2。
（4）温度荷载：升温15℃，降温15℃，体系温度20℃。
（5）风荷载：按8级风考虑，8级以上风则停止作业并加强锚固。
W＝K1K2K3K4W＝262.63×1.0×1.3×1.3×1.0＝443.8Pa。
5 计算内容5.1 箱梁底模平台箱梁底模平台由前下横梁、后下横梁、纵向分配梁、横向分配梁和底模组成。
浇注混凝土时荷载先由底模面板承受，后由底模面板通过底模下面的∠50×5传递给横向分配梁，横向分配梁传给纵向分配梁，再由纵向分配梁传递给前、后下横梁。
下横梁的支承边界为各自的吊挂系统。
5.1.1 模板模板由6mm厚的面板(A3钢板)和∠50×5的型钢楞条组成，分为底模、侧模和翼板模。
（1）面板面板最大网格为0.4m×0.4m，它将直接承受上面的面载。
对此网格采用ANSYS 6.0进行板单元计算，看网格划分的是否合理。
模板面板所承受的最大荷载为：q=26.25×0.9＋2.0＝25.625kN/m2面板计算采用四边嵌固的板单元进行计算。
计算得面板的变形为0.2mm，面板稳定应力为31.3MPa，其应力云图见图1。
图1 模板面板应力云图（Pa）根据《公路桥涵施工技术规范》第9.2.4条的规定，模板面板在施工过程中的最大变形应小于模板构件跨度的L/400＝1.0mm，也应小于规定的1.5mm。
模板面板的最不利变形满足规范要求。
（2）∠50×5角钢棱条模板面板下面为间隔400mm的∠50×5角钢棱条，面板和钢棱条组成正交异性板。
面板与纵肋焊接在一起共同工作，故应计算纵肋上面板的有效宽度。
有效宽度取其正弯矩部分的平均长度作为纵肋跨长，即t1＝0.7t＝0.7×400＝280mm。
利用有限元进行计算，建立纵肋的计算模型，计算软件为《桥梁博士V3.0》，计算模型见图2。
图2 模板纵向钢棱条有限元计算模型面板下最大荷载为中箱区域：常截面：q＝0.4×0.9×26.25＋0.4×2＝10.25kN/m横隔墙截面：q＝0.4×2.85×26.25＋0.4×2＝30.73kN/m计算得挠度为0.024mm，小于L/400＝1.25mm。
纵肋的计算应力很小。
5.1.2 横向分配梁横向分配梁为焊接支架，左右对称，沿桥纵向间隔0.5m布置，在横隔墙处并进行了加密（0.3m＋0.2m）。
取一半进行建模分析，模型见图3，模型支点位置为纵向分配梁位置。
图3 横向分配梁有限元计算模型单元模型中，单元E1～E14、E44～E61为[10型钢，其余为[8型钢。
根据设计图中的材料重量，构件的换算容重为82.43kN/m3。
作用在横向分配梁上的荷载等效成均布荷载，具体如下.常截面：翼缘板 q＝0.335×0.5×26.25＋0.5×2＝5.40kN/m斜腹板靠近翼板区域 q1＝0.51×0.5×26.25＋0.5×2＝7.69kN/m（为0.674m梯形载） q2＝0.93×0.5×26.25＋0.5×2＝13.21kN/m其它 q＝0.58×0.5×26.25＋0.5×2＝8.61kN/m底板边室 q＝0.65×0.5×26.25＋0.5×2＝9.53kN/m中腹板 q＝2.85×0.5×26.25＋0.5×2＝38.41kN/m中室 q＝0.90×0.5×26.25＋0.5×2＝12.81kN/m0.4m横隔墙截面：边室底板及中室区域 q＝1.95×0.4×26.25＝20.48kN/m斜腹板区域 q1＝（0.93－0.58）×0.4×26.25＝3.68kN/m（为2.706m梯形载） q2＝1.95×0.4×26.25＝20.48kN/m在横隔板中线各0.2m处进行了加密，按照五弯矩方程计算得反力，可假定0.4m横隔板区域荷载由3根横向分配梁承受，其荷载分配比例为1：2.7：1。
常截面区域横向分配梁加载图见图4。
0.4m横隔墙区域加载图见图5。
图4 常截面区域横向分配梁加载图示图5 横隔板区域附加荷载加载图示（3片横梁分配）常截面区域加载下的横向分配梁变形图见图6，横隔板区域下的横向分配梁变形图见图7。
图6 常截面区域加载下的横向分配梁变形图节点竖向位移：N52 2.16mm＜L/200=4.5mmN49 2.39mm＜L/400=6.25mmN10 0.65mm＜L/400=4.125mm图7 横隔板区域加载下的横向分配梁变形图节点竖向位移：N52 1.91mm＜L/200=4.5mmN49 2.31mm＜L/400=6.25mmN10 1.89mm＜L/400=4.125mm以上计算过程中，横向分配梁单元最大正应力为E8－I，为102.3MPa，应力水平满足规范要求。
计算得各支点反力见表1。
纵梁编号1＃2＃3＃4＃5＃6＃常截面区域43.87 5.71 14.79 13.31 23.10 7.77横隔板区域23.32 13.22 30.93 24.85 25.98 11.68 横隔板加密8.64 4.90 11.46 9.20 9.62 4.335.1.3 纵向分配梁纵向分配梁布置在前、后下横梁上面，上面承受横向分配梁传来的荷载。
纵向分配梁在桥横向共布置11组，具体布置为2×（1000＋2304＋1680＋1175＋1175）mm。
均为全焊接桁架结构，其中1＃端纵梁为桁高800mm，中间9组中纵梁（2＃～6＃）为桁高847mm。
对端纵梁和中纵梁分别建模分析，模型支点位置为前、后下横梁位置。
1＃纵梁（端纵梁）各杆件型号如下：上弦杆：2[20b型钢，计算长度为8×0.675m下弦杆：2[16b型钢，计算长度为3×1.35m端斜杆：2[16b型钢，计算长度为1.047m其余杆件：2[10型钢2＃～6＃纵梁（中纵梁）各杆件型号如下：上弦杆：2[14b型钢，计算长度为8×0.675m下弦杆：2[12.6型钢，计算长度为3×1.35m端斜杆：2[12.6型钢，计算长度为1.083m其余杆件：2[8型钢纵梁计算模型见图8。
图8 端纵梁计算模型模型所加荷载为表1中纵梁反力荷载。
受荷变形图见图9。
图9 纵梁受荷变形图具体计算结果见表2。
表2 纵梁最不利计算结果纵梁编号1# 2# 3# 4# 5# 6#最大节点挠度（mm） 3.56 1.03 2.47 2.13 3.10 2.29 上弦杆最大正应力（MPa）83.7 25.8 61.5 52.2 71.4 54.7 下弦杆最大正应力（MPa）-95.3 -28.9 -69.7 -59.9 -86.4 -64.2 端斜杆最大正应力（MPa）-64.8 -19.9 -47.9 -41.6 -62.4 -45.4 腹杆最大正应力（MPa）71.6 20.9 49.8 42.5 59.3 44.9 前下横梁支点反力（kN）204.5 39.8 95.5 83.0 123.9 90.3后下横梁支点反力（kN）190.7 34.1 81.9 71.9 111.3 79.6 注:应力以压为正。