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 中期報告 題目：橋梁滑動式掛籃設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2013年03月21日 1.設計（論文）進展狀況 1.1完成了與課題相關(guān)的英文資料的翻譯。 1.2繪制了掛藍的三維裝配體以及CAD圖。 圖1 掛籃軸測圖 圖2 掛籃俯視視角圖 圖3 整體軸測圖 1.導軌 2.后錨定系統(tǒng) 3.氣壓輪子 4.菱形架 5.前支座 6.吊桿 7.側(cè)模板 8.工作臺 圖4 cad主視圖 11.內(nèi)上模版 12.內(nèi)下模板 圖5 cad右視圖 9.中間梁 圖6 cad俯視圖 1.3制作了掛藍的裝配動畫以及運動動畫。 1.4對裝配體個大部件的受力以及布和安裝的合理性進行了分析。 圖7 三維吊桿部位局部視圖 1.4.1如圖7所示上梁上安裝了多個拉桿，拉桿來固定下邊的兩個工作臺和下模版，而上梁有安裝在菱形架的前段，所以其受的力有菱形架來承擔，菱形架將受力傳到后邊，有后錨定系統(tǒng)的錨定力度來影響了上梁的吊拉穩(wěn)定性。 圖8 三維吊桿伸出板局部視圖 1.4.2 如圖8所示上梁前段安裝的長伸出板承擔著拉緊固定下邊兩個工作臺前段的作用，則這部分的鋼材選擇，熱處理，尺寸大小，變形量等因素都會影響到動作臺的穩(wěn)定及其安全使用性能。 圖9 三維側(cè)模板固定板局部視圖 1.4.3 如圖9所示承擔側(cè)模板重量的長條班的鋼材選型，熱處理，以及尺寸會影響到側(cè)模板的安裝和固定，而本身側(cè)模板的選材也會影響到橋墩建筑的成型。 圖10 三維菱形架連接處局部視圖 1.4.4 如圖10所示菱形架的安裝定位靠的是銷子，這樣定位安裝準確且安裝拆卸方便。 圖11 三維中間橫梁結(jié)構(gòu)局部視圖 1.4.5 如圖所示中間梁采用螺釘連接更易組裝拆卸。 圖12 三維菱形架焊接板局部視圖 1.4.6 如圖12所示菱形架上安裝了固定連接板這樣可以使得兩邊的菱形架更好的協(xié)調(diào)同步運動行走。 圖13 三維液壓輪子結(jié)構(gòu)視圖 1.4.7 如圖13所示在菱形架上設計安裝了液壓行走輪子，這相比以前的千斤頂推進系統(tǒng)要更為方便簡單快捷。 圖14 三維工作臺局部視圖 1.4.8 如圖14所示下工作平臺和上工作平臺和里的位置差錯架設了人梯是的工人在兩個平臺之間的互相工作更方便安全。 圖15 前支座零件圖及其三維視圖 1.4.9 如圖15為前支座，作用在于固定菱形架，使得菱形架和軌道能水平接觸且安裝良好。其結(jié)構(gòu)的大小合理性，材料的性能都影響到菱形架的安裝與三者之間的配合。 圖16 三維后錨定體統(tǒng)局部視圖 1.4.10 如圖16所示為后錨定系統(tǒng)有后鉚釘鋼棒，楔塊，螺母錨定壓板組成，摸頂?shù)牧Φ拇笮Q定了整體的穩(wěn)定性，楔塊是為了使得下螺母能更好的受力擰緊固定的。 2.存在問題及解決措施 在本次設計階段內(nèi)，我深刻的體會到自己所儲備的知識的不足，以及所查閱資料的缺乏和片面性。在材料的認識上不夠，在材料的熱處理上認識不夠，在三維制作過程中由于零件圖紙尺寸的不全使得畫好后安裝不協(xié)調(diào)問題，以及安裝前視角為調(diào)整好導致的出圖水平度不好。為解決這些問題我也應該加強自己對相關(guān)知識的學習，努力使自己所設計出來的實物更具備可行性和實用性。同時，也應該加強自己與老師、與同學之間的溝通，使自己的設計在互相印證中得到提高和完善，加深自己對本次設計的理解，在深入學習軟件的相關(guān)使用方法調(diào)整自己的三維圖和二維圖。 最后，我相信自己可以保持積極樂觀的態(tài)度去繼續(xù)接下來的設計過程。在老師的悉心教導下，能夠快速、有效的完成所有設計流程，并最終順利結(jié)束本次畢業(yè)設計。 3.后期工作安排 3.1修改裝配圖和零件圖以及動畫。 第十周 3.2完成相關(guān)計算。 第十一周 3.3編寫論文。 第十二到十三周 3.4將論文、圖紙交老師查閱在此修改。 第十四周 3.5準備終期答辯。 第十五周 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 開題報告 題目：橋梁滑動式掛籃設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 1. 題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況 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(shù)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(nèi)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，通過本畢業(yè)設計，能夠?qū)⒋髮W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)實際工程設計的技能[1]。 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展，懸臂澆筑法施工（橋梁滑動式掛籃）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[2]。日本預應力混凝土工業(yè)協(xié)會《關(guān)于預府力混凝土長大橋梁的調(diào)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[3,4]。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[5]。我國從80年代開始使用這種技術(shù)以來，也已取得了巨大的成就[6]。 縱觀國內(nèi)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?？靃7]。我國的掛籃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(gòu)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(jié)構(gòu)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[8]。 2. 本設計的主要內(nèi)容 橋梁掛籃施工（如圖1，圖2，圖3所示）技術(shù)是一項比較復雜的技術(shù)，重點在于掛籃的設計和安全性[9]，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(nèi)容有根據(jù)橋梁尺寸設計掛籃，并對掛籃進行結(jié)構(gòu)、強度計算、液壓系統(tǒng)設計、利用相關(guān)軟件模擬掛籃制作，掛籃裝配動畫及工作原理動畫。 圖1 懸臂掛籃施工圖 圖2 懸臂掛籃模板拼接圖 圖3 懸臂掛籃施工側(cè)面圖 3. 設計方案 懸臂掛籃澆筑法施工（橋梁滑動掛籃施工法）是目前修建大中型跨度橋梁的一種比較有效的施工手段，其施工方法一般為將梁每2m至5m分成一個節(jié)段，以掛籃為施工機具進行懸臂對稱澆筑施工[10]。掛籃是一個能夠相對獨立的可以自由行走移動的承重結(jié)構(gòu)，掛籃懸掛在已經(jīng)張拉施工完畢的前端梁段上，在掛籃上進行下一梁段的模板安裝、鋼筋綁扎、夯澆筑、預應力張拉、壓漿等作業(yè)[11]。當完成本節(jié)梁段施工后，解除掛籃的約束，掛籃對稱向前移動至下一個梁段，進行下個梁段施工，如此循環(huán)施工，直到完成全部懸臂梁段施工。懸臂掛籃施工方法不受交通、通航、流水、深谷等影響，是大跨度橋梁跨越河流、山谷、交通繁忙線路的最佳方法[12]。 目前國內(nèi)外采用的掛籃結(jié)構(gòu)形式主要有以下幾種。 3.1 平衡桁架式掛籃（見圖4），平衡桁架式掛籃的上部承重結(jié)構(gòu)一般為等高度的桁架梁，桁架梁在已澆筑梁頂面用壓重后者錨固或者二者共用的方式來解決傾覆穩(wěn)定問題，桁架本身為受彎結(jié)構(gòu)[13]。 圖4 平衡桁架式掛籃結(jié)構(gòu)圖 優(yōu)點：平行桁架式掛籃的尾部一般設有一平衡重（可用混凝土塊制作），其作用是防止掛籃在行走時因前重后輕，失穩(wěn)導致傾覆。該掛籃的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，可以充分利用常備式萬能桿件、軍用梁或貝雷梁制作掛籃的受力主桁架，可減少一次性投入。 缺點：是掛籃自重大，工作系數(shù)（掛籃自重/梁體分段最大重量）較大，一般在1.0以上，對梁體在施工階段的荷載承受能力要求較高；掛籃本身承受荷載能力有限，施工節(jié)段不能太重；懸灌時撓度變形也比較大，近年已很少見應用。 3.2 菱形掛籃（見圖5），菱形桁架為菱形掛籃的主要承重結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)簡單、受力明確，是近年來常用的掛籃形式。 圖5 菱形掛籃結(jié)構(gòu)圖 優(yōu)點：菱形掛籃外形美觀，結(jié)構(gòu)簡單，桿件受力明確，計算簡便。作業(yè)面開闊，便于構(gòu)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[14,15]。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)[16]。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(jié)系稍加改動也可用于公路橋的懸灌施工。 缺點：其鉚釘孔預留位置較多，且預留孔要求位置精度高。 3.3 三角型掛籃（見圖6），三角形掛籃與菱形掛籃主要區(qū)別為主桁架結(jié)構(gòu)形式不同，其承重結(jié)構(gòu)為三角型，亦是后端錨固、前端懸掛，也屬近年來常用結(jié)構(gòu)形式[17]。 圖6 三角型掛籃結(jié)構(gòu)圖 優(yōu)點：三角形掛籃與菱形掛籃相比，降低了前橫梁高度，即掛籃重心位置大大降低，從而提高了掛籃走行時的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，重量較輕。設計中三角形掛籃主桁架和主要結(jié)構(gòu)體系采用鋼板和型鋼焊制的箱形結(jié)構(gòu)，單件重量較輕，主桁架桿件間采用法蘭結(jié)構(gòu)用高強螺栓連接，易于搬運和拆裝。該三角形掛籃平衡重系統(tǒng)利用已成形梁段豎向預應力鋼筋作為后錨點，取消了平衡重的壓重結(jié)構(gòu)。掛籃走行采用液壓走行系統(tǒng)，由導梁、走行輪、反扣輪、走行油缸組成，該系統(tǒng)具有掛籃就位準確、走行速度快、安全可靠等特點。該掛籃通用性強，稍做改裝即可用于其它幅寬和梁高的橋上 缺點：鉚釘孔多，預留鉚釘孔位置精度要求高，不適用于過長的橋梁施工 3.4 斜拉式掛籃（見圖7），在力學結(jié)構(gòu)受力上與以上掛籃結(jié)構(gòu)形式有較大不同，其上部采用斜拉體系代替了桁架式受力結(jié)構(gòu)，而斜拉所引起的水平分力則通過上下的水平制動裝置來平衡，后端仍然采用錨固的方法來解決掛籃的傾覆穩(wěn)定[18] 圖7 斜拉式掛籃結(jié)構(gòu)圖 優(yōu)點：自重輕、結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、堅固穩(wěn)定、變形小、前移和拆裝方便、具有較強的可重復利用性。 缺點：安裝定位受力計算較為嚴格。 綜上，通過這幾種掛籃結(jié)構(gòu)形式優(yōu)缺點的比較，本設計擬采用菱形掛籃結(jié)構(gòu)形式，該種結(jié)構(gòu)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(jié)系稍加改動也可用于公路橋的懸灌施工。菱形掛籃結(jié)構(gòu)形式目前正逐漸得到普及，具有廣闊的應用前景。 4.本課程研究的重點和難點 目標在于對菱形掛籃結(jié)構(gòu)設計與改進，注重于掛籃結(jié)構(gòu)組成設計，前吊掛系統(tǒng)液壓設計，安裝施工安全性設計及安全系數(shù)計算和受力分析計算，三維模型裝配動畫，工作原理三維模型動畫展示。 5.前期已開展工作、 5.1查閱了大量相關(guān)專業(yè)資料為設計做好準備； 5.2熟看老師給的視頻和圖紙并完善圖紙結(jié)構(gòu)； 5.3完成菱形掛籃二維圖初稿繪制、文獻綜述開題報告； 5.4進行掛籃結(jié)構(gòu)的分析，擬訂一套結(jié)構(gòu)方案。 6.完成本課題的工作方案及進度計劃 第1-2周：收集參考文獻、閱讀參考文獻、并進行英文翻譯、寫出開題報告； 第3-8周：掛籃的施工工藝論證及選擇、對所確定的掛藍方案設計計算； 第8-10周：掛籃的建模計算及檢算； 第10-14周：繪圖、三維繪制、動畫制作、論文撰寫； 第15-16周：論文修改、整理、答辯。 五、指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 六、所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導： 年 月 日 參考文獻 [1] 王序森，唐寰澄.橋梁工程[M].中國鐵道出版社.1995.12. [2] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M].人民交通出版社.2000.05. [3] 陳偉，李明.橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)設計[M].中國鐵道出版社.2002. [4] 黃繩武.橋梁施工及組織管理[M].人民交通出版社.1993.03. [5] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M].人民交通出版社.2000.05 . [6] 李慶宇，張佳.機械制造裝備設計[M].北京:機械工業(yè)出版社.2003.8. [7] 李明. 橋梁懸臂施工[M].第五版，北京：中國計量出版社.2007.6. [8] 朱征.機械工程材料[M].國防工業(yè)出版社 第二版. 2011.5. [9] 曹玉平，閻祥安.液壓傳動與控制[M].天津-天津大學出版社.2003.8. [10] 劉玉彬.結(jié)構(gòu)力學[M].北京-科學出版社.2004 ISBN 7-03-013575-X. [11] 郁龍貴，喬世民.機械制造基礎(chǔ)[M]北京-清華大學出版社.2009. [12] 陳偉，李明.橋梁施工臨時結(jié)構(gòu)設計[M].北京:中國鐵道出版.2002:85-119. [13] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M].北京:人民教育出版社.2000. [14] M．S．Troitsky．Theory and Design of Cable—stayed Bridge．Crosby Lockwood Staples．10don，1977． [15] Fleming．Nonlinear Static Analysis of Cable—stayed Bridge Structure．Inter J．Compu-ter＆Structures，1979，VoLlO． [16] GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S]. [17] 公路橋涵結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].JTJ025-86. [18] 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].JTJ041-2000. 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(jié)構(gòu)的懸臂施工技術(shù)是重要技術(shù)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(shù)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(nèi)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(guān)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)容 10 2 掛籃設計資料與計算原理及內(nèi)容 11 2.1菱形掛籃的設計資料 11 2.2掛籃的結(jié)構(gòu)設計原理和檢算內(nèi)容 11 2.2.1結(jié)構(gòu)設計 11 2.2.2結(jié)構(gòu)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(cè)模系統(tǒng)設計與檢算 25 4.2.1下部側(cè)模設計與檢算 25 4.2.2上部側(cè)模設計與檢算 32 4.3內(nèi)模系統(tǒng)設計與檢算 32 4.3.1內(nèi)豎向模板設計與檢算 32 4.3.2內(nèi)膜頂模設計與檢算 33 4.3.3內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(jié) 49 參考文獻 50 致 謝 51 畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 52 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 53 附錄 54 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(jié)構(gòu)的懸臂施工技術(shù)是重要技術(shù)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(shù)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(nèi)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(guān)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 V 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(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)容 10 2 掛籃設計資料與計算原理及內(nèi)容 11 2.1菱形掛籃的設計資料 11 2.2掛籃的結(jié)構(gòu)設計原理和檢算內(nèi)容 11 2.2.1結(jié)構(gòu)設計 11 2.2.2結(jié)構(gòu)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(cè)模系統(tǒng)設計與檢算 25 4.2.1下部側(cè)模設計與檢算 25 4.2.2上部側(cè)模設計與檢算 32 4.3內(nèi)模系統(tǒng)設計與檢算 32 4.3.1內(nèi)豎向模板設計與檢算 32 4.3.2內(nèi)膜頂模設計與檢算 33 4.3.3內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(jié) 49 參考文獻 50 致 謝 51 畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權(quán)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(nèi)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(guān)于預府力混凝土長大橋梁的調(diào)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(shù)以來，也已取得了巨大的成就[4]。 縱觀國內(nèi)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)展也非常快。我國的掛籃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(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、懸吊系統(tǒng)、錨固裝置、走行系統(tǒng)和工作平臺。承重結(jié)構(gòu)是掛籃的主要受力構(gòu)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(nèi)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(diào)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(diào)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的主要特點 按主要承重結(jié)構(gòu)形式分析掛籃結(jié)構(gòu)的主要特點 a. 平行桁架式掛籃。平行桁架式掛籃的上部結(jié)構(gòu)外形一般為一等高度桁梁，其受力特點是：底模平臺及側(cè)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)[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(chǔ)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(cè)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(chǔ)上簡化而來，其上部結(jié)構(gòu)為菱形，前部伸出兩伸臂小粱，作為掛籃底模平臺和側(cè)模前移的滑道，其菱形結(jié)構(gòu)后端錨固于箱梁底板上，無平衡壓重，而且結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)腹板的預應力筋拉住模板．從而使得掛籃結(jié)構(gòu)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(chǔ)之上，將受彎桁架改為三角行組合梁結(jié)構(gòu)。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(gòu)件實體型期。由于掛籃部結(jié)構(gòu)輕盈．除尾部錨固外。還需較大配重。其底模平臺及側(cè)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(cè)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(jié)構(gòu)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(guān)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(nèi)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(diào)整其高度。模板系統(tǒng)模板系統(tǒng)由外側(cè)模、內(nèi)模和底模幾部分組成。外側(cè)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(diào)整。內(nèi)模一般通過模架放置在內(nèi)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(gòu))懸管理筑的一種常用設備，應用已很普遍；而日前國內(nèi)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(mào)使用一種掛籃．僅對其某些桿件的市置作些調(diào)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(zhì)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，待完成滑移作業(yè)后將這部分結(jié)構(gòu)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(nèi)有關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shù)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(nèi)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?qū)⒋髮W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(shù)是一項比較復雜的技術(shù)，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(nèi)容有根據(jù)橋梁尺寸設計掛籃結(jié)構(gòu)、利用相關(guān)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(jié)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，桿件受力明確，計算簡便。作業(yè)面開闊，便于構(gòu)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(jié)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(nèi)容 論文主要內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)容 2 掛籃設計資料與計算原理及內(nèi)容 2.1菱形掛籃的設計資料 臨時結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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(jié)構(gòu)設計原理和檢算內(nèi)容 2.2.1結(jié)構(gòu)設計 結(jié)構(gòu)設計主要包括設計依據(jù)、主要技術(shù)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(jié)構(gòu)設計、施工技術(shù)規(guī)范； (3) 現(xiàn)行鐵路（公路）橋涵設計、施工技術(shù)規(guī)范； (4) 現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)施工及驗收規(guī)范； b. 梁段細部情況 (1) 掛籃的主要技術(shù)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)檢算 結(jié)構(gòu)檢算的內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)檢算依據(jù)、荷載組合和結(jié)構(gòu)簡化計算圖示等。具體說明見下： a. 結(jié)構(gòu)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(nèi)，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(jié)構(gòu)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(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)。 圖3.1 midas軟件界面截圖 主要功能;結(jié)構(gòu)的靜力分析、結(jié)構(gòu)的動力分析、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析、結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(jié)果查看——荷載組合功能、結(jié)果的圖形顯示、結(jié)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(jié)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?qū)挾?，取底?？v向長為4200mm,橫向?qū)挒?000mm．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. 底模縱梁設計計算 (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(nèi)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(nèi)力由midas建模計算，結(jié)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，底模縱向梁設計滿足要求。 4.2側(cè)模系統(tǒng)設計與檢算 4.2.1下部側(cè)模設計與檢算 考慮梁段高度的變化，將側(cè)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(cè)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(cè)模面板設計檢算 側(cè)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(cè)模縱肋設計檢算 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 外模縱向肋變形圖 圖4.16 外?？v向肋彎矩圖  圖4.17 外?？v向肋剪力圖 圖4.18 外模縱向肋自重反力圖 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(jié)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(cè)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(jié)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(cè)模設計與檢算 a. 上部側(cè)模的豎向部分模板設計 上部側(cè)模的豎向部分模板設計與下部側(cè)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(nèi)模系統(tǒng)設計與檢算 4.3.1內(nèi)豎向模板設計與檢算 由于內(nèi)膜豎版受的荷載與外側(cè)模豎向部分相同，所以內(nèi)模豎向模板的設計與外側(cè)模相同，不需檢算即滿足要求。 4.3.2內(nèi)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(nèi)模頂板最大應力圖 圖4.27 內(nèi)模頂板最大彎矩圖 4.3.3內(nèi)模頂模支架solidworks圖示 圖 4.28支撐架 4.3.3內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)果得（不考慮自由端）如下結(jié)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(jié)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(jié)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(nèi)力和變形以及應力 由midas建模的內(nèi)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(nèi)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(nèi)外前后吊桿吊帶及相關(guān)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(jié)果。 7 solidworks建模展示 7 S olidworks建模展示 圖 7.2橋梁內(nèi)下支架 圖 7.1 橋梁內(nèi)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(nèi)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(gòu)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(jié) 8 總結(jié) 本設計是結(jié)合具體工程所作的臨時結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(guān)系，也存在許多不足之處，其中只對主桁結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)施工中大部分的臨時結(jié)構(gòu)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. 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