挂篮验算书

第一章 挂篮设计 1 设计依据

1.1《申张线（张家港-江阴段）航道整治工程华西钢铁大桥施工图纸》； 1.2 《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000； 1.3《结构力学》、《材料力学》、《桥梁工程》； 1.4《钢结构设计规范》； 1.5《路桥施工计算手册》； 1.6《清华大学结构力学求解器》；

1.7原《S342省道无锡市区段新建工程S342-6标京杭运河特大桥挂篮设计图纸》

2 工程概况

主桥采用（60+100+60）m三跨边截面预应力混凝土连续箱梁；西侧引桥6×20 m钢筋混凝土连续箱梁，东侧引桥4×20m钢筋混凝土连续箱梁；桥梁全长为426米。

主桥上部三跨边变截面预应力混凝土连续箱梁为单箱单室；梁高从跨中2.95m按二次抛物线变化是距主墩中心2.0m处5.75m；梁底横桥向保持水平，箱顶设1.5%的双向横坡；采用纵、横、竖三向预应力体系。主桥下部采用钢筋混凝土矩形实体式桥墩，钻孔灌注桩基础。

主桥连续箱梁采用挂蓝悬臂浇筑法施工，除0#、1#块采用满堂支架现浇外，其余梁段采用对称平衡悬臂逐段浇注法施工。箱梁分0～13#段、合拢段及边跨现浇段，其中0#、1#段共长12m，悬臂纵向分段长度为3m×5+7×4m，合拢段长2m，边跨现浇段长8.88m（8.92m）。

根据华西钢铁大桥设计图纸和原京杭大运河特大桥挂篮设计图纸，华西钢铁大桥挂篮拟采用三角挂篮进行施工。华西钢铁大桥箱梁悬浇段采用三角挂篮施工其各段基本情况如下： 名称 0#块 1#块 砼（m3） 重量（t） 长度（m） 4 4 高度（m） 5.75 5.303 底板（m） 1.285 0.72 腹板（m） 0.75 0.75 顶板（m） 0.28 0.28 137.23 356.81 81.44 211.74 共19页第 1 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

2#块 3#块 4#块 5#块 6#块 7#块 8#块 9#块 10#块 11#块 12#块 13#块 52.24 49.71 47.51 45.52 40.65 48.08 46.20 44.44 43.00 41.90 41.14 135.56 129.25 123.51 118.37 105.69 125.01 120.12 115.54 111.80 108.94 106.96 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4.993 4.705 4.439 4.195 3.972 3.710 3.486 3.301 3.156 3.049 2.981 2.951 0.665 0.613 0.566 0.522 0.483 0.436 0.396 0.363 0.337 0.318 0.305 0.3 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.45 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 40.701 105.82 3 挂篮设计

3.1主要材料技术参数

（1）钢筋砼自重G砼=26KN/m3； （2）钢材弹性模量E=2.1×105 MPa； （3）材料允许应力

Q235B钢[σw]=140 MPa, [τ]=85 MPa; 精轧螺纹钢[σw]=785 MPa,

16Mn钢板[σw]=200 MPa, [τ]=120 MPa; 45#钢[σw]=220 MPa, [τ]=125 MPa; 3.2 挂篮构造

本桥所用挂篮采用无锡市区省道342跨运河特大桥所使用挂篮，几何尺寸和荷载基本相同，故基本原样套用。本次设计主要进行受力验算。

挂篮采用三角斜拉带式挂篮，挂篮主梁为两根Ⅰ45#工字钢组合而成，立柱采用[32#槽钢，前后上横梁采用两根Ⅰ45#工字钢；前后下横梁采用两根Ⅰ40#工字钢组合而成。斜拉带采用2根[22#槽钢组合而成。主桁架的拼接采用16锰结点钢板配合钢销连接，钢销采用直径120mm45#钢销，在主桁架销孔处工字钢和槽钢受力处全部采用帮焊16锰A2钢板，钢板大小为180mm×180mm厚度20mm。

共19页第 2 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

底篮设置12根纵梁，纵梁采用两[32#槽钢背靠背对焊而成。挂篮前吊带采用精轧螺纹钢10根其中箱梁底部6根，翼缘板4根。后锚采用8根精轧螺纹钢筋。挂篮加工完毕后全部焊缝进行无破损检测。挂篮共重70t，其中主桁系统18t，行走系统10t，底篮15.3t，提升系统10.7t（前提升4.6t，后提升6.1t）外模12t，内模2.5t，张拉操作平台1.5t。箱梁最重的块为2#块135.56t，挂篮质量和箱梁块段重量之比（挂篮工作系数）：70/135.56=0.52

第二章 挂篮结构复核验算

1 设计工况及荷载组合

通过对挂篮施工过程进行分析得出挂篮的设计工况如下：

工况一：浇筑2#块

荷载组合为：混凝土自重+人群机具荷载+挂篮自重+模板自重； 工况二：挂篮行走

荷载组合为：挂篮自重+人群机具荷载+模板自重

2 荷载取值

超载系数为：K1=1.05；

混凝土浇筑时的动力系数：K2=1.2; 挂篮行走冲击系数：K3=1.3； 人群机具荷载为J=2.5 KPa； 内外模板自重为M=15t；

箱梁2#块砼重量1355.6KN，其自重荷载在顺桥向方向成均匀分布，在横桥向方向成非均匀分布，具体见分布图

荷载分布布置图aa 共19页第 3 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

面积a由4根纵梁均分，面积b由8根加强纵梁均分，面积c由4根纵梁均分。

3 挂篮结构计算 3.1主桁架计算

3.1.1荷载统计

箱梁2#块共重135.56t，挂篮主桁系统18t底篮重15.3t，提升系统重10.7t，侧模重12t，内模重2.5t，张拉平台重1.5t。人群机械荷载为2.5KPa，箱梁底模尺寸为3m×8m则人群机械荷载为2.5×4.5×8=90KN。箱梁混凝土浇筑考虑1.05的超方系数。

一侧挂篮系统有两个挂篮桁架组成，而且以上荷载总重由箱梁前端和挂篮桁架前端两者各承担一半，则挂篮单侧桁架前端所承受荷载为：

G=[(135.56×1.05+15.3+10.7+12+9+2.5+9)÷2]+1.5÷2×10=509.6KN 3.1.2 挂篮主桁架强度验算

根据清华大学开发的结构力学求解器程序建立三角挂篮体系受力计算模型如下：

挂篮斜拉杆和主梁采用销轴连接，所以在计算总都采用铰接计算。以上计算单元受力为受集中荷载，集中荷载受力点为6#结点，挂篮在工况一情况下受力简图为：

N=509600 N

共19页第 4 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

在工况一情况下挂篮个杆件内部受力详见下图： 挂篮个杆件截面特性为： 主梁：

W=1085.7×2=2171.4cm3=2171.4×103 mm3 I=21714×2=43428cm4=43428×104 mm4 E=2.1×105 MPa

A=86.07 ×2=172.14cm2=17214mm2 立柱：

W=469.4×2=938.8cm3=938.8×103 mm3 I=7510.6×2=15021.2cm4=15021.2×104 mm4 E=2.1×105 MPa

A=48.5×2=97cm2=9700mm2 斜拉带：

W=233.8×2=467.6cm3=467.6×103 mm3 I=2571.3×2=5142.6cm4=5142.6×104 mm4 E=2.1×105 MPa

A=36.24×2=72.48cm2=7248mm2

通过结构力学求解器计算挂篮各杆内力见下图：

共19页第 5 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

根据上图各杆件内力为： N主梁=557954.71N N立柱=1014219.65N N斜带=763087.12N

根据以上各杆件截面积计算杆件内部应力： N A：杆件内部应力；

N：杆件轴心压（拉）力； A：杆件截面积；

：轴心受压构件的纵向弯曲系数，根据各杆件长细比查《路桥施工计算手册》 得主桁架个杆件纵向弯曲系数为0.9 经过计算个杆件的内部应力为：

σ主梁=557954.71÷17214=36MPa≤[σw]=140 MPa, σ立柱=1014219.65÷9700=116.2MPa≤[σw]=140 MPa, σ斜带=763087.12÷8420=117MPa≤[σw]=140 MPa, 经过以上验算，挂篮主桁架强度满足施工需要，结构安全。 3.1.3 挂篮主桁架刚度验算

根据结构力学求解器计算得到，在挂篮最大荷载下即工况一，挂篮个杆件杆端位移，见下图：

共19页第 6 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

根据计算，各杆端位移值见下表-1。

表-1挂篮主桁架位移计算表

杆端位移值 ( 乘子 = 1)

-------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1 杆端 2

单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 -------------------------------------------------------------------------------------------- 1 0.00000000 -0.07580751 0.00007581 0.00000000 0.00000000 0.00007581 2 0.00000000 0.00000000 0.00007581 0.01154999 0.01383765 -0.00001324 3 0.01154999 0.01383765 -0.00001324 0.00000000 0.00000000 -0.00002285 4 0.00000000 0.00000000 -0.00002285 -0.349981 0.00000000 -0.00114576 5 -0.349981 0.00000000 -0.00114576 -0.74008435 -14.2248432 -0.00361090 6 -0.74008435 -14.2248432 -0.00361090 -0.74008435 -16.3913819 -0.00361090 7 -0.74008435 -14.2248432 -0.00197855 6.01717862 -2.24054415 -0.00197855 8 6.01717862 -2.24054415 -0.00087425 0.01154999 0.01383765 -0.00087425 9 6.01717862 -2.24054415 -0.00154835 -0.349981 0.00000000 -0.00114576 --------------------------------------------------------------------------------------------

根据上表挂篮前端最大位移为16.4mm，挂篮前上横梁吊带处位移为14.22mm小于规范允许值20mm。所以主桁架结构安全。 3.2挂篮纵梁验算 3.2.1 挂篮纵梁强度验算

根据清华大学结构力学求解器建立底篮纵梁计算模型，底篮纵梁长6.0m，2#块长3.0m。纵梁计算模型如下：

底篮纵梁按照连续梁进行验算，荷载加载范围3.0m。纵梁按照荷载的分布可以分为三种：纵梁a，数量4根承担翼缘板重量；纵梁b，数量8根承担腹板重量；纵梁c，数量4根承担顶板和底板重量。根据箱梁断面形式计算以上箱梁荷载断面图中各部分荷载重量为：a=67.548KN/m、b=244.452KN/m、c=143.65KN/m 其中a由4根纵梁承担，b由8根纵梁承担，c各由4根纵梁承担则各纵梁所受荷载为：qa =16.887KN/m; qb =30.557KN/m; qc =35.913KN/m; 纵梁验算荷载考虑砼浇筑冲击和振捣荷载q1=5.0KN/m2和模板和施工荷载q1=8.75KN/m2，砼浇筑冲击荷载和底篮和施工机械荷载平均分配在底模10根纵梁上，经过计算的每条

共19页第 7 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

纵梁上混凝土冲击荷载和施工荷载q=（5.0+8.75）×6×8÷10÷6=11KN/m按照最大荷载进行验算即q=35.913+11=46.913 KN/m 。纵梁采用两根[32#槽钢，其截面特征为:

纵梁：

W=469.4×2=938.8cm3=844.4×103 mm3 I=7510.6×2=15021.2cm4=15021.2×104 mm4 E=2.1×105 MPa

A=48.5×2=97cm2=9700mm2 纵梁受力简图如下：

q=46.913/mm

纵梁弯矩图为：

纵梁剪力图如下：

共19页第 8 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

根据以上计算得纵梁承受最大弯矩M=120759581.18 N·mm=120.76 KN·m 最大剪力N=85547.24N=85.547KN，根据以上纵梁的截面特征计算纵梁的内部应力为：

M W:纵梁内部抗拉应力；

M：纵梁所受最大弯矩； W:纵梁截面抵抗距；

N A:纵梁内部抗剪应力；

N：纵梁所受最大剪力； A:纵梁截面面积；

经过计算纵梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为：=128.63MPa≤140MPa 、

=8.8≤85MPa。所以底篮纵梁强度符合施工要求。

3.2.2底篮纵梁刚度验算

根据以上统计底篮纵梁最大荷载为q=46.913KN/m，用清华大学结构求解器计算底篮纵梁挠度。纵梁的截面特征如下：

W=469.4×2=938.8cm3=938.8×103 mm3 I=7510.6×2=15021.2cm4=15021.2×104 mm4 E=2.1×105 MPa

A=48.5×2=97cm2=9700mm2 底篮纵梁挠度如下图：

共19页第 9 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

底篮纵梁各点挠度见下表：

表-2位移计算

杆端位移值 ( 乘子 = 1)

-------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1 杆端 2

单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 -------------------------------------------------------------------------------------------- 1 0.00000000 1.91870142 -0.00639567 0.00000000 0.00000000 -0.00639567 2 0.00000000 0.00000000 -0.00639567 0.00000000 -3.14133684 -0.00605668 3 0.00000000 -3.14133684 -0.00605668 0.00000000 -8.02502576 0.00352261 4 0.00000000 -8.02502576 0.00352261 0.00000000 0.00000000 0.00576216 5 0.00000000 0.00000000 0.00576216 0.00000000 3.45729307 0.00576216 --------------------------------------------------------------------------------------------

根据上表纵梁最大位移为8.025mm≤L/500=6000/500=12mm。所以底篮纵梁的刚度符合施工要求。 3.3 挂蓝上横梁验算 3.3.1 前上横梁强度验算

根据挂篮设计前上横梁采用2根Ⅰ45工字钢组成，梁长1510cm。挂篮共设置10道吊带。其中吊带按照荷载的分布可以分为三种：吊带a，数量4根承担翼缘板重量；吊带b，数量4根承担腹板重量；吊带c，数量2根承担顶板和底板重量。根据箱梁断面形式计算以上箱梁荷载断面图中各部分荷载重量为：a=67.548KN/m、b=244.452KN/m、c=143.65KN/m荷载加载长度为悬浇梁段长度为3m，则箱梁混凝土施加到前横梁上的集中荷载Fa=67.548×3÷2=101.322 KN、Fb=244.452×3÷2=366.678 KN、Fc=143.65×3÷2=215.475 KN。根据挂篮底篮各部分重量：15.3t，提升系统10.7t（前提升4.6t，后提升6.1t）外模12t，内模2.5t，张拉操作平台1.5t。以及混凝土冲击振捣荷载2.0KN/m2和人员机械荷载2.0KN/m2则施加到每条吊带上的施工荷载F施=（15.3+4.6+12+2.5+1.5+0.4×3×8）÷2÷8×10=28.4，则个吊带所承受的荷载为F1=101.322÷4+28.4=53.731KN、F2=244.452÷4+28.4=.513KN、F3=215.475÷2+28.4=136.138KN。根据挂篮前横梁个吊带布置位置用结构力学求解器建立计算模型，前横梁按照连续梁进行验算。计算模型如下：

共19页第 10 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

F1 F1 F2 F2 F3 F3 F2 F2 F1 F1

前上横梁由2根Ⅰ45工字钢组成，其截面特征为：

W=1432.9×2=2865.8cm3=2865.8×103 mm3 I=32241×2=482cm4=482×104 mm4 E=2.1×105 MPa

A=102.4×2=204.8cm2=20480mm2

根据结构力学求解器计算，前横梁在荷载作用下弯矩和剪力图如下： 前上横梁弯矩图：

前上横梁剪力图：

共19页第 11 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

通过以上计算得前上横梁内部最大弯矩为：Mmax=359957100N·mm=359.971KN·m 最大剪力为：Nmax=225651.0N=225.651KN。根据以上前上横梁梁的截面特征计算纵梁的内部应力为：

M W:前上横梁内部抗拉应力；

M：前上横梁所受最大弯矩； W: 前上横梁截面抵抗距； N A:前上横梁内部抗剪应力；

N：前上横梁所受最大剪力； A: 前上横梁截面面积；

经过计算前上横梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为：=126MPa≤140MPa 、

=11.0≤85MPa。所以前横梁强度符合施工要求。

3.3.2前上横梁刚度验算

根据前上横梁强度验算中统计荷载用结构力学求解器计算前横梁跨中最大挠度，则前上横梁挠度曲线图如下：

各杆端位移如下表-3

共19页第 12 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

表-3前上横梁杆端位移计算

杆端位移值 ( 乘子 = 1)

-------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1 杆端 2

单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 -------------------------------------------------------------------------------------------- 1 0.00000000 -13.0231981 0.00455526 0.00000000 -3.52715691 0.00355087 2 0.00000000 -3.52715691 0.00355087 0.00000000 -2.505272 0.00324732 3 0.00000000 -2.505272 0.00324732 0.00000000 0.00000000 0.00125804 4 0.00000000 0.00000000 0.00125804 0.00000000 0.23373532 -0.00051531 5 0.00000000 0.23373532 -0.00051531 0.00000000 -1.60671670 -0.00065490 6 0.00000000 -1.60671670 -0.00065490 0.00000000 -1.60671670 0.00065490 7 0.00000000 -1.60671670 0.00065490 0.00000000 0.23373532 0.00051531 8 0.00000000 0.23373532 0.00051531 0.00000000 0.00000000 -0.00125804 9 0.00000000 0.00000000 -0.00125804 0.00000000 -2.505272 -0.00324732 10 0.00000000 -2.505272 -0.00324732 0.00000000 -3.52715691 -0.00355087 11 0.00000000 -3.52715691 -0.00355087 0.00000000 -13.0231981 -0.00455526 12 0.00000000 -14.37759 0.00455526 0.00000000 -13.0231981 0.00455526 13 0.00000000 -13.0231981 -0.00455526 0.00000000 -14.37759 -0.00455526 --------------------------------------------------------------------------------------------

根据上表数据前横梁最大挠度为14.3mm≤L/500=30.2mm。所以前横梁刚度符合要求。所以挂篮上横梁强度刚度满足要求结构安全。 3.4前下横梁验算 3.4.1前下横梁强度验算

根据挂篮设计，挂篮前下横梁采用6根吊带悬挂，下横梁上布置12根纵梁承受箱梁腹板、底板和顶板荷载。根据挂篮验算中底篮纵梁验算的荷载统计，底篮腹板纵梁b梁端荷载Fb=qb×L÷2=41.557×3÷2=62.336KN、底版纵梁c梁端荷载为Fc= qc×L÷2=46.913×3÷2=70.37KN。则底篮下前横梁受力简图如下： Fb Fb Fb Fb Fc Fc Fc Fc Fb Fb Fb Fb

挂篮底下横梁采用2根Ⅰ40工字钢拼接而成，其截面特征系数为：

W=1085.7×2=2171.4cm3=2171.4×103 mm3

共19页第 13 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

I=21714×2=43428cm4=43428×104 mm4 E=2.1×105 MPa

A=86.07×2=172.14cm2=17214mm2

根据以上荷载用结构力学求解器计算底篮下前横梁弯矩、剪力图如下： 底篮下前横梁弯矩图：

底篮下前横梁剪力图：

根据以上下前横梁弯矩和剪力计算图得在最大荷载下横梁最大弯矩和最大剪力为：Mmax=42353350.92N·mm=42.353KN·m，Nmax=128706.28N=128.706KN。根据横梁截面特征数据计算横梁内部应力为： M W:前下横梁内部抗拉应力；

M：前下横梁所受最大弯矩； W: 前下横梁截面抵抗距； N A:前下横梁内部抗剪应力；

N：前下横梁所受最大剪力； A: 前下横梁截面面积；

共19页第 14 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

经过计算前下横梁内部抗拉应力和抗剪应力分别为： =19.5MPa≤140MPa 、

=7.48≤85MPa。所以前下横梁强度符合施工要求。

3.4.1前下横梁刚度验算

根据以上荷载通过结构力学求解器计算横梁在荷载作用下横梁挠度，前下横梁挠度曲线如下图：

各杆端位移见下表-4

表-4前下横梁位移计算表

杆端位移值 ( 乘子 = 1)

-------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端 1 杆端 2

单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 -------------------------------------------------------------------------------------------- 1 0.00000000 0.78529550 -0.00027554 0.00000000 0.00000000 -0.00027554 2 0.00000000 0.00000000 -0.00027554 0.00000000 -0.15450671 -0.00011109 3 0.00000000 -0.15450671 -0.00011109 0.00000000 -0.15762677 0.00009565 4 0.00000000 -0.15762677 0.00009565 0.00000000 -0.08073027 0.00022032 5 0.00000000 -0.08073027 0.00022032 0.00000000 0.00000000 0.00014382 6 0.00000000 0.00000000 0.00014382 0.00000000 0.00660735 0.00012100 7 0.00000000 0.00660735 0.00012100 0.00000000 0.00221911 -0.00002916 8 0.00000000 0.00221911 -0.00002916 0.00000000 0.00000000 -0.00001220 9 0.00000000 0.00000000 -0.00001220 0.00000000 -0.00290786 -0.00001810 10 0.00000000 -0.00290786 -0.00001810 0.00000000 -0.00290786 0.00001810 11 0.00000000 -0.00290786 0.00001810 0.00000000 0.00000000 0.00001220 12 0.00000000 0.00000000 0.00001220 0.00000000 0.00221911 0.00002916 13 0.00000000 0.00221911 0.00002916 0.00000000 0.00660735 -0.00012100 14 0.00000000 0.00660735 -0.00012100 0.00000000 0.00000000 -0.00014382 15 0.00000000 0.00000000 -0.00014382 0.00000000 -0.08073027 -0.00022032 16 0.00000000 -0.08073027 -0.00022032 0.00000000 -0.15762677 -0.00009565 17 0.00000000 -0.15762677 -0.00009565 0.00000000 -0.15450671 0.00011109 18 0.00000000 -0.15450671 0.00011109 0.00000000 0.00000000 0.00027554 19 0.00000000 0.00000000 0.00027554 0.00000000 0.78529550 0.00027554

根据上表数据前横梁最大挠度为0.785mm≤L/500=30.2mm。所以前下横梁刚度符合要求。

共19页第 15 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

根据以上计算由于前下横梁，和后下横梁所有材料和受力结构相同所以后下横梁计算同前下横梁。所以挂篮下横梁强度刚度满足要求结构安全。 3.5 挂篮主桁架连接处局部应力验算 3.5.1连接钢销抗剪应力验算

根据挂篮设计挂篮斜拉带和主梁之间全部采用销结，全部销子采用45#钢并作热处理。全部销子作100%探伤，销子直径为120mm。在挂篮主桁架中最大拉（压）力在桁架立柱中产生为N=1014219.65N。因为销子主要承受剪切应力，所以在对所有销子剪切应力进行验算按照桁架内最大压力进行验算。销子的最大剪切应力为：

N A:销子内部抗剪应力；

N：桁架内销子所受最大剪力； A: 销子截面面积为A=11304mm2

经过计算销子最大剪切应力为： =.7 MPa≤125MPa。所以主桁架销结处钢销抗剪应力强度符合施工要求。 3.5.2挂篮主桁架连接处局部应力验算

根据挂篮设计挂篮主桁架连接处，桁架销结处帮焊16Mn钢板厚度20mm，钢板大小180mm×180mm，与挂篮主桁架满焊焊缝厚度15mm，焊缝做探伤处理。主桁局部连接处外侧设置厚度20mm的结点连接钢板（具体尺寸详见挂篮结点构造图）。对挂篮主桁架销结处进行局部压应力验算，在挂篮主桁架中最大拉（压）力在桁架立柱中产生为N=1014219.65N。承压面积S为16Mn钢板开孔内部表面积，由于钢板开孔大小为123mm，则桁架承压面积

S=123×20×2×2=9840mm 则钢板内部应力为：

N=1014219.65÷9840=103.1MPa≤200MPa S:极限状态下挂篮主桁架销结处内部拉应力；

N：挂篮主桁架内部最大拉（压）力； W: 销结处受力截面积； 3.5.3结论

共19页第 16 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

根据以上计算挂篮主桁架连接处局部应力满足施工需要，结构安全。 3.6 主梁与上横梁连接处局部应力验算

根据挂篮设计主梁采用2根Ⅰ40工字钢拼接而成，前上横梁由2根Ⅰ40工字钢拼接而成。根据国标型钢标准Ⅰ40工字钢，Ⅰ45工字钢背宽分别为142mm，150mm。主梁和上横梁在主要受力部位设置加劲肋进行局部加强，详后附（挂篮主梁构造图）则主梁前端局部承压面积为：

S=142×150×2=42600mm2

根据以上验算，主梁前端最大压力N=443.65KN，则主梁前端局部压应力为： N=433.65×1000÷42600=10.18MPa≤140 MPa A:前下横梁内部抗拉应力；

N：前下横梁所受最大压力； A: 前下横梁截面面积；

根据计算主梁局部应力满足施工要求。 主梁局部剪切应力为：

N=433.65×1000÷17214=25.19MPa≤85 MPa A:主梁内部剪切应力；

N：主梁梁段所受最大剪力； A: 主梁截面面积为A=17214mm2

根据计算主梁局部剪切应力满足施工要求。 3.7挂篮前吊带验算

根据挂篮设计整个挂篮共设置8道吊带，吊带采用直径32mm的精轧螺纹钢标准强度785Mpa。其中吊带按照荷载的分布可以分为三种：吊带a，数量4根承担翼缘板重量；吊带b，数量4根承担腹板重量；吊带c，数量2根承担顶板和底板重量。根据箱梁断面形式计算以上箱梁荷载断面图中各部分荷载重量为：

a=67.548KN/m、b=244.452KN/m、c=143.65KN/m荷载加载长度为悬浇梁段长度为3m，则箱梁混凝土施加到前横梁上的集中荷载Fa=67.548×3÷2=101.322 KN、Fb=244.452×3÷2=366.678 KN、Fc=143.65×3÷2=215.475 KN。根据挂篮底篮各部分重量：15.3t，提升系统10.7t（前提升4.6t，后提升6.1t）外模12t，内模2.5t，张拉操作平台1.5t。以及混凝土冲击振捣荷载2.0KN/m2和人员机械荷载

共19页第 17 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

2.0KN/m2则施加到每条吊带上的施工荷载F施=（15.3+4.6+12+2.5+1.5+0.4×3×8）÷2÷8×10=28.4，则个吊带所承受的荷载为F1=101.322÷2+28.4=79.061KN、F2=244.452÷4+28.4=.513KN、F3=215.475÷2+28.4=136.138KN。对吊带的验算按照最大力F3=136.138KN进行验算，吊带内部应力为：

N=136.138×1000÷804.2=169.3MPa≤785 MPa A:前吊带内部拉应力；

N：前吊带最大拉力； A: 前吊带截面面积；

由于前后吊带全部采用精轧螺纹钢筋而且其最大拉力都小于F3，所以挂篮全部吊带强度满足施工需求结构安全。 3.8挂篮变形验算

根据挂篮前吊带验算中吊带中最带拉应力为169.3MPa，则吊带的伸长量L为： l=

NL AEL:前吊带长度，按照2#块计算吊带长度为5693mm； N:吊带极限拉力；

A：吊带截面积，精轧螺纹钢筋去A=804.2 mm2； E：吊带弹性模量，精轧螺纹钢筋取E=2.1×105MPa

经过以上计算吊带在极限拉力下最大伸长量为4.6mm，在挂篮主桁架验算中在极限荷载下挂篮前横梁位置最大位移为：14.22mm。则挂篮的总变形量为： Δ=14.22+4.6=18.86mm≤20mm 符合要求

4 挂篮稳定性验算

4.1挂篮在工况一情况下稳定性验算

根据挂篮设计每个挂篮设置8根精轧螺纹钢作为后锚，及每个挂篮主桁架后设置4根精轧螺纹钢作为后锚。精轧螺纹截面面积A=804.2mm，标准强度[σw]=785 MPa。将挂篮的一侧桁架作为计算单元进行抗倾覆验算。计算模型如下：

共19页第 18 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

N2 N2 N1

挂篮在工况一情况下倾覆力矩为：

M=N1×5.1=443.65×5.1=2262.615KN·m 后锚的抗倾覆力矩M抵

M抵=804.2×785×2×4.2+804.2×785×2×4.8=11363346N·m=11363.346 KN·m 则在工况一情况下挂篮的抗倾覆安全系数n为： n= M抵/M=11363.346÷2262.615=5.0 挂篮结构抗倾覆安全系数为5.0，所以挂篮结构安全。 后锚精轧螺纹钢筋最大拉力F为：

F= M抵÷4.2÷4=134.68 KN 4.1挂篮在工况二情况下稳定性验算

根据挂篮设计在行走过程中每套挂篮设置4个反压轮保证挂篮行走过程中安全。将挂篮的一侧桁架作为计算单元进行抗倾覆验算。计算模型如下：

N2 N1

共19页第 19 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

挂篮在工况二情况下倾覆力矩为：

M=N1×5.1=700÷2÷2×5.1=2.5KN·m 后锚反压轮最小承受压力N2抵

N2=M/4.5=2.5÷4.8÷2=46.48KN

根据挂篮设计反压轮锚固在行走系统底梁上，底梁为两根Ⅰ40工字钢拼接而成，用箱梁竖向预应力钢筋锚固到箱梁顶面。反压轮锚固在工字钢翼缘位置，反压轮直径为200mm，厚度60mm。对反压轮的验算按照悬挑梁进行验算。Ⅰ40工字钢翼缘宽度66mm，厚度为16.5mm，根据反压轮直径为200mm，受力计算单元取400mm。其截面特性如下：

W=18150 mm3 I=149737.6mm4 E=2.1×105 MPa A=16.5×400=6600mm2 用结构力学求解器建立计算模型如下：

F=480N

通过结构力学求解器计算其内部弯矩即剪力图如下： 弯矩图：

共19页第 20 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

剪力图：

根据以上计算其内部最大弯矩和剪力分别为;Mmax=1905680N·mm,N=480N.则型钢内部应力为; M=1905680÷18150=105MPa≤140 MPa W:下锚梁内部抗拉应力；

M：下锚梁内部最大弯矩； W: 下锚梁计算断面截面抵抗距；

根据计算下锚梁局部应力满足施工要求。 下锚梁局部剪切应力为：

N=480÷6600=7.0MPa≤85 MPa A:下锚梁局部剪切应力；

N：下锚梁局部所受最大剪力； A: 下锚梁局部计算断面截面面积为； 根据计算下锚梁局部剪切应力满足施工要求。

第三章 总结

总上所验算挂篮的结构和稳定性符合设计、规范施工需要，结构安全。其主要构件截面应力和允许应力及安全系数见下表：

共19页第 21 页

中铁十五局集团有限公司申张线SZX－HXDQ合同段

挂篮主要杆件应力表

序号 构件名称 计算应力（MPa） 36 允许应力（MPa） 140 结论 备注 1 主梁 安全 2 立柱 116.2 140 安全 3 斜拉带 117 140 安全 4 上横梁 126 140 安全 5 下横梁 19.5 140 安全 6 纵梁 128.6 140 安全 7 吊带 169.3 785 安全 8 后锚 167 785 安全 9 钢销 .7 125 安全 10 销孔 103.1 200 安全 11

反压轮 105 140 安全 共19页第 22 页