某特大刚构桥施工挂篮受力与变形分析
某特大刚构桥施工挂篮受力与变形分析
摘要
平衡悬灌法施工的成败及质量控制的优劣在于挂篮的工艺设计， 挂篮设计的好坏直接影响到施工进度， 它是特大桥梁施工中的一项关键技术。本文以某特大型刚构桥的具体工程为背景，通过分析某特大刚构桥挂篮图纸，简化计算模型，把空间结构等效（或近似等效）成平面结构，利用材料力学、结构力学等相关力学知识求出精确解，计算出各主要构件的受力情况与变形挠度，并利用梁单元和杆单元建立挂篮有限元模型，通过ansys软件进行空间模拟分析，对施工挂篮在施工承载过程中各个主要构件的强度、变形和结构稳定进行验算。通过对两种计算方法的对比分析得到施工挂篮的受力与变形，其结果能够指导挂篮的工艺设，增加施工进度，降低施工成本，达到施工安全可靠，经济合理。
关键字：挂篮；简化计算模型； 有限元模型；受力；变形
某特大刚构桥施工挂篮受力与变形分析
目录
1 绪论.......................................................................................................................... 1
1.1 挂篮的构造和设计......................................................................................... 1
1.1.1 挂篮概述.............................................................................................. 1 1.1.2 挂篮的主要构造.................................................................................. 1 1.1.3挂篮的设计要求................................................................................... 2 1.2挂篮的分类及特点.......................................................................................... 3
1.2.1 挂篮的分类.......................................................................................... 3 1.2.2 几种挂篮结构的主要特点.................................................................. 4 1.3挂篮的结构计算.............................................................................................. 5 1.4本文的研究内容、途径、目的及意义.......................................................... 6
1.4.1 研究内容.............................................................................................. 6 1.4.2 研究途径.............................................................................................. 6 1.4.3 研究目的.............................................................................................. 7 1.4.4 研究意义.............................................................................................. 7
2 挂篮计算说明............................................................................................................ 8
2.1计算依据.......................................................................................................... 8
2.1.1 计算的原则.......................................................................................... 8 2.1.2 计算依据及参考资料.......................................................................... 8 2.2工程概况.......................................................................................................... 8 2.3挂篮设计.......................................................................................................... 9
2.3.1 主要技术参数...................................................................................... 9 2.3.2 HLGL270-16.2/4.5型挂篮构造......................................................... 9 2.3.3 挂篮计算设计荷载及组合................................................................ 10
3挂篮主要构造受力与变形分析............................................................................... 11
3.1挂篮底篮的纵梁受力与变形........................................................................ 11
3.1.1 预压荷载下的纵梁受力与变形........................................................ 11
某特大刚构桥施工挂篮受力与变形分析
3.1.2 悬臂浇筑下的纵梁受力与变形........................................................ 13 3.2挂篮底篮的前后横梁受力与变形................................................................ 14
3.2.1 前横梁受力与变形............................................................................ 14 3.2.2 后横梁受力与变形............................................................................ 16 3.3吊带计算........................................................................................................ 18 3.4外滑梁的计算................................................................................................ 18 3.5内滑梁纵梁计算............................................................................................ 19
3.5.1 悬臂浇筑施工时................................................................................ 19 3.5.2 移篮时：............................................................................................ 20 3.6主桁上横梁的计算........................................................................................ 20 3.7整体抗倾覆计算............................................................................................ 21
3.7.1 悬臂浇筑施工状态............................................................................ 22 3.7.2 挂篮移篮时整体防倾覆校核（轨道受力图如图3.11）............... 22 3.8拉带校核........................................................................................................ 23 3.9立柱强度及稳定性计算................................................................................ 24 3.10主桁主梁计算.............................................................................................. 25 3.11挂篮移篮时主桁横向稳定性计算.............................................................. 26 3.12本章小结...................................................................................................... 27 4 主要构造有限元分析............................................................................................ 28
4.1有限元模型的建立与求解............................................................................ 28
4.1.1 有限元模型的建立............................................................................ 28 4.1.2 有限元的求解.................................................................................... 29 4.2主要构造的应力云图分析............................................................................ 30
4.2.1 底篮纵梁应力云图分析.................................................................... 30 4.2.3 主桁上横梁的应力云图分析............................................................ 32 4.2.4 主桁主梁应力云图分析.................................................................... 32 4.2.5 外滑梁应力云图分析........................................................................ 33 4.2.6 内滑梁应力云图分析........................................................................ 34 4.2.7 主桁立柱应力云图分析.................................................................... 34
某特大刚构桥施工挂篮受力与变形分析
4.2.8 整体应力云图分析............................................................................ 35 4.3主要构造的位移云图分析............................................................................ 35
4.3.1 底篮纵梁位移云图分析.................................................................... 35 4.3.2 底篮前后横梁位移云图分析............................................................ 36 4.3.3 主桁上横梁位移云图分析................................................................ 37 4.3.4 主桁主梁位移云图分析.................................................................... 38 4.3.5 外滑梁位移云图分析........................................................................ 38 4.3.6 内滑梁位移云图分析........................................................................ 39 4.3.7 主桁立柱位移云图分析.................................................................... 40 4.3.8 整体位移云图分析............................................................................ 41 4.4本章小结........................................................................................................ 41 5 结论........................................................................................................................ 43 参考文献...................................................................................................................... 44 致谢.............................................................................................................................. 45
某特大刚构桥施工挂篮受力与变形分析
1 绪论
1.1 挂篮的构造和设计
1.1.1 挂篮概述
自原联邦德国迪维达克公司开创挂篮悬臂浇筑法以来[1], 至今, 已开发出桁架式、斜拉式、三角式、型钢式等结构形式多种多样的挂篮。作为一种能沿着轨道行走的活动脚手架, 挂篮的运行原理是将待筑梁段的载荷作用到已筑梁体结构上，这样避免了在支架上施工，为跨海、峡谷等恶劣条件下的悬臂现浇施工提供了方便。
挂篮是悬臂浇筑施工的主要器具，它是一个能在已浇筑梁段上滑动或滚动的承重结构，其悬挂锚固在已经施工好的箱梁梁段上，梁段现浇施工时在挂篮上进行箱梁的模板安装、管道安设、钢筋绑扎、混凝土灌注、预应力张拉、压浆等工作。当一个梁段的施工完成后，待其达到一定的强度时，挂篮解除后锚，前移并固定，进行下一梁段的悬灌，如此循环直至悬臂灌注完成。由于梁段的施工过程在挂篮上进行又系高空作业，且为梁段的承重结构，所以挂篮的设置除应保证强度安全可靠外，还应满足变形小、行走方便、锚固、装拆容易以及各项施工作业的操作要求，并注意安全防护设施[2]。因此对施工挂篮的受力与变形分析具有很重要的意义。
1.1.2 挂篮的主要构造
挂篮主要由主桁架、悬吊与张拉系统、锚固系统、行走系统、拱架模板系统等主要功能系统组成。 （1）主桁架
主桁架是挂篮的主要受力构件，挂篮的荷载通过吊带（杆）传递给主桁架的前横梁上，再传递到纵向主桁架，因此要对主桁架进行强度、刚度的验算，同时主桁架也是承载平台，要对其整体稳定性进行验算，确保其抗倾覆的能力。纵向
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