广东某分离式立交桥盖梁抱箍法施工及计算.doc

盖梁抱箍法施工及计算一 施工设计说明1、概况：本标段全长12.285km，共设置大桥1座，中桥5座，分离式立交桥（含互通主线桥）7座，小桥1座。其中下构为墩柱式盖梁结构的桥梁有大岭互通主线1号桥、大岭互通主线2号桥、刘屋村中桥、陈屋村中桥、东坑水库大桥、墩子头中桥、姚光村中桥、瓦窑岗中桥、赤沙分离式立交桥、东边迳分离式立交桥、大白小桥。由于地基承载力不足及水中墩盖梁施工困难，所以本桥盖梁采用抱箍法施工。本次计算选择本标段单位跨度盖梁自重最大的大岭互通主线2号桥54#墩左幅盖梁为例，验算盖梁施工中的抱箍应力是否达到施工要求。54#墩为双柱式桥墩，墩柱中心距离为9.70m，上方盖梁长16.227m，宽2.3m，高1.8m，砼浇筑量为62.88m3。2、设计依据（1） 交通部行业标准，公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）（2） 路桥施工计算手册 人民交通出版社（3） 五金手册 饶勃主编（4） 公路施工手册，桥涵（上、下册）交通部第一公路工程总公司（5） 盖梁模板提供厂家提供的模板有关数据（6） 我单位的桥梁施工经验二 盖梁抱箍法结构设计1、 侧模与端模支撑 侧模为特制大钢模，面模厚度为6mm，肋板高为10cm，在肋板外设 10背带。在侧模外侧采用间距为1m的10竖带，竖带高2.1m；在竖带上下各设一条16的栓杆作拉杆，上下拉杆间间距为1.9m ,在竖带外设48的钢管斜撑，支撑在横梁上。端模为特制大钢模，面模厚度为6mm，肋板高为10cm，在肋板外设10背带。端模外则由特制三角架背带支撑，空隙用木楔填塞。2、 底模支撑底模为特制大钢模，面模厚度为8mm，肋板高为10cm。在底模下部采用间距0.4m工16型钢作横梁，横梁长为4.5m。盖梁悬出端底模下设三角支架支撑，三角架放在横梁上。横梁底下设纵梁。横梁上设钢垫块以调整盖梁底2%的横向坡度与安装误差。与墩柱相交部位采用特制钢支架作支撑。3、 纵梁在横梁底部采用两根45#工字钢作为纵梁，单根纵梁长19m。纵梁在墩柱外侧用10槽钢连接，使纵梁形成整体，增加稳定性。横梁与纵梁采用U型螺栓连接；纵梁下为砂箱和抱箍。4、 砂箱和抱箍砂箱采用板厚t16mm钢板制作，砂箱为40*30cm，每个砂箱设有泄砂孔。制作砂箱前，砂先烘干后装箱，每个砂箱预压600KN。抱箍采用两块半圆弧型钢板（板厚t16mm）制成，M24的高强螺栓连接，抱箍高50cm，采用16根喷砂后涂无机富锌漆的16Mn钢高强螺栓连接。抱箍在墩柱上产生摩擦力提供上部结构的支承反力，是主要的支承受力结构。 为了提高墩柱与抱箍间的摩擦力，同时对墩柱砼面保护，在墩柱与抱箍之间设一层23mm厚的橡胶垫。5、 工作平台与防护栏杆（1） 工作平台设在横梁悬出端，在横梁上铺设2cm厚的木板，木板与横梁之间采用铁丝绑扎牢靠。（2） 工作平台栏杆采用50的钢管搭设，在横梁上每隔2m设一道1.2m 高的钢管立柱，竖向间隔0.5m设一道钢管立柱，钢管之间采用扣件连接。立柱与横梁的连接采用在横梁上设0.2m 高的支座。钢管与支座之间采用插销连接。三 主要工程材料数量汇总表见表一。序号项目及名称材料规格单位数量备注一侧模支撑1竖带槽钢10kg1300 2栓杆16kg131两端带丝型3钢管斜撑钢管48m48计48个4螺帽用于16栓杆个645垫板0.1×0.1米钢板=10mmkg50.24计块每块二底模支撑1横梁16#工字钢kg2860计56根2三角架槽钢10kg600计2个3特制钢架16#工字钢kg533计2个4联接用螺栓16个24螺栓带帽5联接用钢板钢板=10mmkg28.266钢垫块钢板=20mmkg2325每横梁上布3个三纵梁1型钢45#工字钢kg33252连接槽钢10kg50四砂箱计4个1砂箱桶钢板钢板=16mmkg85计4个2砂箱盖板钢板=20mmkg75计4个五抱箍共计2套1抱箍桶钢板钢板=16mmkg7822上盖筋板钢板=20mmkg753下盖筋板钢板=10mmkg384中部筋板钢板=10mmkg385加强筋板钢板=8mmkg75.366加强筋板钢板=14mmkg105.57高强螺栓24长100mm个328橡胶垫厚23mm5六护栏与工作平台1栏杆架钢管50m782栏杆支座钢管60m3.23安全网424木板厚2cm245扣件个32说明：主要工程材料数量是以单个盖梁需用量考虑。四 盖梁抱箍法施工设计计算（一） 侧模支撑计算1、 力学模型假定砼浇筑时的侧压力由拉杆和竖带承受，Pm为砼浇筑时的侧压力，T1、T2为拉杆承受的拉力，计算图式如图4-1所示。2、 荷载计算 砼浇筑时的侧压力：Pm=Kh 式中：K-外加剂影响系数，取1.2； -砼容重，取26kN/m3； h-有效压头高度。 砼浇筑速度v按0.3m/h，入模温度按20考虑。 则：v/T=0.3/20=0.015<0.035 h=0.22+24.9v/T=0.22+24.9×0.015=0.6mPm= Kh=1.2×26×0.6=19kPa图4-1 侧模支撑计算图式砼振捣对模板产生的侧压力按4kPa考虑。则：Pm=19+4=23kPa盖梁长度每延米上产生的侧压力按最不利情况考虑（即砼浇筑至盖梁顶时）：PPm×（Hh）+Pm×h/2=23×1.2+23×0.6/2=34.5KN3、 拉杆拉力验算拉杆（16圆钢）间距1.0m，1.0m范围砼浇筑时的侧压力由上、下两根拉杆承受。则有：=（T1+T2）/A=1.0×P/2r2=1.0×34.5/2×0.0082=85838kPa=86MPa<=160MPa(满足)4、 竖带抗弯与挠度计算设竖带两端的拉杆为竖带支点，竖带为简支梁，梁长l0=1.9m，砼侧压力按均布荷载q0考虑。 竖带10的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩Ix=198.3cm4;抗弯模量Wx=39.7cm3q0=23×1.0=23kN/m最大弯矩：Mmax= q0l02/8=23×1.92/8=10kN·m= Mmax/2Wx=10/(2×39.7×10-6)=125845126MPa<w=160MPa(满足)挠度： max= 5q0l04/384×2×EIx=5×23×1.94/(384×2×2.1×108×198.3×10-8)=0.0047m=l0/400=1.9/400=0.0047m5、 关于竖带挠度的说明在进行盖梁模板设计时已考虑砼浇筑时侧向压力的影响，侧模支撑对盖梁砼施工起稳定与加强作用，为了确保砼浇筑时变形控制在允许范围，同时考虑一定的安全储备，在竖带外设钢管斜撑。钢管斜撑两端支撑在模板中上部与横梁上。因此，虽然竖带的计算挠度约等于允许值，但实际上由于上述原因和措施，竖带的实际挠度会有一定的富余，能保证稳定性。（二） 横梁计算采用间距0.4m工16型钢作横梁，横梁长4.5m。在墩柱部位横梁设计为特制钢支架，该支架由工16型钢制作，每个墩柱1个，每个支架由两个小支架栓接而成。故共布设横梁31个，特制钢支架2个（每个钢支架用工16型钢13m）。盖梁悬出端底模下设特制三角支架，每个重约3KN。1、荷载计算（1）盖梁砼自重：G1=62.88m3×26kN/m3=1635kN（2）模板自重：G2=120kN (根据模板设计资料)（3）侧模支撑自重：G3=48×0.168×1.5+5=17kN（4）三角支架自重：G4=3×2=6kN（4）施工荷载与其它荷载：G5=15kN横梁上的总荷载：GH=G1+G2+G3+G4+G5=1635+120+17+6+15=1793kN qH=1793/16.23=110.5kN/m 横梁采用工16型钢，则作用在单根横梁上的荷载GH=110.5×0.4=44kN 作用在横梁上的均布荷载为：qH= GH/lH=44/2.3=19kN/m(式中：lH为横梁受荷段长度，为2.3m)2、力学模型 如图4-2所示。图4-2 横梁计算模型3、横梁抗弯与挠度验算工16型钢的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩I=1127cm4;抗弯模量Wx=140.9cm3最大弯矩：Mmax= qHlH 2/8=19×2.32/8=12.7kN·m= Mmax/Wx=12.7/（140.9×10-6）=9016790MPa<w=160MPa (可)最大挠度： max= 5 qHlH 4/384×EI=5×19×2.34/(384×2.1×108×1127×10-8)=0.0029m<=l0/400=2.3/400=0.0058m (满足)（三） 纵梁计算(忽略纵梁自重)在横梁底部采用两根工45b型16Mn钢作为纵梁，单根纵梁长19m。1、荷载计算（1）横梁自重：G6=4.5×0.205×31+2×13×0.205=34kN纵梁上的总荷载：GZ=G1+G2+G3+G4+G5+G6 =1635+120+17+6+15+34=1827kN 纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q： q= GZ/L=1827/16.23=113kN/m 单根工45b型钢所承受的均布荷载为： q=q/2=56.5 kN/m2、力学计算模型 建立力学模型如图4-3所示。图4-3 纵梁计算模型图3、结构力学计算工45b型钢的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩I=33759cm4;抗弯模量Wx=1500.4cm3根据结构力学可知，纵梁的最大弯矩发生在梁中点：MC= ql1(l2+ l1/2) ×1- l2/( l2+ l1/2)×(1+2 l2/ l1)- ( l2+ l1/2)/ l1/2 =56.5×9.7×8.11×(1-3.26/8.11) ×(1+6.52/9.7)-0.84/2 =56.5×9.7×8.11×0.16/2=356KN·m= Mmax/Wx356/（1500.4×10-6）237MPa>=210MPa4、由以上计算结果中知，纵梁不能满足抗弯要求。为了减少纵梁中部弯矩，在纵梁中部增加贝雷片（300cm×150cm）支撑。从设计图纸可知，54#墩柱平均高7.7m，因此采用5层两排贝雷片，每层两排贝雷片用150cm×150cm连接片连接。每层贝雷片纵横对中叠放，用U型螺栓连接。顶层加加强弦杆（高度10cm），与纵梁相交，空隙采用木楔和钢板填塞。重新建立力学模型如图44所示 图4-4 纵梁计算模型图（1）计算支座反力RC：第一步：解除C点约束，计算悬臂端均布荷载与中间段均布荷载情况下的弯矩与挠度C点位移量：c=- qa2(2l)2/16EI D= E= (qa3(2l)+5 ql2)(2+a/2l)/8EIC点位移量：c=5q(2l)4/384EI 第二步：计算C点支座反力RC作用下的弯矩与挠度c=-Rc(2l)3/48EI 第三步：由C点位移为零的条件计算支座反力RC由假定支座条件知:fc=0-Rc(2l)3/48EI- qa2(2l)2/16EI+5q(2l)4/384EI=0求得：Rc2.694 q（2）计算支座反力RA、RB 由静力平衡方程解得RA=RB=2(l+a)-2.694 q/2 （3）弯矩图根据叠加原理，绘制均布荷载弯矩图： （4）纵梁端最大位移 D= E= qa(2l)3(6a2/(2l)2+3a3/(2l)3-1)/24EI = q×3.3×9.73×(6×3.32/9.72+3×3.33/9.73-1)/24EI =-23.5 q/EI 5、纵梁结构强度和挠度验算（1）根据以上力学计算得知，最大弯矩出现在A、B支座，代入q后MB=5.445 q=5.445×56.5=308kN·m = Mmax/Wx=308/（1500.4×10-6）=205040205MPa<w=210MPa (满足)（2） 贝雷片支撑架的稳定性纵梁中点C的弯矩：Mc1.579 q1.579×56.590 kN·m查公路施工手册 桥涵第923页，单排单层贝雷桁片的允许弯矩Mo为975 kN·m，故此支撑架能满足要求。（3） 最大挠度发生在盖梁端 max=23.5 q/EI 23.5×56.5/(2.1×108×33759×10-8) =0.019m=a/400=3.3/400=0.008m（4）纵梁跨度中点挠度 AC= CB=0.521×ql4/100EI =0.521×56.5×4.854/(100×2.1×108×33759×10-8) =0.0023m =l/400=4.85/400=0.012m6、关于纵梁计算挠度的说明 由于 max>,计算挠度不能满足要求。 计算时按最大挠度在梁端部考虑，由于盖梁悬出端的砼量较小，悬出端砼自重产生荷载也相对较小，考虑到横梁、三角支架、模板等方面刚度作用，实际上梁端部挠度要小于计算的 max值。实际施工时，可先在梁端设置多个观测点，监测施工过程中的沉降情况，据此确定是否需要预留上拱度。如果需设置预拱度时，根据情况采取按梁端部为预留上拱度最大值，在梁端部预留2cm的上拱度并递减至墩柱部位的办法解决。（四） 砂箱和抱箍计算 1、砂箱预压力计算（1）纵梁自重：G7=2×19×0.875+2×2.5×0.1=38kN砂箱上的总荷载：GZ=G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7=1635+120+17+6+15+34+38=1865kN则分配到每个砂箱的荷载：Gs=Gz/4=1865/4=466KN因此，按安全系数1.3考虑，每个砂箱最先预压600KN，并在安装前用绑丝将箱盖临时固定，避免搬运时晃动而导致预压力损失。 2、抱箍计算 （1）、荷载计算每个盖梁按墩柱设二个抱箍体支承上部荷载，由上面的计算可知：每个抱箍承受的竖向压力N：N=2RA+G7/2=2×2(4.85+3.3)-2.694×56.5/2+19=789kN 以最大值为抱箍体需承受的竖向压力N进行计算，该值即为抱箍体需产生的摩擦力。 (2)、抱箍受力计算 螺栓数目计算抱箍体需承受的竖向压力N=789kN抱箍所受的竖向压力由M24的高强螺栓的抗剪力产生，查路桥施工计算手册第426页：M24螺栓的允许承载力：NL=Pn/K式中：P-高强螺栓的预拉力，取225kN; -摩擦系数，取0.4； n-传力接触面数目，取1； K-安全系数，取1.7。则：NL= 225×0.4×1/1.7=52.9kN螺栓数目m计算：m=N/NL=789/52.9=14.915个，取计算截面上的螺栓数目m=15个。则每条高强螺栓提供的抗剪力：P=N/15=789/15=52.6KNNL=52.9kN故能承担所要求的荷载。螺栓轴向受拉计算 砼与钢之间设一层橡胶，按橡胶与钢之间的摩擦系数取=0.4计算抱箍产生的压力Pb= N/=789kN/0.4=1973kN由高强螺栓承担。则：N=Pb=1973kN抱箍的压力由16条M24的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为N1=Pb/16=1973kN /16=123kN<S=225kN=N”/A= N（1-0.4m1/m）/A式中：N-轴心力 m1-所有螺栓数目，取：16个 A-高强螺栓截面积，A=4.52cm2=N”/A= Pb（1-0.4m1/m）/A=1973×(1-0.4×16/15)/16×4.52×10-4 =156414kPa=156MPa=200MPa 故高强螺栓满足强度要求。求螺栓需要的力矩M1)由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N1×L1u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数L1=0.015力臂M1=0.15×132×0.015=0.297KN.m2)M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°M2=1×Ncos10°×L2+Nsin10°×L2式中L2=0.011 (L2为力臂)=0.15×132×cos10°×0.011+132×sin10°×0.011=0.470(KN·m)M=M1+M2=0.297+0.470=0.767(KN·m) =76.7(kg·m)所以要求螺栓的扭紧力矩M77(kg·m)（3）抱箍体的应力计算：1、抱箍壁为受拉产生拉应力拉力P1=7.5N1=7.5×132=990（KN）抱箍壁采用面板16mm的钢板，抱箍高度为0.5m。则抱箍壁的纵向截面积：S1=0.016×0.5=0.008(m2)=P1/S1=990/0.008=124(MPa)=140MPa满足设计要求。2、抱箍体剪应力=（1/2RA）/（2S1）=（1/2×789）/（2×0.008）=39MPa<=85MPa根据第四强度理论W=（2+32）1/2=（1242+3×392）1/2=130MPa<W=145MPa满足强度要求。（五）纵梁稳定临界计算1、从图纸可知，大岭互通54#墩为本标段墩柱间距最大桥墩之一，盖梁单位自重比最大。在以上的计算中发现，盖梁抱箍法支架中，纵梁在中部没有支撑时，其抗弯应力不能满足要求。因此，现在通过以大岭互通54#墩左幅盖梁为基准，计算纵梁的临界点，以确定纵梁是否需要增加中部支撑。2、计算纵梁屈服点（1）计算屈服点位置假设从梁端至屈服点距离为，则：Mql1 ×（1- l2/）×(1+2 l2/ l1)- / l1/2Wx· 56.5×9.7×（1-3.26/）×（1+2×3.26/9.7）-/9.7/2Wx·1500.4×10-6×210×106315.08KN2 -16.20+63.920解方程得：16.8m 29.4m 由此可知，在q的均布荷载作用下，纵梁中部2.6m范围抗弯应力不能满足要求，即同在q的均布荷载作用下，墩柱间距缩短2.6m，纵梁就能满足抗弯应力要求。 建立力学模型如图5-1所示：图5-1 纵梁计算模型图（3） 计算梁中点的挠度从力学结构可知，梁中点挠度最大，则C= q(2l )45-24a2/(2l)2 /384EI =56.5×7.14×(5-24×3.32/7.12)/ (384×2.1×108×33759×10-8) =0.001 m<= l/400=3.55/400=0.009m (满足)3、建立纵梁稳定临界公式 由以上计算结果，我们拟定单根纵梁在q的均布荷载作用下，墩柱间距7.1m时，纵梁处于临界状态。因此我们假定纵梁上其他荷载GZ(GZ= G2+G3+G4+G5+G6=192KN)不变，建立盖梁单位自重比：iGi/(n2·L)Gi盖梁自重n墩柱的数目L盖梁的长度 2q(2l)- GZ /(n2·L)=(56.5×13.7×2-192)=1356.1/(22×13.7)=24.75通过上述计算，以及对多个盖梁的验算证明，本标段采用盖梁抱箍法施工中，当时，纵梁中部不需要增加支撑。