三柱式盖梁抱箍法施工及计算.docx

盖梁抱箍法施工及计算第一部分盖梁抱箍法施工设计图一、施工设计说明1、概况桥长1012.98米，各墩为三柱式结构（墩柱为直径2.0m的钢筋砼结构），墩柱上方为 盖梁。盖梁为长26.4m，宽2.4m，高2.6m的钢筋砼结构，引桥盖梁砼浇筑量大，约156.1m3。图1-1盖梁正面图（单位：m）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66mm,肋板高为10cm,在肋板外设214背带。在侧 模外侧采用间距1.2m的214b作竖带，竖带高2.9m;在竖带上下各设一条叩20的栓杆作 拉杆，上下拉杆间间距2.7m，在竖带外设中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66mm,肋板高为10cm。在端模外侧采用间距1.2m的 214b作竖带，竖带高2.9m;在竖带外设中48的钢管斜撑，支撑在横梁上。2、底模支撑底模为特制大钢模，面模厚度为68mm,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4.6m。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 采用特制型钢支架作支撑。3、纵梁在横梁底部采用单层四排上下加强型贝雷片(标准贝雷片规格：3000cmx1500cm, 加强弦杆高度10cm)连接形成纵梁，长30m，每两排一组，每组中的两排贝雷片并在一 起，两组贝雷梁位于墩柱两侧，中心间距253.6cm,贝雷梁底部采用3m长的工16型钢作 为贝雷梁横向底部联接梁。贝雷片之间采用销连接。纵、横梁以及纵梁与联接梁之间采用U 型螺栓连接；纵梁下为抱箍。4、抱箍采用两块半圆弧型钢板(板厚t=16mm)制成，M24的高强螺栓连接，抱箍高1734cm, 采用66根高强螺栓连接。抱箍紧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，纵梁与抱箍之间采用U型螺栓连接。5、防护栏杆与与工作平台(1) 栏杆采用350的钢管搭设，在横梁上每隔2.4米设一道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销连接。(2) 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。四、主要工程材料数量汇总表见表一。需要说明的是：主要工程材料数量是以单个盖梁需用量考虑。序号项目及名称材料规格单位数量备注侧模支撑1竖带槽钢14bkg4657.632栓杆e20kg380.38两端带丝型3钢管斜撑钢管e48m96计48个4螺帽用于e20栓杆个885垫板0.1x0.1米钢板6=10mmkg69.08计88块每块二底模支撑1横梁16#工字钢kg5280.8计56根2三角架16#工字钢kg797.37计2个3特制型钢架16#工字钢kg1046.73计3个4型钢架联接用螺栓个24螺栓带帽5型钢架联接用钢板钢板6=10mmkg28.266钢垫块钢板6=20mmkg4239每横梁上布3个三纵梁1贝雷片3000 X1500kg108002加强弦杆3000 x100kg64003横拉杆16#工字钢kg1230计20根4弦杆螺栓kg320计160个5销子及保险插销e50kg432计144个四抱箍共计3套1抱箍桶钢板钢板6=16mmkg4545.72序号项目及名称材料规格单位数量备注2上盖筋板钢板6=20mmkg442.933下盖筋板钢板6=10mmkg123.924中部筋板钢板6=10mmkg123.925加强筋板钢板6=8mmkg381.176加强筋板钢板6=14mmkg230.137高强螺栓e24 长 100mm个1988橡胶垫厚23mm砰33五连接件1A型U型螺栓共计328套(1)螺杆e20kg1040.24(2)螺母用于e20栓杆个656(3)垫板钢板6=12mmkg1699.372B型U型螺栓共计24套(1)螺杆324kg80.09(2)螺母用于324栓杆个48八护栏与工作平台1栏杆架钢管350m174.42栏杆支座钢管360m63安全网砰834木板厚2cm砰48.9序号项目及名称材料规格单位数量备注5扣件个60第二部分盖梁抱箍法施工设计计算一、设计检算说明1、设计计算原则（1）在满足结构受力情况下考虑挠度变形控制。（2）综合考虑结构的安全性。（3）采取比较符合实际的力学模型。（4）尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。2、贝雷架无相关数据，根据计算得出，无资料可复。3、对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均布荷载。4、本计算结果不适合于除4#、5#墩盖梁施工。5、本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。以做安全储备。6、抱箍加工完成实施前，必须先进行压力试验，变形满足要求后方可使用。二、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，二、丁2为拉杆承受 的拉力，计算图式如图2-1所示。'2、荷载计算砼浇筑时的侧压力：Pm=KYh式中：K-外加剂影响系数，取1.2;Y-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°C考虑。贝U： v/T=0.3/20=0.015<0.035h=0.22+24.9v/T=0.22+24.9 X 0.015=0.6mPm= KYh=1.2x26x0.6=19kPa图2-1 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：P =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)：P=P x(H-h) +P xh/2=23x2+23x0.6/2=53kNm、拉杆拉力验算拉杆(中20圆钢)间距1.2m,1.2m范围砼浇筑时的侧压力由上、下两根拉杆承受。 则有：a= (T +T ) /A=1.2P/2nr2= 1.2x 53/2nx0.012=101223kPa=101MPa<B = 160MPa(可)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=2.7m,砼侧压力按均布荷载 q0考虑。竖带14b的弹性模量E=2.1 X105MP。;惯性矩Ix=609.4cm4；抗弯模量Wx=87.1cm3 q =23x1.2=27.6kN/m最大弯矩：M =q l 2/8=27.6 x2.72/8=25kN ma= M mO/2W =25/(2x87.1 X 10-6)= 143513<144MPa<a = 160MPa(可)挠度：f = 5q 14/384x2x EIW=5x27.6x 2.74/(384x2x2.1 x 108X609.4x10-8)=0.0075m罗<f=l /400=2.7/400=0.007m5、关于竖带挠度的说明在进行盖梁模板设计时已考虑砼浇时侧向压力的影响，侧模支撑对盖梁砼施工起稳定与 加强作用。为了确保在浇筑砼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，竖带的计算挠度虽略大于允许值，但实际上由于上述原因和措施，竖带的实际挠度能满足要求。三、横梁计算采用间距0.4m工16型钢作横梁，横梁长4.6m。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 56个，特制钢支架3个(每个钢支架用工16型钢18m)。盖梁悬出端底模下设特制三角支 架，每个重约8kN。1、荷载计算(1) 盖梁砼自重：G =156.1m3x26kN/m3=4059kN(2) 模板自重：G2=279kN (根据模板设计资料)(3) 侧模支撑自重:G3=96x0.168x2.9+10=57kN(4) 三角支架自重：G：=8x2=16kN(4)施工荷载与其它荷载：G5=20kN横梁上的总荷载：G =G +G +G +G +G =4059+279+57+16+20=4431kNH 12345q =4431/26.4=168kN/m横梁采用0.4m的工字钢，则作用在单根横梁上的荷载Gh =168x0.4=67kN作用在横梁上的均布荷载为：qH =G/l67/2.4=28kN/m(式中：七为横梁受荷段长度，为2.4m)2、力学模型H肝如图2-2所示。!1r 1U横染工1狂I'如_2细一_£4. 6m图2-2横梁计算模型3、横梁抗弯与挠度验算横梁的弹性模量e=2.1 X105MP。;惯性矩I=1127cm4；抗弯模量Wx=140.9cm3最大弯矩：M = q l 2/8=28x24/8=20kN ma=M /w =20/(140.9x10-6)=r14194X5«142MPa<a = 160MPa (可)最大挠度：f = 5 q l 4/384 x El=5 x 28 x 2.44/(384 x 2.1 x 108 x 1127 x10-8)=0.0051m<f=l7400=2.4/400=0.006m(可)四、纵梁计算纵梁采用单层四排，上、下加强型贝雷片(标准贝雷片规格:3000cmx1500cm，加 强弦杆高度10cm)连接形成纵梁，长30m。1、荷载计算(1) 横梁自重:G=4.6x0.205x56+3x18x0.205=64kN(2) 贝雷梁自重:G = (2.7+0.8x2+1+2x3x0.205)x40=237kN纵梁上的总荷载：7G =G +G +G +G +G +G +G =4059+279+57+16+20+64+237=4732kNZ 1234567纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q:q= G /L=4732/26.4=179kN/m2、力学计算模型建立力学模型如图2-3所示。q二 179kN/ici图2-3纵梁计算模型图3、结构力学计算图2-3所示结构体系为一次超静定结构，采用位移法计算。(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=-丑"Lt苗尸（2耳+为尸m jSEZ1G点位移景:f：c =第二步：计算C点支座反力1?顶用下的弯矩与挠度D耳J2 E1 a ,- -a _ 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:Efc=0T顿（渺-萍'十却'"1 T 求停 电-十 面 - &汕'（2）计算支座反力Ra、Rb由静力平衡方程解得口必+ "）-8.31 中=g1（3）弯矩图根据叠加原理，绘制均布荷载弯矩图:2(4) 纵梁端最大位移f _- 0 + 3<- 1)2ASI 尸 (2/)Jg S33«3 ”二(亍+rT24 S£ 4Za EH心,心24 SI司区护gx$3=-648q/EI ()4、纵梁结构强度验算(1) 根据以上力学计算得知，最大弯矩出现在A、B支座，代入勺后MB=8.82q=8.82x179=1579kN m(2) 贝雷片的允许弯矩计算查公路施工手册 桥涵第923页，单排单层贝雷桁片的允许弯矩M0为975kNm。贝U四排单层的允许弯矩M=4x975x0.9=3510 kN m(上下加强型的贝雷梁的允许变 矩应大于此计算值)故：M =1579kN m< M=3510 kN m 满足强度要求B5、纵梁挠度验算(1)贝雷片刚度参数弹性模量：E=2.1x105MPa惯性矩：I=Ahx h/2=(25.48 x2x4)x150x150/2=2293200cm4 (因无相关资料可查， 进行推算得出)(2)最大挠度发生在盖梁端fmax=648q/EI=648x179/(2.1 x108 X 2293200x10-8)=0.024mf=a/400=4.2/400=0.0105m6、关于纵梁计算挠度的说明由于Lax用，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fmax值。实际实施时，在最先施工的纵梁上的端部、支座位置、中部等部位设置沉降监 测测点，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，根据情况采取按以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。五、抱箍计算(一)抱箍承载力计算1、荷载计算每个盖梁按墩柱设三个抱箍体支承上部荷载，由上面的计算可知：支座反力 RA=RB=2(l+a)-8.31q/2=2(9+4.5)-8.31x179/2=1672kNRc=8.31q=8.31x179=1487kN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(1)螺栓数目计算抱箍体需承受的竖向压力N=1672kN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=P|jn/K式中：P-高强螺栓的预拉力，取225kN;叶-摩擦系数，取0.3;n-传力接触面数目，取1;K-安全系数，取1.7。贝U： Nl= 225x0.3x1/1.7=39.7kN螺栓数目m计算：m=N /吨=1672/39.7=42.042个，取计算截面上的螺栓数目m=42个。则每条高强螺栓提供的抗剪力：P，=N/44=1672/42=39.8KNeNL=39.7kN故能承担所要求的荷载。(2)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尸0.3计算抱箍产生的压力Pb= N/|j=1672kN/0.3=5573kN由高强螺栓承担。则：N =P =5573kN b抱箍的压力由42条M24的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为N jPb/44=55743kN /42=133kN<S=225kNo=N” /A= N，(1-0.4m1/m) /A式中：n，-轴心力m1-所有螺栓数目，取：66个A-高强螺栓截面积，A=4.52cm2o=N” /A= Pb (1-0.4m1/m) /A=5573x(1-0.4x66/42)/66x4.52x10-4= 117692kPa=118MPa< a = 140MPa故高强螺栓满足强度要求。(3) 求螺栓需要的力矩M1) 由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N1XL1u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数L1=0.015 力臂M1=0.15x133x0.015=0.299KN.m2) M2为螺栓爬升角产生的反力矩，升角为10°M2=p1 xNz cos10°xL2+N, sin10°xL2式中L2=0.011(l2为力臂)=0.15x133xcos10°x0.011+133xsin10°x0.011=0.470(KN m)M=M1+M2=0.299+0.470=0.769(KN m)=76.9(kg m)所以要求螺栓的扭紧力矩M>77(kg m)(二)抱箍体的应力计算：1、抱箍壁为受拉产生拉应力拉力 P1=21N1=21x133=2793 (KN)抱箍壁采用面板& 6mm的钢板，抱箍高度为1.734m。则抱箍壁的纵向截面积：S1=0.016x1.734=0.027744(m2) a=P1/S1=2793/0.027744=100.67(MPa)< a = 140MPa 满足设计要求。2、抱箍体剪应力t= (1/2RA) / (2S1)=(1/2x1672) / (2x0.027744)=15MPa<T=85MPa根据第四强度理论a = (J2+3t2)1/2= (100.672+3 x 152)1/2 w=104MPo v 叮=145MPa满足强度要求o