盖梁抱箍法施工及计算(新)

第1页共9页盖梁抱箍法施工及计算摘要：详细介绍了抱箍法盖梁施工的支撑体系结构设计，盖梁结构的内力计算和抱箍支撑体系的内力验算，以及本工艺的施工方法。关键词:盖梁抱箍结构计算施工1.工程概况广州西二环高速公路徐边高架桥为左、右幅分离式高架桥，全桥长1280m，全桥共有盖梁84片，下部结构为三立柱接盖梁，上部结构为先简支后连续20m空心板和30mT梁，另有15跨现浇预应力混凝土连续箱梁。全桥施工区鱼塘密布，河涌里常年流水，墩柱高度较高,给盖梁施工带来难度。为加快施工,减少地基处理,本桥盖梁拟采用抱箍法施工。2.抱箍支撑体系结构设计2.1盖梁结构以20m空心板结构的支撑盖梁为例，盖梁全长20m，宽1.6m，高1.4m，砼体积为42.6m3，墩柱Φ1.2m，柱中心间距7m。2.2抱箍法支撑体系设计盖梁模板为特制大钢模，侧模面板厚度t=5mm，侧模外侧横肋采用单根［8槽钢，间距0.3m，竖向用间距0.8m的2［8槽钢作背带，背带高1.55m，在背带上设两条Φ18的栓杆作对拉杆，上、下拉杆间距1.0m，底模板面模厚6mm，纵、横肋用［8槽钢，间距为0.4m×0.4m，模板之间用螺栓连接。盖梁底模下部采用宽×高为0.1m×0.15m的方木作横梁，间距0.25m。盖梁底模两悬出端下设三角支架支撑，三角架放在横梁上。在横梁底部采用贝雷片连接形成纵梁，纵梁位于墩柱两侧，中心间距1.4m，单侧长度21m。纵梁底部用四根钢管作连接梁。横梁直接耽在纵梁上，纵梁之间用销子连接，连接梁与纵梁之间用旋转扣件连接。抱箍采用两块半圆弧型钢板制成，钢板厚t=16mm，高0.6m，抱箍牛腿钢板厚20mm，宽0.27m，采用10根M24高强螺栓连接。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3mm厚的橡胶垫，纵梁与抱箍之间采用U型螺栓连接。抱箍构件形象示意图如图1所示。2.3防护栏杆栏杆采用φ48的钢管搭设，在侧模上每隔5m焊接一道1.2m高第2页共9页的钢管立柱，横杆钢管与立柱采用扣件连接，竖向间隔0.5m，栏杆周围挂安全网。盖梁施工示意图见图2。3.盖梁侧模板支撑计算假定砼浇注时的侧压力由拉杆和背带承受，Pm为砼浇注时的侧压力，T为拉杆承受的拉力。侧模板支撑计算示意图见3。槽钢支架抱箍图2盖梁施工示意图3.1荷载计算砼浇筑时的侧压力：Pm=Kγh，当v/T≤0.035时，h=0.22+24.9v/T式中：K—外加剂影响系数，取1.2；γ—砼容重，取25KN/m3；h—有效压头高度；v—砼浇筑速度，此处取值0.45m/h，T—砼入模温度，此处按25℃考虑则：v/T=0.45/30=0.0150.035h=0.22+24.9v/T=0.6mPm=Kγh=1.2×25×0.6=18KPa砼振捣对模板产生的侧压力按4KPa考虑，则：Pm=18+4=22KPa砼浇筑至盖梁顶时，盖梁上产生的纵向每米侧压力：Pm=22KPa图3侧模支撑计算示意图H=1.4mh=0.6mT2T1图1：抱箍构件形象示意图（半个）第3页共9页P=Pm×（H-h）+Pm×h/2=22×0.8+22×0.6/2=24.2KN(参考《路桥施工计算手册》p173)3.2拉杆拉力验算拉杆（φ18圆钢）纵向间距0.8m范围内砼浇筑时的侧压力：σ=0.8P/2πr2=0.8m×24.2KN/（2×174mm2）=55.63MPaσ=55.63MPa[σ]=29600N/174mm2=170MPa，满足抗拉要求。(参考《路桥施工计算手册》p182)3.3背带挠度验算设背带两端的拉杆为支点，背带为简支梁，梁长l0=1m，简支梁均布荷载q0=22×0.8=17.6KN/m最大弯矩：Mmax=q0l02/8=17.6×12/8=2.2KN·mσ=Mmax/2Wx=2.2×10-3/2×25.3×10-6=43.5MPa[σw]=145MPa跨中挠度：fmax=5q0l04/（384×2×EIx）=0.0005mfmax＜[f]=l0/400=0.0025m，背带槽钢满足刚度要求。式中：[8槽钢的弹性模量E=2.1×105MPa；惯性矩Ix=101.3cm4；抗弯截面系数Wx=25.3cm3(参考《路桥施工计算手册》p787、p797)4.横梁应力验算4.1横梁纵向线荷载计算新浇砼纵向线荷载：q1=1.4（高）×25×1.6（宽）=56KN/m模板纵向线荷载：q2=G2/20=（G底21.8+G端3.1+G侧39.9）/20=3.24KN/m施工人机纵向线荷载：q3=1×1.6=1.6KN/m倾倒砼冲击纵向线荷载:q4=2×1.6=3.2KN/m振捣砼纵向线荷载:q5=2×1.6=3.2KN/m荷载组合:q=(q1+q2)×1.2+(q3+q4+q5)×1.4=82.29KN/m横梁承受均布荷载q0=q×0.25/l0=82.29×0.25/1.4=14.7KN/m(参考《路桥施工计算手册》p172)4.2横梁抗弯与刚度验算横梁最大弯矩：Mmax=q0l02/8=3.6KN·m弯曲应力：σ=Mmax/Wx=3.6/(3.75×10-4)=9.6MPa[σw]=12MPa最大挠度：fmax=5q0l04/384EI=5×14.7×103×1.44/(384×9×109第4页共9页×2.81×10-5)=0.0029m[f]=l0/400=0.0035m横梁满足抗弯和刚度要求。式中：抗弯截面系数：Wx=bh2/6=0.1×0.152/6=3.75×10-4m3惯性矩Ix=bh3/12=0.1×0.153/12=2.81×10-5m4弹性模量E=9×103MPa;横梁计算示意图如图4所示。(参考《路桥施工计算手册》p176)5.纵梁应力验算5.1纵梁纵向每侧线荷载计算支架纵向线荷载：q6=（G贝+G木+G他）/20=（14×3KN/片+70根×0.045m3/根×6KN/m3+62×0.06）/20=3.23KN/m纵梁纵向每侧线荷载:q=(q1/2+q2/2+q6/2)×1.2+(q3/2+q4/2+q5/2)×1.4=43.088KN/m5.2纵梁应力验算5.2.1计算支座反力RC：盖梁体系为一次超静定结构，建立盖梁结构力学计算图如图5所示。采用力法计算，解除C点约束，在C点添加向上的单位力X1=1，分别绘出Mp图、M1图，其中Mp图由伸臂梁和简支梁组成，如图6所示。根据C点竖向位移为0的条件，建立典型方程：δ11X1+Δ1p=0δ11=∑∫M12ds/EI=（1/EI）*（1/2）*(2l*l/2)*（2/3）*（l/2）=l3/6EIΔ1p=∑∫M1Mpds/EI=（1/EI）*［（1/2）*(2l*l/2)*（qa2/2）-(2/3)*(q(2l)2/8)*2l*(5/8*l/2)］=（1/EI）*（qa2l2/4-5ql4/24）将δ11、Δ1p代入公式，得X1=（5ql2-6qa2）/4l=293.92KN（↑）建立静力平衡方程：2RA+X1=q（2a+2l）得RA=RB=283.92KN（↑）根据叠加原理，绘制均布荷载弯矩图如图7所示。5.2.2纵梁抗弯应力验算根据以上力学计算得知，最大弯矩出现在A、B支座，图4：横梁计算示意图l0=1.4mq0=14.7KN/m第5页共9页图6：超静定结构内力图q*(l2-2a2)/8q2/2=7m=7ma=3ma=3m图7：纵梁受力弯矩图弯矩图(l/2)X1=1028.7a=3ma=3m=7m=7mq(2l)2/8=1055.7简支梁弯矩图悬臂梁弯矩图=7m=7ma=3ma=3mq2/2=193.9a=3ma=3m=7m=7m图5：盖梁结构力学计算图q=43.088KN/m=7m=7ma=3ma=3mRX1=1RAEDBCAMmax=qa2/2=43.088×32/2=193.9KN·mMmax=193.9KN·m＜[M0]=975kN·m，满足抗弯要求。（参考《公路施工手册桥涵》下册p923）5.2.3纵梁墩柱跨中刚度验算盖梁体系为一次超静定结构，求超静定结构的位移可用基本结构的位移来代替，因此在盖梁基本结构墩柱中间点F施加向下的单位力X2=1，求基本结构的内力和位移，建立盖梁墩柱跨中力学计算图如图8所示。第6页共9页F2.625X2=1ACBDERARa=3ma=3m=7m=7m图8：纵梁墩柱跨中力学计算图=7m=7ma=3ma=3m图9：X2弯矩图设Ra、Rb方向向上，列平衡方程：Ra+Rb=X2=1X2*（l+l/2）-2l*Ra=0得：Ra=0.75（↑），Rb=0.25（↑），绘弯矩图如图9所示。求纵梁墩柱跨中的位移，将图7与图9的弯矩图图乘，得：Δ2p=∑ωyf/EI=（1/EI）*［-0.5*14*2.625*193.9+(2/3)*1055.7*14*(2/3)*2.625-0.5*3.5*2.625*(2/3)*0.5*1028.7-0.5*(3/2)*7*2.625*1028.7］=-0.004m（↑）fmax=-0.004m＜[f]=a/400=3/400=0.0075m，刚度满足要求。式中：贝雷片弹性模量：E=2.1×105MPa惯性矩：I=250500cm4（参考《公路施工手册桥涵》下册p1047）5.2.4纵梁端部刚度验算在盖梁基本结构梁端点D施加向下的单位力X3=1，求基本结构的内力和位移，建立盖梁悬臂端力学计算图如图10所示。设Ra、Rb方向向上，列平衡方程：Ra+Rb=X3=1X3（2l+a）-2l*Ra=0得：Ra=1+a/2l（↑），Rb=a/2l（↓），绘弯矩图如图11所示。求纵梁端的位移，将图7与图11的弯矩图图乘，得：Δ3p=∑ωyd/EI=（1/EI）*（1/3*193.9*3）*（3/4*3）+14*193.9*1.5+0.5*14*1028.7*1.5-（2/3*1055.7×14）*1.5=（1/48EI）*（6qa4+6qa3l-ql3a）=0.001m（↓）fmax=0.001m＜[f]=a/400=3/400=0.0075m，刚度满足要求。6.抱箍验算抱箍能否承受盖梁的重力取决于抱箍与柱子的磨擦力，验算时摩第7页共9页图11：弯矩图a=3ma=3m=7m=7ma图10：纵梁悬臂端力学计算图=7m=7ma=3ma=3mRRAEDBCAX3=1擦力取滑动磨擦力，此处最大滑动摩擦力N取值为Rc=293.92KN。6.1高强螺栓数目计算高强螺栓的容许承载力公式：[NL]]=Pμn/K，式中：P—高强螺栓的预拉力，取225KN;μ—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。则：[NL]=225×0.3×1/1.7=39.7KN螺栓数目m计算：m=N/[NL]=293.92/39.7=7.4个，本构件取m=10个。6.2螺栓抗剪、抗拉应力验算每条高强螺栓承受的抗剪力：Nj=N/10=293.92/10=29.4KN＜[NL]=39.7KN，满足抗剪要求。抱箍体对墩柱体的压力：Ny=K*N/μ=1.2×293.92/0.3=1175.68KN每条螺栓拉力：N1=Ny/10=117.6KN[S]=225KN，满足抗拉要求。式中：μ—抱箍钢板与橡胶垫之间的摩擦系数，取值0.3K—荷载安全系数，取值1.2[NL]—每个高强螺栓的容许承载力[S]—高强螺栓的预拉力，M24高强螺栓取值225KN6.3螺栓需要的终拧力矩验算每条螺栓拉力为：N1=117.6KN,每个螺栓的终拧扭矩R=k*N1*d=229.3N·m式中：k—螺栓连接处的扭矩系数平均值，取0.13,L1—力臂，M24螺栓取0.015m（参考《基本作业》p609）第8页共9页6.4抱箍体构件的应力验算抱箍体承受螺栓的拉力：P1=5Nl=5×117.6=588KN抱箍体钢板的纵向截面积：S1=0.016×0.6=0.0096m2抱箍体拉应力：σ=P1/S1=61.25MPa＜[σ]=140MPa，满足抗拉要求。抱箍体剪应力：τ=（1/2RC）/πr/S1=（1/2×293.92）KN/1.885m