一、盖梁抱箍法施工设计图

1、工程概况

Xxxx 大桥引桥长1012.98米（起迄里程为K18+153.52～ K19+166.5）。共有24个桥墩，除4#、5#墩为双柱式外，其余各墩为三柱式结构（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，如图1-1。由于引桥墩柱高度较大，最大高度为32.5m，除4、5墩及高度较低的墩柱采用搭设支架施工外，其余墩柱盖梁施工拟采用抱箍法施工。引桥盖梁砼浇筑量大，约156.1m3。

图1-1 盖梁正面图（单位：m）

2、设计依据

（1）公路桥涵钢结构及木结构设计规范

（2）汪国荣、朱国梁编著施工计算手册

（3）公路施工手册，桥涵（上、下册）

（4）路桥施工计算手册 

（5）盖梁模板提供厂家提供的模板有关数据。

（6）xxxx长江大桥工程项目施工图设计文件。

（7）施工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δ6mm，肋板高为10cm，在肋板外设2[14背带。在侧模外侧采用间距1.2m的2[14b作竖带，竖带高2.9m；在竖带上下各设一条φ20的栓杆作拉杆，上下拉杆间间距2.7m，在竖带外设φ48的钢管斜撑，支撑在横梁上。端模为特制大钢模,面模厚度为δ6mm，肋板高为10cm。在端模外侧采用间距1.2m的2[14b作竖带，竖带高2.9m；在竖带外设φ48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δ8mm，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：3000cm×1500cm，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2～3mm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φ50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。

三、盖梁抱箍法施工设计计算

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。

四、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2-1所示。

2、荷载计算

砼浇筑时的侧压力：Pm=Kγh

式中：

K---外加剂影响系数，取1.2；

γ---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=0.6m。

Pm= Kγh=1.2×26×0.6=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：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）：   

P=Pm×（H-h）+Pm×h/2=23×2+23×0.6/2=53kN

3、拉杆拉力验算

拉杆（φ20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：

σ=（T1+T2）/A=1.2P/2πr2=1.2×53/2π×0.012=101223kPa=101MPa<[σ]=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=2.1×105MPa;惯性矩Ix=609.4cm4;抗弯模量Wx=87.1cm3

q0=23×1.2=27.6kN/m

最大弯矩：

Mmax= q0l02/8=27.6×2.72/8=25kN·m

σ=

Mmax/2Wx=25/(2×87.1×10-6)=143513≈144MPa<[σw]=160MPa(可)

挠度：

fmax= 5q0l04/384×2×EIx=5×27.6×2.74/(384×2×2.1×108×609.4×108)

=0.0075m≈[f]=l0/400=2.7/400=0.007m

5、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。

五、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：G1=156.1m3×26kN/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=96×0.168×2.9+10=57kN

（4）三角支架自重：G4=8×2=16kN

（4）施工荷载与其它荷载：G5=20kN

横梁上的总荷载：

GH=G1+G2+G3+G4+G5=4059+279+57+16+20=4431kN

qH=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’=168×0.4=67kN

作用在横梁上的均布荷载为：

qH’= GH’/lH=67/2.4=28kN/m(式中：lH为横梁受荷段长度，为2.4m)

2、力学模型

如图2-2所示。

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=2.1×105MPa;惯性矩I=1127cm4;抗弯模量Wx=140.9cm3

最大弯矩：Mmax= qH’lH 2/8=28×2.42/8=20kN·m。σ= Mmax/Wx=20/(140.9×10-6)

=141945≈142MPa<[σw]=160MPa  (可)

最大挠度：fmax= 5 qH’lH 4/384×EI

=5×28×2.44/(384×2.1×108×1127×10-8)

=0.0051m<[f]=l0/400=2.4/400=0.006m (可)

六、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：3000cm×1500cm，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：

G6=4.6×0.205×56+3×18×0.205=64kN

（2）贝雷梁自重：

G7=（2.7+0.8×2+1+2×3×0.205）×40=237kN

纵梁上的总荷载：

GZ=G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7=4059+279+57+16+20+64+237=4732kN

纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q：

q= GZ/L=4732/26.4=179kN/m

2、力学计算模型

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。

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q后， MB=8.82q=8.82×179=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975kN·m。

则四排单层的允许弯矩[M]=4×975×0.9=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：MB=1579kN·m＜[M]=3510 kN·m  满足强度要求

5、纵梁挠度验算

（1）贝雷片刚度参数

弹性模量：E=2.1×105MPa

惯性矩：

I=Ah×h/2=(25.48×2×4)×150×150/2=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=648×179/(2.1×108×2293200×10-8)=0.024m

[f]=a/400=4.2/400=0.0105m

6、关于纵梁计算挠度的说明

由于fmax＞[f]，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。

七、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)-8.31]q/2=[2(9+4.5)-8.31]×179/2=1672kN   RC=8.31q=8.31×179=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]=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]=1672/39.7=42.1≈42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=39.8KN≈[NL]=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μ=0.3计算

抱箍产生的压力Pb= N/μ=1672kN/0.3=5573kN由高强螺栓承担。

则：N’=Pb=5573kN

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

N1=Pb/44=55743kN /42=133kN<[S]=225kN

σ=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=4.52cm2

σ=N”/A= Pb（1-0.4m1/m）

/A=5573×(1-0.4×66/42)/66×4.52×10-4

 =117692kPa=118MPa＜[σ]=140MPa  

故高强螺栓满足强度要求。

（3）求螺栓需要的力矩M

1)由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N1×L1

u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数

L1=0.015力臂

M1=0.15×133×0.015=0.299KN.m

2)M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°

M2=μ1×N′cos10°×L2+N′sin10°×L2

[式中L2=0.011    (L2为力臂)]

=0.15×133×cos10°×0.011+133×sin10°×0.011

=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=21×133=2793（KN）

抱箍壁采用面板δ16mm的钢板，抱箍高度为1.734m。

则抱箍壁的纵向截面积：S1=0.016×1.734=0.027744(m2)

σ=P1/S1=2793/0.027744=100.67(MPa)＜[σ]=140MPa

满足设计要求。

2、抱箍体剪应力

τ=（1/2RA）/（2S1）

=（1/2×1672）/（2×0.027744）

=15MPa<[τ]=85MPa

根据第四强度理论

σW=（σ2+3τ2）1/2=（100.672+3×152）1/2

=104MPa<[σW]=145MPa满足强度要求。