盖梁抱箍法施工及计算,很强很详细!
钢门的世界
2021年12月13日 15:26:18
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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。



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。

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2021年12月14日 07:36:51
2楼

这是一个很不错的学习参考资料, 但是表述的还是过于简单,未提供相应参数及技术要求等, 建议上传一些附件技术资料(如CAD外形尺寸图和对应的型号规格及技术参数等,以方便设计人员选用),? 不过这里还是要谢谢楼主能发布和分享出来给大家学习和参考使用!

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