盖梁抱箍施工法的设计及检算

盖梁抱箍施工法的设计及检算

——抱箍法在天生河大桥的施工

江珠高速公路项目经理部 郭刚军

摘要： 在建筑施工行业里，尤其桥梁施工方面，地形、地质较差时桥的桥墩、盖梁采用抱箍施工较多，但抱箍施工的安全性、可靠性最重要。体现在抱箍施工的设计、检算和加固。现结合江珠高速公路天生河大桥盖梁施工，谈一下抱箍施工的设计、检算及加固。

关键词：抱箍设计 抱箍受力验算 加固

1 工程概况

天生河大桥跨越天生河水道和通道，为21—20m大桥。桥址处鱼塘遍布，地形平坦，地势较低，属河口冲积平原区，线路与河流正交。

上部结构采用20m预应力砼宽幅空心板，先简支后桥面连续方案；下部构造为全幅宽整体三柱墩、坐板式桥台，桩基础。

盖梁长25.7m,高1.5m，宽1.6m。由于现场地形、地质情况的限制，其盖梁施工采用抱箍法施工最为合理。

2 计检算说明

盖梁抱箍施工图如下：

立面图模板120018500墩身钢抱箍底模纵梁2][40 底模横梁

160X140X2500方木 12032500φ1.2φ1.2φ1.2横梁@0.25米工字钢纵梁抱箍纵横梁顶平面图

说明:1、除抱箍尺寸以米计外其余单 位以毫米计。 2、在横梁与底模之间设纵向的 方木楔块以 调整盖梁底2%的 横向坡度与安装误差。1220X2440X15竹胶板80X60X2500方木@100X100X2500方木@160X140X2500方木@工子钢40B型拉条站带1200模板侧面图

2.1设计计算原则

2.1.1在满足结构受力情况下考虑挠度变形控制。

2.1.2综合考虑结构的安全性。

2.1.3采取比较符合实际的力学模型。

2.1.3尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。

2.2对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均布荷载。

2.3本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。以做安全储备。

2.4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。

3 横梁计算 采用间距0.3m的16cm×14cm的方木作横梁，横梁长2.5m，共布设横梁86个。盖梁悬出端底模下设特制三角支架，每个重约10kN。

3.1荷载计算

3.1.1盖梁砼自重：G1=60m3×26kN/m3=1560kN

3.1.2模板钢摸自重：G2=186kN (根据模板设计资料)

3.1.3侧模支撑自重：G3=15kN

3.1.4三角支架自重：G4=10kN

3.1.5施工荷载与其它荷载：G5=25kN

横梁上的总荷载：GH=G1+G2+G3+G4+G5=1560+185+15+10+25=1795kN

qH=1795/25.7=70kN/m

横梁采用间距0.3m的方木，则作用在单根横梁上的荷载

GH’=70×0.3=21kN

作用在横梁上的均布荷载为：

qH’= GH’/lH=21/1.6=14kN/m(式中：lH为横梁受荷段长度，为1.6m)

3.2力学模型

如图2-2所示。

RAARBq '=14KN/m横梁,方木,EIHB1.6m2.5m0.14m0.16m

图2-2 横梁计算模型

3.3横梁抗弯与挠度验算

横梁的弹性模量E=10×103MPa;

惯性矩：43365912cmbhI;

抗弯模量：325236cmbhWX

最大弯矩：Mmax= qH’lH 2/8=14×1.62/8=4.5kN·m

σ= Mmax/Wx=4.5/(523)=8.6MPa<[σw]=13MPa (可)

最大挠度： )(004.04006.1400][0016.0365910103846.110145.2384'max0434可mlfmEIlqfHH4 纵梁计算

4.1荷载计算

4.1.1横梁方木自重：0.38 kN

4.1.2工字钢自重：G7=73.84×13×4×9.8/1000=37.6kN

纵梁上的总荷载：

GZ=1795+0.38+37.6=1833kN

纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q：

q= GZ/L=1833/25.7=72kN/m

4.2力学计算模型

建立力学模型如图2-3所示。

Cq=72kN/mEIBRARBAa=3.6mL=9.25m

图2-3 纵梁计算模型图

4.3结构力学计算

图2-3所示结构体系为静定结构。

4.3.1计算支座反力RA、RB

由静力平衡方程解得：

4.3.2纵梁端最大位移

)134(2433223lalaEIqalfKNlaqlRA643)25.96.31(225.972)1(222KNlaqlRB283)25.96.31(225.972)1(22222

=-44573/24EI (↓)

=-0.02m

4.3.3纵梁中间最大位移

)(075.0222781238425.9725384544mEIqlf

4.3.4工字钢的弯矩检算

mKNqaMac46726.372222

mKNlaqlMab554)25.96.31(825.972)1(822222222

4.4 纵梁结构强度验算

4.4.1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

MAB=554kN·m

4.4.2工字钢的允许弯矩计算

40B型工字钢WX=1139.0cm3

σ=（554×103）/（1139×2×10-6）=243 MPa

A3钢弯曲应力[σ]=145Mpa＜σ

4.5 关于纵梁计算挠度的说明

由于计算挠度和弯矩都不能满足要求。

计算时按最大挠度在梁中间考虑，但在盖梁的端部也产生较大挠度，因此在盖梁施工过程中必须在盖梁的端部，两个墩柱之间的中部工字钢下必须加支撑，防止盖梁沉降，还应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和变形情况，据此调整纵梁或设置预留拱度。

4.6 纵梁的支撑和检算

4.6.1纵梁的支撑

纵梁的最大挠度发生在中间，因此两个墩柱之间的中部工字钢下必须加支撑，支撑采用10#槽钢两个焊接起来，在每两个墩柱之间支撑四个点。纵梁的端部，每个端部支撑两个点。加支撑后纵梁的挠度和弯矩都能满足要求。为了加强工字钢的整体性，在两个工字钢之间每两米设一根拉条，两工字钢之间采用角钢三角连接，增加其整体性。

4.6.2支撑检算

槽钢的长度3.62m，荷载P=q×l=72×9.25=666KN，槽钢采用10#验算其稳定。 )125.96.3325.96.34(2425.96.37233223EI查得10#槽钢截面最小回转半径：r=3.94cm=0.0394m

杆件长细比：λ=l/r=3.62/0.0394=91.9

从〈〈路桥施工计算手册〉〉中查得 ψ=0.651

查得10#槽钢截面A=0.001274m2,两个槽钢焊接起来支撑四点，那么

A=8×0.001274=0.0102 m2

强度验算：σa=P/A=666/0.0102=65294.1Kpa

查得钢材的极限值[σ]=215Mpa=215000Kpa,那么σa<[σ]强度满足要求。

稳定验算：σa=P/（ψA）=666/（0.651×0.0102）=100298.2Kpa

[σ]=215Mpa=215000Kpa,那么σa<[σ]稳定满足要求。

5 抱箍计算

盖梁抱箍图如下：

φ30孔抱箍立面图12001701701207014070150160150703203201010 320730301200730320抱箍平面图30说明: 1.图中尺寸除注明外均以毫米计。 2.钢抱箍制作直径必须准确,使其周长略小于墩身周长。在内面垫约 5毫米橡胶,用螺栓将两片钢抱箍抱死于墩身上,每个螺 栓上扭紧力矩不小于79kg.m,在其上搭设横梁,铺设底模。

5.1 抱箍基本参数的确定：

5.1.1 计算模型的建立：

T2T2T1T1ffN2N1本图尺寸均以厘米计。NfNf'7.27.2160hφ27

抱箍体所承受的压力N1、N2为纵梁及其以上所有荷载产生的和力，用抱箍体支承上部荷载，抱箍桶壁与墩柱之间产生的摩擦力f抵抗压力N1、N2，由f=μNf知，f由作用在抱箍桶上的垂直压力产生，采用抱箍桶之间的高强螺栓的拉力T1、T2对抱箍桶施工压力。

5.1.2 荷载计算：

由以上计算可知：

支座反力RA=643kN

RB=283×2=566kN

以最大值643KN为抱箍体需承受的竖向压力N进行计算。

5.1.3 力学计算：

5.1.3.1计算拉力T1，砼与钢之间设一层橡胶，摩擦系数按橡胶与钢之间的摩擦系数取μ=0.25，由f=μNf，垂直压力：

kNfNf257225.0643

121214''TTTTTNf kNNTff643425724

5.1.3.2 M27高强螺栓的允许承载力：

[NL]=P·μ·n/K=270×0.3×1/1.7=47.6kN

5.1.3.3 抱箍螺栓数目的确定

m=Tf/[Nl]=643/47.6=14个

5.1.3.4 抱箍高度

抱箍高h=0.6m。12个高强螺栓。

5.2 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=0.25计算

抱箍产生的压力Pb= N/μ=643kN/0.25=2572kN由高强螺栓承担。

则：Nf=Pb=2572kN

抱箍的压力由12条10.9级M27的高强螺栓的拉力产生。

即每条螺栓拉力为：N1=Pb/12=2572/12=215kN<[P]=270kN

故高强螺栓满足强度要求。（注：安全系数取1.7，那么[P]=159KN,12个高强螺栓不能满足要求）。根据现场情况采用两个抱箍上下抱箍，其高度1.2m，高强螺栓24个满足要求。

5.3 求螺栓需要的力矩M

采用两个抱箍那么每个螺栓的拉力为

N′=Pb/24=2572/24=107KN

5.3.1 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=0.019力臂

M1=0.15×107×0.019=0.305KN.m

5.3.2 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=0.014(L2为力臂)]

=0.15×107×cos10°×0.014+107×sin10°×0.014

=0.481 (KN·m)

M=M1+M2=0.305+0.481=0.786(KN·m)

=79(kg·m)