浅淡“抱箍”法在盖梁施工中的应用
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浅淡“抱箍”法在盖梁施工中的应用
摘要:结合工程实例,通过盖梁支承受力验算、抱箍受力分析及设计,介绍抱箍法在桥梁盖梁施工中应用,可为今后同类工程施工提供参考。
关健词:桥梁;盖梁施工;抱箍法
Abstract: combining the engineering practice, by a calculating capping beam, hold hoop mechanical stress analysis and design, this paper introduces nt method in arms capping beam bridge in construction of the application, but for similar projects in the future construction to provide the reference.
Key words: bridge; Cover beam construction; Embrace hoop method
1、前言
目前在桥梁盖梁施工中支撑体系主要有满堂支架法、预留孔法、抱箍法等;抱箍法具有施工简单、适应性强、节省投资、施工周期短等优点,在桥梁施工中得到越来越广泛的应用。
2、工程概况
保龙高速公路第9合同段全长4.06KM,按高速公路60KM/h的相应指标进行设计;路线位于云南省保山市隆阳区,路线所处地形高山深谷相间,地貌类型复杂多样,全线桥隧占80%以上。
桥梁上部构造采用后张法预应力钢筋混凝土T梁,桥墩采用钢筋混凝土圆形双柱墩,下设挖孔桩,桩(柱)中心距为5.5m,盖梁截面尺寸190cmx170cm,长1060cm,C30混凝土32.5m3。
3、施工方案的选择
由于该标段桥位所处地形均为高山深谷相间的半山腰,垂直于路线方向的地形坡度大;在盖梁施工中若采用满堂支架法,则原地面的地基处理难度大,而有相当一部分墩柱高达20—30m,所需钢管构件数量大。
使用预留孔法将影响墩柱的外观质量。
抱箍法只需两套抱箍及两根工字钢作为支承盖梁荷载的主要构件,无需地基处理,可适用不同高度的墩柱。
从质量、经济及适用性等方面综合考虑,采用抱箍法进行盖梁施工。
4、受力验算
以一片水平正置盖梁为例
4.1均布荷载q的确定
普通钢筋混凝土重力密度取25KN/m3,混凝土体积32.5m3,则混凝土重G=32.5x25=812.5KN,盖梁长L=10.6m,下部由两条工字钢共同承受荷载,对其中一条工字钢进行验算即可。
施工过程中的各种荷载,按常规取1.4系数,则均布荷载q=1.4G/L/2=1.4x812.5/10.6/2=53.66KN/m。
4.2应力验算
4.2.1工字钢受力验算
①、最大受力弯矩:Mmax=(1/8)ql2=(1/8)x53.66x5.52=202.9KN.m
式中Mmax —最大受力弯矩(KN.m) ;q —均布荷载(KN/m);
l —工字钢支承点间距,取柱中心间距=5.5m。
②、初选截面:工字钢所需的截面抵抗矩W=Mmax/[ó]=202.9 x103/215=943.7cm3
式中W —截面抵抗矩(cm3);[ó] —材料应力允许值(MPa),查规范得[ó]=215 MPa。
查工字钢表,选I40b工字钢,其截面力学特性如下:
Ix=22780cm4Wx=1140cm3Ix/Sx=33.6cm翼缘厚度t=16.5mm腹板厚度d=12.5mm
4.2.2工字钢抗剪应力验算
Vmax=(1/2)qL=(1/2)x53.66x10.6=284.4KN
式中Vmax —支座处最大剪力(KN) 。
τmax= Vmax•Sx/(Ix•d)=284.4x103/(33.6x12.5)=67.7 MPa<[τ]= 125MPa满足要求;
式中τmax —最大剪应力(MPa) 。
4.2.3挠度验算
施工过程中,挠度最大会发生在跨中
fmax=5ql4/(384EI)=5x53.66x55004/(384x2.1x105x22780x104)=13.4mm<[l/40 0]=13.75mm满足要求;
式中fmax —最大挠度(mm);E —弹性模量(MPa);I —惯性矩(cm4)。
3.2.4悬臂部分受力验算
最大负弯矩:Mmax=-qLA2/2=-53.66x2.552/2=174.45KN.m
式中LA —悬臂段长度,取2.55m。
最大应力:ómax=- Mmax/Wx=174.45 x103/1140=153 MPa<[ó]=215 MPa满足要求。
最大挠度:fA=qlA4/(8EI)=53.66x25504/(8x2.1x105x22780x104)=5.9mm<[ LA /400]=6.4mm满足要求。
4.3确定抱箍构件
4.3.1抱箍结构形式
抱箍最主要的特点就是将盖梁施工荷载通过摩擦力直接传给墩柱。
为使抱箍适应各种不同圆度的墩身,其结构形式采用两个不设环向加劲的半园形的钢板作为柔性箍身,通过连接板上的螺栓连接在一起,这样在施加预拉力时,由于箍身是柔性的,容易与墩柱密贴。
4.3.2连接螺栓的计算
抱箍与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积,即f=μxN
式中f-抱箍与墩柱间的最大静摩擦力;N-抱箍与墩柱间的正压力;μ-抱箍与墩柱间的静摩擦系数。
抱箍与墩柱间的正压力N是由螺栓的预紧力产生的,根据抱箍的结构形式,设每侧布n个螺栓,则螺栓总数为2n,设每个螺栓预紧力为F,则抱箍与墩柱间的总正压力为N=2xnxF。
在实际施工中均采用材质45号钢的M30大直径螺栓,则每个螺栓的允许拉力:[F]=As×[σ]
式中As—螺栓的横截面积,As=πd2/4;[σ]—钢材允许应力,对于45号钢,[σ]=2000kg/cm2。
[F]=[σ]πd2/4=2.0x3.14x32/4=14.13 t,取F=14 t
钢材与混凝土间的摩擦系数为0.3~0.4,取μ=0.35,则抱箍与墩柱间的最大静摩擦力:F=fxN=μx2xnxF=0.35x2xnx14=9.8n
临时设施及盖梁重量: Q=1.4G =1.4x81.25=113.75t,则每个抱箍承受的荷载为:Q/2=56.9t。
则有Q/2=F,即56.9=9.8n,故n=5.8;取n为整数n=6个。
4.3.3连接板上螺栓的排列
为减少抱箍的高度,在连接板竖向上布两排螺栓。
通过加劲板连接抱箍,在抱箍上产生偏心力,为充分利用螺栓的预紧力,在连接板背面设置三块加劲板,同时在内排布4根螺栓,外排只布2根螺栓,两个半圆抱箍连接板间留5cm的空隙。
4.3.4抱箍结构图
保龙高速公路第9合同段施工中抱箍结构见下图:
5、结束语
在保龙高速公路第9合同段桥梁施工中,盖梁施工采用了抱箍法的施工工艺,既保证了墩柱的外观质量,又产生了良好的经济效益。
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。