盖梁抱箍法施工和计算新.docx

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盖梁抱箍法施工和计算新

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

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。

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=0.015<0.035

h=0.22+24.9v/T=<0.6m>

Pm=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：

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）=55.63MPa

σ=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·m

σ=Mmax/2Wx=2.2×10-3/2×25.3×10-6=43.5MPa<[σw]=145MPa

跨中挠度：

fmax=5q0l04/（384×2×EIx）=0.0005m

fmax＜[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=101.3<101.3cm>4；

抗弯截面系数Wx=25.3<25.3cm>3

（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/（384×9×109×2.81×10-5）=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/m

5.2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=0

δ11=∑∫M12ds/EI=（1/EI）*（1/2）*（2l*l/2）*（2/3）*（l/2）=l3/6EI

Δ1p=∑∫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.

Mmax=qa2/2=43.088×32/2=193.9KN·m

Mmax=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。

设Ra、Rb方向向上.列平衡方程：

Ra+Rb=X2=1

X2*（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=1

X3（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

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0.3

K—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225KN

6.3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）

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/0.0096m2

=8.1MPa<[τ]=85MPa.满足抗剪要求。

6.5抱箍体钢板长度计算

抱箍钢板伸长量：

ΔL=（σ/E）*L=5.5×104m

抱箍体钢板长度（半个）：

L=πr-ΔL=1.884m.

两半抱箍牛腿间距取20mm.则L=1864mm（半个）。

7.抱箍法施工方法

7.1施工工序

①在墩柱群四周搭设简易支架.高度以不超过盖梁顶板为宜.并搭设人行爬梯.围好安全网；

②用水准仪在墩柱上作一水平标志.根据盖梁底板设计标高反算抱箍底沿位置并做标记；

③用吊车将抱箍底托安装在墩柱上.使底托顶面与抱箍底沿标记等高.再将抱箍安装就位.用带响扳手拧紧连接螺栓.施工时.可在扳手手柄上套一根50cm长、Φ48的钢管.人踩钢管直到所需扭矩为止.再检查两抱箍接头处间隙小于或等于2cm即可；

④用吊车将连接好的贝雷梁放在抱箍上.并用U型螺栓和扣件将贝雷梁、抱箍、贝雷梁连接件连接起来；

⑤在贝雷梁上摆放方木横梁.安装盖梁底模.并检查标高.有必要时用钢板或木楔调整；

⑥首次使用本工法施工时.为确保抱箍所承受压力达到设计值.

需进行荷载预压试验。

由前面计算知盖梁纵向每侧线荷载:

q=

43.088KN/m.则在盖梁底模上堆放重物175.9吨.且堆放形式尽量接近施工实际情况。

24小时后.用水准仪复测底模标高.若下沉过大.则应继续紧固连接螺栓.直到底模下沉小于5mm则认为可行.记录下螺栓进距作为参考值；

⑦卸下预压重物.安装盖梁钢筋和模板.在侧模四周按要求做好安全防护装置.浇注砼；

⑧拆除模板时.先拆侧模、端模.再拆底模.最后拆下横、纵梁、抱箍.至此.抱箍法盖梁施工完成一个循环。

7.2施工注意事项

①墩柱砼强度达到设计强度的75%以上后方可施工盖梁；

②在抱箍钢板内侧附一层3mm橡胶垫.可增强钢板与砼之间的摩擦系数.也起到保护墩柱的作用；

③抱箍体钢板、牛腿厚度应不小于设计值.螺栓孔应可能紧凑.在竖直方向上.每隔2～3排螺栓孔应在牛腿与钢板之间设置加劲肋；

④螺栓施拧前.应根据带响扳手进行螺栓扭矩系数的试验.为克服扭矩系数离散偏大.可在初拧时重复施拧.即先初拧.再拧松.再初拧；螺栓紧固时应按先内排后外排的顺序.并使螺栓均匀受力；

⑤浇注盖梁砼时.应有专人检查抱箍、螺栓有无松动情况.每浇注一层砼均应复紧一次螺栓.确保施工安全和质量。

8.使用效果

广州西二环徐边高架桥盖梁工程量大（共84片）.施工场地鱼塘密布.墩柱平均高度大于10m。

本工程共加工盖梁模板3套底模、2套侧模和抱箍支撑体系3套。

采用抱箍法施工.4人1天即可搭起一套盖梁支架.包括搭支架、上抱箍及横纵梁、盖梁底模.第2天安装盖梁钢筋笼（在地上先加工成型再吊装）和侧模板.第3天用6人浇注砼.第4天拆侧模.第7天拆底模和抱箍（以砼强度不低于85%为准）。

由此可见.抱箍法施工与支架法相比.无须硬化场地.节省大量支撑方木和钢构件.接省投资.施工周期短.施工简便.适应性强.是盖梁施工首选的支撑体系。

参考资料：

1路桥施工计算手册.周水兴等编.北京：

人民交通出版社.2001.5

2公路施工手册桥涵（下册）.交通部第一公路工程总公司.北京：

人民交通出版社.1999.11

3结构力学.李廉锟.北京：

高等教育出版社.1996

4公路施工手册基本作业.杨理准.北京：

人民交通出版社.1998.11