力学性能施工检算.docx

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力学性能施工检算

无支架抱箍施工检算

一、检算编制依据

1、惠兴高速公路惠水至镇宁第一合同段（K0+000~K15+000）设计图纸；

2、公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）；

3、公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）；

4、桥梁施工常用数据手册（人民交通出版社张俊义编）；

5、盖梁、模板厂家提供的有关模板数据；

6、我单位有关桥梁的施工经验总结；

7、惠兴高速公路惠水至镇宁段项目建设管理手册；

8、贵州省惠水至镇宁段总监办监理计划；

9、贵州省惠水至镇宁段第ZJLB1-A驻监办监理实施细则；

二、工程概况

崇明哨大桥共有中系梁16个，盖梁18个。

墩柱中系梁单个长4.1m，宽1.6m，高1.8m，混凝土方量为11.8m3；盖梁单个长10m，宽2.0m，高1.5m，混凝土方量为29.82m3。

三、施工方案

由于本桥桥墩大部分位于山坡上，多数墩为高墩，为保护原有地貌的尽可能少的破坏，本桥盖梁采用无支架抱箍法施工。

抱箍为圆形，高度0.4m。

盖梁施工重量大于墩柱中系梁施工重量，且盖梁、系梁无支架抱箍支撑方法相同，因此若盖梁抱箍验算合格，则墩柱中系梁抱箍验算亦合格。

依据以上原则，本检算方案只验算盖梁无支架抱箍施工方案是否和合理安全。

1．侧模和端模

侧模和端模模板为钢模板，面模厚度为5mm，肋背架槽钢2-[10，横向肋槽钢[8，竖向肋扁钢-70x10；侧模共重：

3280kg，端模共重：

1628kg。

2．底模

底模为钢模板，面模厚度为5mm，背架槽钢2-[10，横向肋槽钢[8，竖向肋扁钢-70x10。

底模共重：

1160kg。

3．模板支撑

盖梁底模下采用20cm×20cm×400cm的方木作为横梁，间距0.30cm。

横梁放置在I40b工字钢上，I40b工字钢为受力主梁。

4．抱箍

抱箍采用两块半圆弧形钢板制成，钢板厚：

12mm，高0.4m，抱箍牛腿钢板厚20mm，宽25cm，采用16根M22高强度螺栓连接。

为了提高墩柱与抱箍间的摩擦力，在墩柱与抱箍间设置3mm橡胶垫。

盖梁抱箍施工立面示意图1（未示支架）

5．防护栏杆和工作平台

栏杆采用Φ50的钢管搭设，在横梁上每隔3.1m设一道1.2m的钢管立柱，竖向件隔0.5m设一道横杆，扫地杆距平台地面高度为30cm。

钢管之间采用扣件连接，栏杆为围蔽安全滤网。

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扎牢。

盖梁抱箍施工侧立面示意图2（示支架）

四、检算原则

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；

5．盖梁底模为钢模，钢模下设置方木作用为调节标高和结构刚度补强；若钢模刚度足够，则无需检算方木受力；

6．对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均不荷载；

7．本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量，以作为安全储备；

8．抱箍加工完成实施前，先进行压力试验，变形满足要求方可使用。

五、荷载计算

荷载分项系数是在设计计算中，反映了荷载的不确定性并与结构可靠度概念相关联的一个数值。

对永久荷载和可变荷载，规定了不同的分项系数。

（1）永久荷载分项系数γG：

当永久荷载对结构产生的效应对结构不利时，对由可变    荷载效应控制的组合取γG=1．2；对由永久荷载效应控制的组合，取γG=1．35。

当产生的效应对结构有利时，—般情况下取γG=1．0；当验算倾覆、滑移或漂浮时，取γG=0．9；对其余某些特殊情况，应按有关规范采用。

（2）可变荷载分项系数γQ：

—般情况下取γQ=1．4。

荷载分析：

盖梁底板面积为：

（10-2）m×2m=16m2（最不利状态下，偏于保守计算）

1．盖梁砼自重：

G=29.82m3×26KN/m3=775.32KN

q1=775.32÷/16=48.5KN/m2

注：

含筋量>2%。

荷载分项系数1.2（依据设计图纸、公路桥涵施工技术规范附录D普通模板荷载计算）

2．钢模板自重：

（3280kg+1628kg+1160kg）×9.8N/kg=59466.4N/kg≈60.7KN

q2=60.7÷/16=3.79KN/m2

g取9.8N/kg，计算中：

钢模板自重取60.7KN。

荷载分项系数1.2。

3．方木重量：

盖梁宽度为10m，加上两侧作业平台宽度各1m，则横向长度为12m，共计方木：

12m÷0.3m=41根。

方木共重：

41根×0.2m×0.2m×4m/根×0.75t/m3×9.8KN/t=48.2KN≈49.2KN

g取9.8N/kg，计算中：

钢模板自重取49.2KN。

荷载分项系数1.2。

4．I40b工字钢重量：

工字钢采用I40b普通热轧工字钢，标准每m重：

73.878kg/m，每盖梁采用2根12m长I40b工字钢。

则工字钢总重为：

2×12×73.878×9.8N/kg≈17730.7N=17.7KN

重力加速度G取10N/kg，荷载分项系数取1.2。

5．抱箍重量：

依据模板厂家设计图纸，单个抱箍重量为175kg，

则抱箍重量为：

2×175×9.8N/kg≈3500N=3.5KN

荷载分项系数取1.2。

6．倾倒砼和振捣的冲击荷载

根据《路桥施工计算手册》表8-1，冲击荷载取0.8t/m2，（含振捣砼产生的荷载）即8KN/m2，取荷载分项系数r3=1.4。

7．施工机具及施工人员荷载

根据《路桥施工计算手册》表8-1，施工人员、施工料具运输、堆放荷载取0.25t/m2,即2.5KN/m2，取荷载分项系数r3=1.4。

六、荷载计算组合

1、计算底模受力分析时，采用简直梁计算模式，方木承受钢模板传递的平面压力，验算时底模承受线形荷载：

即：

q=q1×1.2+q2×1.2+0.8×1.4+0.25×1.4=48.5×1.2+3.8×1.2+1.42

=64.2KN/m2

2、计算I40b工字钢受力分析时，则按照工字钢上均布荷载进行计算（因盖梁受力范围为10m,均不荷载只计算10m），荷载组合为：

即：

q＝（（775.32+60.7+49.2）×1.2+0.8×1.4+0.25×1.4）÷2÷10

＝53.18kN/m

3、计算抱箍受力时，按照抱箍面与混凝土面的摩擦力以抵抗抱箍以上所有集中荷载为标准，

即：

Q单=（（775.32+60.7+49.2+17.7）×1.2+0.8×1.4+0.25×1.4）÷2

=543.0kN

七、受力检算

1、底模受力检算

a.抗弯计算

底模为钢模板，面模厚度为5mm，背架槽钢2-[10，横向肋槽钢[8，竖向肋扁钢-70x10。

底模共重：

1160kg。

盖梁底模设计图

设梁背带两端为支点，背带为简直梁，梁长分为0.35m，背带钢板的力学性能指标按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）取值，则：

[σ]＝＝145MPa,E=2.1×105MPa。

q=64.2KN/m2

Mmax=（64.2×0.35×0.35）/8=0.98KN·m

W=bh2/3=（0.01×0.072）/3=0.000016m3

σ=M/W=0.98KN·m/0.000016m3=61.3Mpa＜[σ]=145Mpa

钢板弹性模量E=2.1×105MPa

I=bh3/12=0.01×0.073/12=2,858×10-7m4

ƒ=1/128×ql4/（E·I）=1×0.98×（0.35）4/（128×2.1×105×2.858×10-7）

=0.83×10-3m

ƒ/L=1.91×10-3/0.35=1/183<[ƒ/L]=1/400

小结：

纵向底模背条抗弯能力和挠度经验算满足要求。

因底模横向背条[10力学性能优于纵向背条，且受力相同，所以抗弯能力和挠度也满足要求。

2、方木受力检算

方木的力学性能指标按《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）中的A-3类木材并按湿材乘0.9的折减系数取值，则：

[σ]＝12×0.9＝10.8MPa,E=9×103×0.9=8.1×103MPa。

小结：

因底模刚度足够，所以方木受力也满足要求。

3、工字钢受力检算

根据受力组合，受力简图如下：

1抗剪强度计算

I40b工字钢截面面积：

A=94.112cm2=0.0094112m2

P1=P2=531.8kN=0.532×106N

则工字钢最大剪应力为：

τ=0.532×106÷（0.00941×2）=28.27MPa＜[310MPa]

符合要求。

2

正应力检算

根据力学计算简图，可计算工字钢梁的弯矩，如下图：

MA＝MB＝－qm2/2

＝－51.38×2.052÷2

＝－108.0kN·m

MC＝qL2/8×[1-4（m/L）2]

＝51.38×5.92×[1-4×（2.05÷5.9）2]÷8

＝115.6kN·m

＝115.6×103N·m

根据计算结果，最大正应力在跨中。

I40b工字钢WX＝1140cm3＝0.001140m3，IX＝22800cm4＝2.280×10-4m4

（图纸Wx，Ix取值依据为《桥梁施工常用数据手册》P79）则：

σ＝Mmax/Wx

＝115.6×103÷0.001140

＝101.4MPa＜[σ]＝170MPa

3挠度检算

f中＝qL4（5-24λ2）/384EI（式中λ=m/L=2.05/5.9=0.347）

＝51.38×103×5.94×[5-24×0.3472]/（384×2.1×1011×2.280×10-4）

＝1.229×108/1.838×1010

＝0.0066m＝0.66cm

[f]＝a/400＝5.90/400＝0.0148m＝1.48cm

小结：

f中＜[f]，工字钢符合要求。

检算说明：

跨中挠度符合要求。

因跨中弯矩最大，则两端挠度也符合要求。

根据施工具体挠度，在安装底模板时，根据实际挠度进行适当调整底模板的预留拱度。

4、抱箍检算

⑴荷载计算

每个盖梁按墩柱设两个抱箍，共计4个抱箍体支承上部荷载，由上面的计算可知：

支座反力：

R1=R1=543.0kN

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。

抱箍模板图

⑵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=543.0kN

抱箍所受的竖向压力由M22的高强螺栓的抗剪力产生，查《路桥施工计算手册》第426页：

M22螺栓的允许承载力：

[NL]=Pμn/K

式中：

P---高强螺栓的预拉力，取190kN；

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]=155×0.3×1/1.7=33.53kN

螺栓数目m计算：

m=N/[NL]=543.0/33.53=16.19≈18个，取双抱箍计算截面上的螺栓数目m=32个。

则每条高强螺栓提供的抗剪力：

P=N/16=543.0/32=16.97KN＜[NL]=33.53kN

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=543.0/0.3=1810kN由高强螺栓承担。

则：

Nf=Pb=1810kN

抱箍的压力由32根M22的高强螺栓的拉力产生。

即每条螺栓拉力为

N1=Pb/32=1810kN/32=56.56kN<[S]=190kN

σ=N”/A=N′（1-0.4n/m）/A

式中：

N′---轴心力

m1---所有螺栓数目，取：

32个

A---高强螺栓截面积，A=3.80cm2

σ=N”/A=Pb（1-0.4n/m）/A

=1810×103×（1-0.4×32/32）/（32×3.80×10-4）

=89.3MPa＜[σ]=140MPa

小结：

故高强螺栓满足强度要求。

⑶求螺栓需要的力矩M

①由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N1×L1

μ1=0.15钢与钢之间的摩擦系数

L1=0.015力臂

M1=0.15×56.56×0.015=0.127kN.m

②M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°

M2=（μ1×N′cos10°+N′sin10°）×L2

[式中L2=0.011（L2为力臂）]

=（0.15×56.56×cos10°+56.56×sin10°）×0.011

=0.200（kN·m）

M=M1+M2=0.127+0.200=0.327（kN·m）

=32.7（kg·m）

所以要求螺栓的扭紧力矩M≥33（kg·m）

⑷抱箍体的应力计算：

抱箍壁为受拉产生拉应力为：

P1=16N1=16×56.56=905.0（kN）

抱箍壁采用面板δ12mm的钢板，抱箍高度为0.40m。

则抱箍壁的纵向截面积：

S1=0.012×0.40×2=9.6×10-3m2

σ=P1/S1=905.0/9.6×10-3=94.30（MPa）>σ]=140MPa

小结：

满足设计要求。

总结：

经检算，崇明哨大桥所用钢抱箍满足施工，并具备一定的安全保障系数，可以进行施工。