盖梁抱箍法施工及计算新.docx
《盖梁抱箍法施工及计算新.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《盖梁抱箍法施工及计算新.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
盖梁抱箍法施工及计算新
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,盖梁结构的力计算和抱箍支撑体系的力验算,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
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围砼浇筑时的侧压力:
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
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,:
人民交通,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,:
人民交通,1999.11
3结构力学,廉锟,:
高等教育,1996
4公路施工手册基本作业,理准,:
人民交通,1998.11