高速公路桥梁盖梁抱箍法施工方案及抱箍试验.docx

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高速公路桥梁盖梁抱箍法施工方案及抱箍试验

高速公路桥梁盖梁抱箍法施工方案及抱箍试验

一、施工设计说明

（一）、工程简介

高速公路****有桥梁2座。

墩柱为两柱、三柱及四柱式结构，墩柱上方为盖梁，如图1所示。

本图尺寸为其中一种形式，该盖梁设计砼43.4立方米，计算以该图尺寸为依据，其他尺寸形式盖梁施工以该计算结果相应调整。

图1盖梁正面图（单位：

cm）

（二）、设计依据

1、公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）

2、路桥施工计算手册

3、其他相关资料及本单位以往施工经验。

二、盖梁抱箍法结构设计

（一）、盖梁模板底模支撑设计

在盖梁底模下部采用间距1m工14型钢作横梁，横梁长3.7m。

横梁底下设纵梁。

（二）、纵梁设计

在横梁底部采用单层；两排贝雷片（标准贝雷片规格：

3000mm×1500mm，）连接形成纵梁，长18m，两排贝雷梁位于墩柱两侧，中心间距140mm。

贝雷片之间采用销连接。

纵、横梁以及纵梁与联接梁之间采用U型螺栓连接；纵梁下为抱箍。

（三）、抱箍设计

采用两块半圆弧型钢板（板厚t=16mm）制成，M24的高强螺栓连接，抱箍高50cm，采用20根高强螺栓连接。

抱箍紧箍在墩柱上产生摩擦力提供上部结构的支承反力，是主要的支承受力结构。

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2～3mm厚的橡胶垫，纵梁与抱箍之间采用U型螺栓连接。

图2盖梁抱箍法施工示意图

（四）、防护栏杆与工作平台设计

（1）栏杆采用φ50的钢管搭设，在横梁上每隔2米设一道1.2m高的钢管立柱，竖向间隔0.5m设一道钢管横杆，钢管之间采用扣件连接。

立柱与横梁的连接采用在横梁上设0.2m高的支座。

钢管与支座之间采用销连接。

（2）工作平台设在横梁悬出端，在横梁上铺设5cm厚的木板，木板与横梁之间采用铁丝绑扎牢靠。

三、盖梁抱箍法施工设计计算

（一）、设计检算说明

1、设计计算原则

（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。

2、对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均布荷载。

3、本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。

以做安全储备。

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。

（二）、横梁计算

采用间距1m工14型钢作横梁，横梁长3.7m。

共设横梁18根，总重G4约为11kN。

1、荷载计算

（1）盖梁砼自重：

G1=43.4m3×26kN/m3=1128kN

（2）模板自重：

G2=81.3kN

（3）施工荷载与其它荷载：

G3=21kN

横梁上的总荷载：

G=G1+G2+G3+G4=1241.3kN

q1=1241.3/15.374=80.74kN/m

横梁采用1m间距的工字钢，则作用在单根横梁上的荷载G’=80.74×1=80.74kN

作用在横梁上的均布荷载为：

q2==80.74/1.8=44.86/m

2、力学模型

如图3所示。

图3横梁计算模型

3、横梁抗弯与挠度验算

横梁的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩I=712cm4;抗弯模量Wx=102cm3

为了简化计算，忽略两端0.2m悬挑部分的影响。

最大弯矩：

Mmax==44.86×1.42/8=11kN·m

σ=Mmax/Wx=11×103/（102×10-6）

≈107.84MPa<[σw]=158MPa

满足要求。

最大挠度：

fmax=5q2lH4/384×EI=5×44860×1.44/（384×2.1×1011×712×10-8）=0.0015m<[f]=1.2/400=0.003m

满足要求。

（三）、纵梁计算

纵梁采用单层2排贝雷片（标准贝雷片规格：

3000cm×1500cm）连接形成纵梁，长18m。

1、荷载计算

（1）横梁自重：

G4=11kN

（2）贝雷梁自重：

G5=270×12×9.8=31752N≈31.8KN

纵梁上的总荷载：

GZ=G1+G2+G3+G4+G5=1273.1kN

纵梁所承受的荷载假定为均布荷载，单排贝雷片所承受的均布荷载q3=GZ/2L=1273.1/（2×15.374）≈41.4kN/m

2、力学计算模型

建立力学模型如图4所示。

图4纵梁计算模型图

3、结构力学计算

（1）计算支座反力Rc：

Rc=41.4×15.374/2=318.24KN

最大剪力Fs=Rc-3.132×41.4=188.58KN

（2）求最大弯矩：

根据叠加法求最大弯矩。

图5纵梁计算单元一

跨中最大弯矩Mmax1=9.112q3/8=429.5KN/m

图6纵梁计算单元二

梁端最大弯矩Mmax2=3.1322q3/2=203.1KN/m

叠加后得弯矩图：

图7纵梁弯矩图

所以纵梁最大弯矩Mmax产生在支座处，Mmax=Mmax2=226.4KN.m，远小于贝雷桁片的允许弯矩[M0]=975kN·m。

（3）求最大挠度：

贝雷片刚度参数弹性模量：

E=2.1×105MPa，惯性矩：

I=250500cm4。

易知纵梁最大挠度发生在跨中或者梁端。

纵梁端挠度fc1=qal3/（24EI）（6a2/l2+3a3/l3-1）=41400×3.132×9.113/（24×2.1×1011×250500×10-8）（6×3.1322/9.112+3×3.1323/9.113-1）≈-0.001m

跨中挠度fc2=ql4/（384EI）（5-24a2/l2）=41400×9.114/（384×2.1×1011×250500×10-8）（5-24×3.1322/9.112）≈3.1×10-4m

所以最大挠度发生在纵梁跨中为fc1=-0.001m

fc1<[f]=a/400=3.132/400=0.008m,满足要求。

（四）、抱箍计算

1、荷载计算

每个盖梁按墩柱设两个抱箍体支承上部荷载，由上面的计算可知：

支座反力Rc=318.24kN,每个抱箍承受的竖向荷载N=2Rc=636.48kN,该值即为抱箍体需产生的摩擦力。

2、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=636.48kN

抱箍所受的竖向压力由M24的高强螺栓的抗剪力产生，查《路桥施工计算手册》第426页：

M24螺栓的允许承载力：

[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]=636.48/39.7=16.03≈16个，取计算截面上的螺栓数目m=20个。

则每条高强螺栓提供的抗剪力：

P′=N/14=636.48/20=31.82KN<[NL]=39.7kN

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=636.48kN/0.3=2121.6kN由高强螺栓承担。

则：

N1=Pb=2121.6kN

抱箍的压力由20条M24的高强螺栓的拉力产生。

即每条螺栓拉力为

N2=Pb/20=2121.6kN/20=106.08kN<[S]=225kN

σ=N1’/A=N2（1-0.4m1/m）/A

式中：

N2---轴心力

m1---所有螺栓数目，取：

20个

A---高强螺栓截面积，A=4.52cm2

σ=N”/A=Pb（1-0.4m1/m）/A=2121600×（1-0.4×20/10）/20×4.52×10-4

=46938kPa=46.938MPa＜[σ]=140MPa

故高强螺栓满足强度要求。

（3）求螺栓需要的力矩M

1）由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N2×L1

u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数

L1=0.015力臂

M1=0.15×106.08×0.015=0.239KN.m

2）M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°

M2=μ1×N2cos10°×L2+N2sin10°×L2

[式中L2=0.011

（L2为力臂）]

=0.15×106.08×cos10°×0.011+106.08×sin10°×0.011

=0.375（KN·m）

M=M1+M2=0.239+0.375=0.614（KN·m）

所以要求螺栓的扭紧力矩M≥0.614（KN·m）

3、抱箍体的应力计算：

（1）、抱箍壁受拉产生拉应力

拉力P1=10N2=1060.8（KN）

抱箍壁采用面板δ16mm的钢板，抱箍高度为0.5m。

则抱箍壁的纵向截面积：

S1=0.016×0.5=0.008（m2）

σ=P1/S1=1060800/0.008=132.6×106（Pa）=132.6（MPa）＜[σ]=158MPa

满足要求。

（2）、抱箍体剪应力

τ=（1/2N）/（2S1）

=（1/2×636480）/（2×0.008）

=19.89×106（Pa）=19.89MPa<[τ]=98MPa

根据第四强度理论

σW=（σ2+3τ2）1/2=（132.62+3×19.892）1/2

=134.1MPa<[σ]=158MPa

满足强度要求。

四、抱箍试验

为了保证施工安全，检验抱箍的承载力是否能够满足盖梁施工荷载要求，在盖梁施工前要进行抱箍试验。

（一）、试验柱浇筑

在桥梁墩柱施工前预先浇筑试验柱，试验柱直径与墩柱直径相同，南坑高架桥试验柱直径1.4m，高度2.5m，在试验柱立模之前对地面进行压实、硬化处理，模板要打磨干净，试验柱内配筋与墩柱配筋相同，保护层厚度按设计6cm预留，采用C35砼浇筑，浇筑过程砼要振捣密实。

浇筑完毕后要及时对砼进行养护处理。

（二）、抱箍安装

抱箍设计高度50cm，由直径1.4m两个半圆通过20根M24高强螺栓连接而成，抱箍体钢板厚度16mm，设计最大承载力1340kN。

抱箍具体构造图8。

等试验柱砼强度达到设计强度后方可进行抱箍试验。

试验时将成对的抱箍安装在试验柱墩柱上，抱箍与墩柱砼之间加2-3mm橡胶垫块，增大抱箍与墩柱砼之间的摩擦力，抱箍使用20根M24高强螺栓连接，螺栓的扭紧力矩达到抱箍计算所得的力矩值。

图8抱箍构造图

（三）、液压油顶的选择与安装

由抱箍计算过程可知单个抱箍承受的荷载为636.48kN。

试验时加载量为盖梁施工中受力最大（经计算盖梁两侧墩柱上的抱箍承受压力最大）的抱箍的承载力的1.5倍，即为954.72kN。

所以选择两台50t（500kN）液压千斤顶（有压力显示表）。

将两台液压千斤顶安装在两抱箍之间（如图9所示），固定牢固，保证千斤顶垂直度。

图9抱箍试验示意图

（四）、承载力试验

检查确认抱箍螺栓扭紧和千斤顶安装牢固后，两台液压千斤顶同时慢慢加压开始抱箍承载力试验，加压时时刻注意千斤顶压力表读数，保证两台千斤顶压力基本一致，不得偏压。

慢慢加载至500kN的压力，加载过程中观察抱箍与墩柱之间的相对滑动情况，以及抱箍的变形情况，若没有上述两种情况或者抱箍滑动和变形都很小，则抱箍承载力满足盖梁施工要求。

反之，抱箍要重新设计，加大承载能力。

保证盖梁施工所需承载力要求，确保施工安全。