抱箍验算.docx

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抱箍验算

夹江县青衣江三桥及引道工程

盖梁抱箍法

施工技术方案及计算书

苏城建设集团有限公司

盖梁抱箍法施工技术方案及计算书

1、工程概况

本合同段共计桥3座，设计为双柱式桥墩，由于本合同段盖梁形式较多，本计算以跨度及重量最大的盖梁（青衣江特大桥盖梁24.4m×2.5m×2.5m）做受力分析，青衣江特大桥柱直径为￠2.2m、￠1.8m两种，盖梁截面尺寸及单个盖梁砼数量为：

24.4m×2.5m×2.5m、砼：

95.4m3。

2、抱箍法优点

2.1抱箍法是临时荷载及盖梁重量直接传给墩柱，对地基无任何要求；

2.2抱箍的安装高度可随墩柱高度变化，不需要额外的调节底模高度的垫木或分配梁；

2.3抱箍法适应性强，不论水中岸上、有无系梁，只要是圆形墩柱就可采用；

2.4抱箍法节省人力物力是显而易见的，因此从经济上讲是最合算的；

2.5抱箍法不会破坏墩柱外观，而且抱箍法施工时支架不存在非弹变形，不用进行预压；

2.6施工简便，使用周转材料少，现场易于清理，材料不易丢失，便于现场管理，且能缩短工期，经济效益客观，特别是在高墩施工或水中墩柱施工过程中更能显示出其优越性。

3、盖梁施工工艺

3.1盖梁支架、模板

结合本合同段墩柱、盖梁及实际地形情况情况，盖梁施工施工拟采用抱箍法无支架托架法施工。

在墩身上设置抱箍式的钢牛腿，再在钢牛腿上架设贝雷架，形成支撑梁，以承受帽梁施工时所产生的重力。

然后在其上搭设帽梁施工的支架模板。

为保证本工程的外观质量，盖梁施工采用在墩身上设置抱箍式的钢牛腿，再在钢牛腿上架设贝雷架纵梁形成承重支架，墩帽施工过程所产生的竖向力由贝雷架传至钢抱箍，再由钢抱箍与墩柱之间通过抱紧而产生的磨擦力抵消这一竖向力。

为使钢抱箍与墩柱的摩擦力足够大，内置1cm左右的橡胶垫，施工时先将两个半圆形的抱箍放至设计标高位置后，用22号高强螺栓紧固。

贝雷架设置在四个100吨的手动螺旋千斤顶上，贝雷架就位后，在其顶面铺设工16工字钢，形成工作面，进行墩帽施工。

钢抱箍在施工前要通过有关的设计计算，并通过实际试验验证后方可采用。

见：

盖梁现浇支架及模板图。

3.2钢筋制安

盖梁底模安装完成后绑扎钢筋，钢筋在加工场开料加工，运至现场后，用25T汽车吊吊上支架绑扎。

钢筋绑扎验收合格后再安装侧模。

3.3砼浇筑

混凝土施工顺序：

为了减少跨中的弯矩和变形，混凝土浇注从两柱开始往跨中进行浇注。

这样悬臂端产生的弯矩会抵消跨中一部分弯矩，从而增加了托架的安全性。

盖梁砼须一次浇筑完成。

墩盖梁砼由砼搅拌车运到浇筑现场，采用汽车吊配漏斗施工。

砼用插入式振捣棒分层振捣密实，分层厚度为30cm。

砼浇筑完成后，及时覆盖土工布保湿养护不少于７天。

当砼达到一定强度（一般为抗压强度达到2.5Mpa或根据现场施工试验结果）时征得监理工程师同意后可拆卸模板。

模板拆除后要及时整修模板，清除模板上的附着物及上脱模剂。

混凝土浇筑完成后及时养护。

养护采用土工布铺盖在盖梁顶板上浇水养护，养护时要有专人洒水养护，保持土工布湿润，不得干湿交替。

砼强度达到要求后再拆除底模和支架。

3.4支座垫石浇筑、支座安装

3.4.1钢筋制安支座垫石浇筑

盖梁砼浇筑完成后，测量放样定出垫石轴线，结合面凿毛清理干净，绑扎垫石钢筋网，安装模板，再测量放出垫石顶标高，然后浇筑砼。

3.4.2支座安装

永久支座安装时应注意：

1）支座到货后立即核对型号、规格、尺寸是否符合要求；核实各配件数量、质量是否准确；检查支座有否发生损坏；若不符要求则应退换或补齐。

2）测量放样，定出支座纵、横轴线和支座底板边线。

3）支座安装要严格按生产厂家要求及施工规范进行，简支箱梁桥支座安装在箱梁安装时准确安放。

3.5盖梁施工要点：

3.5.1支架的受力及变形经严格计算，设置合理的预拱度及预留沉降量。

3.5.2浇筑过程中，及时观测支架的变形及沉降。

3.5.3浇筑适应设计合理的浇筑顺序、分层厚度，注意均衡受力，防止倾覆。

4、力学原理及结构形式：

是利用在墩柱上的适当部位安装抱箍并使之与墩柱夹紧产生的最大静摩擦力，来克服临时设施及盖梁的重量。

抱箍法的关键是要确保抱箍与墩柱间有足够的摩擦力，以安全地传递荷载。

抱箍的结构形式：

抱箍的结构形式采用两个半圆形的钢板，通过连接板上的螺栓连接在一起，使钢板与墩身密贴，能够承受一定的重量而不变形，板的高度由连接板上的螺栓个数决定。

箍身的结构形式：

抱箍安装在墩柱上时必须与墩柱密贴，这是个基本要求。

由于各墩柱的圆度是不同的，即使同一墩柱的不同截面其不圆度也千差万别。

因此，为适应各种不圆度的墩身，抱箍的箍身宜采用不设环向加劲的柔性箍身，即用不设加劲板的钢板作箍身。

连接板上螺栓的排列：

抱箍上的连接螺栓，其预拉力必须能够保证抱箍与墩柱间的摩擦力能可靠地传递荷载。

因此，要有足够数量的螺栓来保证预拉力。

如果单从连接板和箍身的受力来考虑，连接板上的螺栓在竖向上最好布置成一排。

但这样一来，箍身高度势必较大。

尤其是盖梁荷载很大时，需要的螺栓较多，抱箍的高度将很大，将加大抱箍的投入，且过高的抱箍也会给施工带来不便。

因此，只要采用厚度足够的连接板并为其设置必要的加劲板，一般均将连接板上的螺栓在竖向上布置成两排。

这样做在技术上是可行的，实践也证明是成功的。

因此，抱箍采用如图所示的结构形式：

5、受力验算：

5.1施工托架设计和验算

　5.1.1施工荷载计算

若施工托架平台及盖梁重量为G，取2.5×2.5截面盖梁、砼数量95.4m3为例计算。

施工荷载包括：

平台及盖梁模板自重，钢筋混凝土重量，施工人员及设备重量，灌注砼时振捣产生的冲击力等。

1）贝雷架36片约n1=108KN

2）定型钢模板系统重量：

拟采用5mm厚钢板制作，模板自重为65Kg/m2，则n2＝100KN）

3）钢筋混凝土重:

n3=95.4×25.5=2385KN

4）施工人员及设备重:

取n4=2.5KN

5）振捣砼时产生振捣力:

n5=5KN

施工荷载G=∑ni=n1+……+n4+n5=108+100+2385+2.5+5=2600.5KN

平均受力q=2600.5/24.4=106.578KN

不平均受力系数考虑1.1则106.578×1.1=117.236KN

5.2贝雷架受力分析

工字梁受力分析：

托架取最不利受力组合状态进行分析，即跨中承受最大弯矩，受力计算模式见图：

AB

ala

取1.25为容许应力安全系数，作用在纵梁上的均布荷载

q=2600.5×1.25/24.4=133.2KN/m

5.2.1跨中最大弯距：

Mmax=ql2/8=133.2×14.32/8=3405.3kN·mm

需要截面抵抗矩Wx≥Mmax/x.f=3405.3×106/1×210=1.62×107mm3,其中:

x.f=[σ]=210MPa，

5.2.2强度验算

1）抗弯强度验算：

Mx/γx·Wnx=298.4×106/1×1940×103=153.8N/mm2=153.8Mpa＜[σ]=210MPa满足要求

2）抗剪强度验算

VSx/Ix.tw=168.1×103/（42.4×10×11.5）=34.5N/mm2=34.5MPa＜[τ]=120MPa满足要求

3）跨中扰度验算

横梁的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩I=48560cm4，

fmax=5qL4/（384×2EIx）=5×93.5×7.14/384×2×2.1×108×48560×10-8=0.015m＜[f]=L/400=14.3/400=0.036m

由于fmax＜[f]，计算挠度能满足要求。

关于纵梁计算挠度的说明：

计算时按最大挠度在跨中考虑，由于盖梁悬出端的砼量较小，悬出端砼自重产生荷载也相对较小，考虑到横梁、模板等方面刚度作用，实际上梁跨中挠度要小于计算的fmax值。

实际施工中为了减少跨中的弯矩和变形，混凝土浇注从两柱开始往跨中进行浇注。

这样悬臂端产生的弯矩会抵消跨中一部分弯矩，从而增加了托架的安全性。

经各项受力验算，所选择工字钢形式满足受力要求。

5.3抱箍设计和受力验算

5.3.1抱箍承载力计算

1）荷载计算

每个盖梁按墩柱设两个抱箍体支承上部荷载：

支座反力RA=RB=q（a+L/2）

=93.5×（5.05+14.3/2）=1140.7kN

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最大摩擦力。

5.3.2抱箍受力计算

1）螺栓数目计算

每个抱箍体需承受的竖向压力N=RA=1140.7kN。

抱箍所受的竖向压力假定由M22的高强螺栓的抗剪力产生，查《路桥施工计算手册》M22螺栓的抗剪允许承载力计算如下：

[NL]=P.μ.n/K

式中：

P---高强螺栓的预拉力，取M22P=177kN;

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]=177×0.3×1/1.7=31.2kN

螺栓数目m计算：

m=N，/[NL]=1140.7/31.2≈37个，每个高强螺栓提供的抗剪力：

P′=N/37=1140.7/37=30.83KN≤[NL]=31.2kN,考虑螺栓重复使用的疲劳性，取计算截面上的螺栓数目m=40个，则每个高强螺栓提供的抗剪力：

P′=N/40=1140.7/40=28.52kN≤[NL]=31.2kN

故能承担所要求的荷载。

2）螺栓轴向受拉计算

（1）最大静摩擦力

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N=μ×N’

式中：

N——与墩柱间的最大静摩擦力；

N’——与墩柱间的正压力；

μ——抱箍与墩柱间的静摩擦系数

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N’=N/μ=1140.7kN/0.3=3802kN由高强螺栓承担。

则：

N’=Pb=3802kN

抱箍的压力由40条M22的高强螺栓的拉力产生。

即每条螺栓拉力为：

N1=Pb/40=3802N/40=95.05kN<[S]=177kN

轴向拉应力σ=N”/A=N′（1-0.4m1/m）/A

式中：

N′---轴心力

m1---所有螺栓数目，取：

40个

A---高强螺栓截面积，A=πr2=3.14×222/4=380mm2

σ=N”/A=Pb（1-0.4m1/m）/A=3802×（1-0.4×40/10）/（40×380）=100MPa＜[σ]=120MPa

故高强螺栓满足强度要求。

5.3.3抱箍体的应力计算：

1）抱箍壁为受拉产生拉应力

拉力P1=N1×40=95.05×40=3802（KN）,抱箍壁采用面板δ12mm的钢板，抱箍高度为0.6m。

则抱箍壁的纵向截面积：

S1=0.012×1.8×3.14/2=0.034（m2）

σ=P1/S1=3802/0.034=111823Kpa=111.823MPa＜[σ]=210MPa

满足设计要求。

2）抱箍体剪应力

τ=RA/（2S1）

=1140.7/（2×0.034）=16775Kpa=16.775MPa<[τ]=120MPa满足强度要求。

5.3.4抱箍结构设计

抱箍与墩柱间的正压力N与螺栓的预紧力产生的，本工程每个抱箍每侧按双排结构形式布置，修正每排螺栓个数为n+1，根据抱箍的计算结果螺栓总数为每个抱箍采用M22高强度螺栓20个，因此，每排螺栓个数为10个，总共40个。

5.3.5抱箍法施工的注意事项

1）箍身应有适当强度和刚度，以传递拉力、摩擦力并支承上部结构重量，本工程采用厚度为16mm的钢板。

2）由于抱箍连接板是直接承受螺栓拉力的构件，要有足够的强度和刚度，根据理论计算及实践经验，以采用厚度为24mm～30mm的钢板为宜。

3）抱箍内直径宜比圆柱直径小1～2cm；抱箍与砼接触面处垫1cm左右的橡胶板，以增大抱箍与砼之间的摩擦力及接触密实程度。

4）在使用抱箍法施工时，为了确保施工安全每排螺栓个数必须比理论计算个数多一个。

本工程设计验算螺栓总数为37个，每排4个抱箍连接螺栓，实际施工采用40个，每排10个。

在重复使用过程中，必须检查螺栓是否滑丝，开裂现象，否则坚决不能使用。

5）由于抱箍连接板上螺栓按双排布置，外排螺栓施压时对箍身产生较大的偏心力矩，对箍身传力有不利影响，因此，螺栓布置应尽可能紧凑，以刚好能满足施工及传力要求为宜。

6）为加强抱箍连接板的刚度并可靠地传递螺栓拉力，在竖直方向上，每隔2～3排螺栓应给连接板设置一加劲板。

7）抱箍试拼可在墩柱底进行，抱箍与砼接触处垫1cm左右的橡胶板。

抱箍拼装好后，连接处的螺栓必须分三次进行拧紧。

第一次在抱箍拼装好后进行，第二次在抱箍拼装好后第二天进行，第三次在给抱箍加压后进行，压力的大小必须与抱箍理论承受的荷载一致，并在加压后检查抱箍是否有下沉现象。

抱箍螺栓使用前必须检查是否有缺陷。

8）抱箍与墩柱间的正压力是由连接螺栓施加的，螺栓应首先进行预紧，然后再用经校验过的带响板手进行终拧。

预紧及终拧顺序均为先内排后外排，以使各螺栓均匀受力并确保螺栓的拉力值。

9）浇筑盖梁混凝土时，由于抱箍受力后产生变形，螺栓的拉力值会发生变化。

因此，在浇筑盖梁的全过程中应反复对螺栓进行复拧，即每浇筑一层混凝土均应对螺栓复拧一次。

10）抱箍施工工艺流程

抱箍法施工工艺流：

抱箍加工→抱箍拼装→抱箍吊装→安装盖梁模板→吊装钢筋笼→盖梁砼施工。