三柱盖梁抱箍法模板及支撑体系设计计算书.docx
《三柱盖梁抱箍法模板及支撑体系设计计算书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三柱盖梁抱箍法模板及支撑体系设计计算书.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
三柱盖梁抱箍法模板及支撑体系设计计算书
盖梁模板及支撑体系设计计算书
（一）、盖梁工程概况
本工程全线共七座桥梁，盖梁共40个，均为三柱式墩结构。
各部分尺寸各桥相同，分别为：
长15.2m，宽1.6m，高1.4m，混凝土33.2m³。
柱间距5.5m，两侧悬臂1.5m。
计划防震挡块同盖梁一起浇筑。
如图所示：
（二）、盖梁抱箍施工法结构设计
1、侧模设计
侧模为专用大钢模，面板采用δ=6mm的Q235钢板，肋板高度100mm。
其中纵肋（横桥向）、竖肋均采用[10槽钢，边肋为δ=12mm的Q235钢板与背肋连接。
整座盖梁侧模每侧设置16道拉杆梁，上下各有一道拉杆保证侧模稳定性。
2、底模设计
底模模为专用大钢模，面板δ=6mm，肋板高度100mm。
其中纵肋（横桥向）、横肋（顺桥向）均采用[10槽钢，边肋在底部主要受力区采用等边角钢L100×10，其余部分为δ=12mm的Q235钢板与背肋连接。
3、横梁（顺桥向）
采用[10槽钢立放，优先布置底模接缝处及薄弱处，然后再加密布置。
最大间距50cm。
4、主支撑梁（纵梁）
主梁采用28b工字钢，长度16m，安装在三个抱箍之上，承受盖梁施工的全部荷载。
5、抱箍
抱箍由两块半圆形高度为50cm的钢板（δ=10mm）制作而成。
两片抱箍间采用M20高强螺栓连接，每侧16颗，共计32颗。
与混凝土的接触面贴合一层2~3mm厚度的橡胶垫。
紧固高强螺栓使抱箍产生对墩柱混凝土面的侧压力产生摩擦力，为主梁提供足够的支座反力。
6、防护栏杆与工作平台
（1）在横梁上每隔3条横梁焊接一根竖向钢筋，长度50cm。
当横梁安装完毕时，将长度1.2m的钢管（Φ50×1.5），再沿纵向安装栏杆。
钢管间连接采用扣件连接。
（2）在横梁悬臂端放置竹胶板或竹踏板，方便作业人员走行。
（三）、盖梁抱箍法施工设计图
图01《桥墩盖梁模板支撑体系设计图》
图02《盖梁模板设计图
（一）》
图03《盖梁模板设计图
（二）》（含抱箍设计图）
（四）、主要材料数量汇总表
表1盖梁施工支撑体系材料统计表
部位
序号
名称
单位
数量
重量
（kg）
总重量
（kg）
备注
盖梁模板
1
C1侧模
块
4
936.2
3744.8
2
C2侧模
块
2
324.2
648.4
3
C3侧模
块
2
328.5
657.0
4
D1底模
块
2
339.2
678.4
5
D2底模
块
4
256.8
1027.2
6
D3底模
块
1
368.4
368.4
7
D4底模
块
1
371.1
371.1
8
D5底模
块
1
448.0
896.0
9
K1侧模
块
1
104.7
104.7
10
K2侧模
块
1
106.4
106.4
11
拉杆梁
组
32
34.8
1113.6
12
拉杆
根
32
5.4
172.8
13
支架
套
2
77.2
308.8
14
模板螺栓
个
228
36.0
36.0
15
防护栏
套
1
111.4
111.4
模板重量小计
10345.0
支撑部件
18
纵梁
根
6
7.0
42.0
安装在柱边
17
横梁
根
20
30.0
720.0
16
主梁
根
2
766.4
1532.8
15
抱箍
套
3
165.0
495.0
含螺栓
整套盖梁模板及支撑体系重量合计：
13134.8
（五）、设计简算说明
1、设计计算原则
（1）、满足结构受力的安全性。
（2）、在满足结构受力安全情况下考虑挠度变形控制及挠度调整。
（3）、采取比较符合实际的力学模型和实际的施工荷载。
（4）、尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。
2、注意事项
（1）、盖梁悬臂端为变截面，荷载分布不规则，但荷载必然比跨中段小，未简化计算采用与跨中段相同的均布荷载。
（2）、抱箍在使用前必须进行压力试验，沉降及变形满足要求后方可使用。
（3）、第一个盖梁浇筑时使用水准仪进行主梁挠度观测，安全监控的同时验证计算结果。
（4）、由于桥梁墩柱嵌入到模板内，故风荷载不予考虑。
（六）、常数及各部件参数
1、计算常量
（1）、重力加速度：
（2）、钢筋混凝土容重：
2、重力荷载
支撑体系中各构件质量取自前文《盖梁施工支撑体系材料统计表》。
（1）、盖梁钢筋混凝土自重：
（2）、整套钢模板自重：
（3）、横梁自重：
（4）、主梁（横桥向）自重：
（5）、单个抱箍自重：
（6）、施工荷载：
说明：
施工荷载假设浇筑时有工人及管理人员4名，60Kg/人；振动棒2台，25Kg/台；其它设备150Kg。
3、钢材力学参数
型钢、拉杆（圆钢）、钢板弹性模量：
型钢的截面力学参数详见以下图表。
图1型钢截面图
表2型钢参数表
型号
截面面积
（cm2）
理论重量
（kg/m）
x-x轴
y-y轴
y-y1轴
Z0
Ix
Wx
ix
Ix/Sx
Iy
Wy
Iy
Iy1
cm4
cm3
cm
cm
cm4
cm3
cm
（cm4）
（cm）
28b工字钢
61
47.9
7481
534
11.1
24
364
58.7
2.44
10#槽钢
12.74
10
198
39.7
3.94
25.6
7.8
1.42
54.9
1.52
注:
数据取自国标规范《热轧型钢》（GB/T706-2008）
（七）、侧模支撑计算
1、力学模型
假定混凝土浇筑时侧压力由拉杆和拉杆梁承受，如下受力图：
2、荷载计算
振捣棒产生的压力取Pz=4KPa
混凝土浇筑时的侧压力：
k为外加剂影响系数，夏季施工为防止坍落度损失，可能混凝土流动性较强，取1.3；
h为混凝土有效压头高度（m），根据总体施工计划，盖梁施工将在6、7、8月份，根据气象资料，入模温度T取30℃；浇筑速度v取0.45m/h。
延盖梁每延米上产生的侧压力按最不利因素考虑，即混凝土刚浇筑完毕时：
3、拉杆受力计算
拉杆拟采用Φ20mm的圆钢，容许抗拉应力取140MPa，拉杆端焊接4.4级M22螺栓，抗拉强度400MPa，取最小值，即拉杆容许拉应力[σ]=140MPa。
根据模板设计图得知，拉杆梁最大纵向间距为1.2m，计算拉杆的拉应力为：
结论：
拉杆强度满足要求！
4、拉杆梁受力计算
拉杆梁为2根[10槽钢连接（y轴向受力）制成，由上图可知T1、T2为拉杆梁的支点即支座反力，拉杆梁为简支梁，按模板设计图考虑模板肋宽及拉杆安装位置，取梁长l=1.7m。
砼侧压力按均布荷载考虑：
单根[10承受的荷载为：
最大弯矩：
弯曲应力：
挠度值：
结论：
拉杆梁满足要求！
5、纵肋（横桥向）受力计算：
侧模纵肋为单根[10槽钢（y轴向受力），上下间距0.3m，可按简支梁计算，梁长l同拉杆梁间距1.2m，拉杆梁为支点。
纵肋荷载q计算按最不利点，即最底部纵肋做受力计算，安全系数k=1.2：
最大弯矩：
结论：
由此可见纵肋最大弯矩远小于拉杆梁内单根槽钢，材料相同、截面相同，弯曲强度及挠度不做计算即可知其满足要求。
（八）、底模及横梁计算
1、底模纵肋计算
底模纵肋直接架在横梁之上（y轴方向受力），横向间距最大0.4m。
可按简支梁计算，梁长取横梁最大间距，即l=0.8m。
（1）、荷载计算：
荷载来自纵肋上方的混凝土重力以及混凝土振捣产生的荷载4KPa，安全系数k=1.2：
最大弯矩：
结论：
由此可见底模纵肋最大弯矩小于拉杆梁内单根槽钢，材料相同、截面相同，弯曲强度及挠度不做计算即可知其满足要求。
（上方混凝土高度大于1m时可不计振捣荷载）
2、横梁计算
横梁也为[10槽钢，延y轴方向受力，布置最大间距0.5m。
横梁承受0.5m范围内的盖梁砼自重、模板自重、施工荷载。
假设主梁工字钢在贴近墩柱位置安装，则受力模型如下：
荷载计算：
最大间距处在D1底模和两块C1侧模下方，由模板图纸及工程量统计得知：
单块C1底模为5.5×1.5m，重量936.2kg，附带6根拉杆梁重量34.1kg；单块D1底模重量339.2kg，纵向长度2.3m。
故横梁承受的模板重力为
2.454KN
横梁承受的混凝土重力荷载为：
施工振捣荷载取4KPa
均布荷载：
安全系数k=1.2
弯矩计算：
弯曲应力：
最大挠度值：
结论：
横梁满足要求。
（九）、主梁计算
主梁采用28b工字钢，长度l=16m，共两根，架设在抱箍平台之上，横梁分布在15.5m范围内，是整个盖梁模板支撑体系的主要受力构件。
1、荷载计算
前文已对荷载进行计算，主梁承受的荷载为盖梁混凝土及模板、横梁重力与施工过程中人员及机械的重力荷载，平均分配至两根主梁。
安全系数k=1.2
2、受力模型
建立力学模型如图：
由受力图得知，此结构体系属一次超静定结构，用位移法进行解算。
3、结构力学计算
（1）、计算支座反力Rc：
第一步：
解除C点约束，分别计算悬臂端荷载与梁中段均布荷载情况下弯矩与挠度。
C点位移量：
D、E点位移量：
C点位移量：
第二步：
计算C点支座反力RC作用下的弯矩与挠度
C点位移量：
第三步：
加入C点支座计算支座反力RC
加入C点支座后可得如下方程：
简化得：
（2）、计算支座反力RA、RB：
由静力平衡原理可得：
（3）、弯矩分析
由结构力学相关资料可得知，均布荷载下连续梁结构最大弯矩出现在支座顶负弯矩，根据叠加原理，此结构最大弯矩也出现在支座顶负弯矩，且由于两端悬臂处荷载作用，跨中正弯矩影响也会变小，故跨中弯矩不做计算。
由现有条件根据叠加原理可求得A、B、C点负弯矩：
由此可知，最大弯矩来自在A点和B点处负弯矩。
绘制均布荷载q弯矩图：
注:
此结果也在AutodeskRobotStructuralAnalysis软件中得到验证！
图示的正弯矩值为该软件计算
（4）、梁端最大位移
4、纵梁结构计算
（1）、弯曲应力：
根据以上力学计算得知，最大弯矩出现在A、B支座顶的负弯矩，代入q后：
（2）、最大挠度值：
最大挠度发生在主梁悬臂端，即：
结论及说明：
主梁抗弯强度满足施工要求，即可保证安全性满足要求。
但两端悬臂处下挠度超出容许值（l/400）。
在实际施工中，由于盖梁悬臂端混凝土量较小，混凝土重力荷载也相对较小，同时考虑到模板横梁、纵肋、拉杆的相互作用，实际下挠值应小于计算值fmax。
可在浇筑混凝土之前，分别在主梁悬臂端和跨中设置4处观测点，监控实际施工的模板沉降情况，据此数据确定是否需要设置上拱度和抛高。
亦可以对主梁进行补强增加其惯性矩及抗弯模量。
（十）、抱箍计算
1、抱箍承载力计算
由横梁计算得知，抱箍为主梁提供支座反力，则抱箍与墩柱摩擦力必须大于最大支座反力且承受自重。
支座反力最大出现在中间墩柱，则抱箍承受的最大竖向压力N为：
该值即需要抱箍产生的摩擦力。
（Rc仅为一侧的最大支座反力，有两根主梁，所以需乘2）
2、抱箍螺栓计算
根据抱箍结构图，由紧固32颗（n）SC8.8级M20高强螺栓产生的预拉力，使抱箍与墩柱混凝土面间产生竖向摩擦力。
但支撑力传导分以下两种情况：
情景一：
当主梁安装在抱箍平台时
按抱箍设计图，主梁在抱箍平台时，由抱箍平台产生的抗剪力支撑整个盖梁模板体系。
螺栓仅提供拉力，剪力由抱箍平台承担。
抱箍内侧平铺粘贴一层无纺土工布，取土工布与金属间的摩擦系数μ0=0.3。
则每颗螺栓的拉力：
[s]为SC8.8级M20高强螺栓的容许预拉力（取自JGJ82-1991表2.2.1-2）。
结论：
此时螺栓数量满足要求。
情景二：
当主梁安装在螺丝孔一侧时
由于部分墩柱高度较低，螺丝孔位于盖梁下，无法紧固，如将主梁安装在抱箍螺丝孔一侧时将会极大方便施工。
此时由螺栓产生的抗剪力支撑整个模板体系。
32颗M20高强螺栓的容许剪力：
（安全系数k取1.7）
结论：
32颗高强螺栓极限抗剪力大于施工荷载，故在此情况下亦可满足要求。
3、螺栓最小紧固扭矩计算
螺栓扭矩计算对抱箍法盖梁施工有很重要的指导意义，也是抱箍安全检查的重要内容。
由前文可知每根螺栓需达到的预拉力S=37.14KN，最小紧固扭矩可由下式计算：
k----扭矩系数，合格产品在0.11~0.15间，取最大值即0.15
d----公称直径，取20mm
则抱箍螺栓的最小紧固扭矩为：
最大允许扭矩:
安装主梁前使用扭力扳手检查，扭矩在112~330N·m范围内均可。
4、抱箍受力计算
根据抱箍结构图，抱箍壁由δ=10mm的Q235钢板制作，总高度50cm。
承重台部分及螺栓板由δ=20mm的Q235钢板制作，构件连接均为满焊。
由此可知，抱箍结构中最薄弱部分为抱箍壁，如其能满足抗剪及抗拉要求即可判定抱箍满足承载力要求。
Q235钢材容许抗拉应力[σ]=140MPa，许用应力[σW]=113MPa，容许抗剪应力[τ]=85MPa。
抱箍壁纵向截面积：
假设所有螺栓达到最大预拉力，抱箍承受的拉力为：
拉应力计算：
剪应力计算：
剪力最大处为主梁放置处，与支座反力RC等值，即
根据莫尔强度理论（第四强度理论），计算最大应力：
结论：
抱箍满足要求。
升级会员 