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盖梁抱箍法施工设计及计算第一部分 盖梁抱箍法施工设计一、施工设计说明1、工程概况本工程主要分部分项工程包括桩基础、承台(系梁)、立柱、墩盖梁(台帽)、预制小箱梁安装、整体化层及附属工程等。桥墩采用双柱式及三柱式墩。本次计算只选择下安立交PY6桥墩盖梁,其为本桥跨度最大的盖梁,墩柱中心距离为8.1595m,盖梁长度22.219m,宽1.8m,高1.6m ,悬臂长度2.95m,墩柱直径1.3m,砼浇筑方量为62.9m3。2、设计依据(1)交通部行业标准,公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)(2)汪国荣、朱国梁编著施工计算手册(3)公路施工手册,桥涵(上、下册)(4)路桥施工计算手册 人民交通出版社(5)盖梁模板提供厂家提供的模板有关数据。(6)施工图设计文件。(7)我单位的桥梁施工经验。二、盖梁抱箍法结构设计1、侧模与端模支撑侧模为特制大钢模,面模厚度为6mm,肋板高为8cm,在肋板外设14背带。在侧模外侧采用间距0.75m的14作竖带,竖带高2m;在竖带上下各设一条18的栓杆作拉杆,上下拉杆间间距1.8m。2、底模支撑底模为特制大钢模,面模厚度为6mm,肋板高为8cm。在底模下部采用间距0.3m8型钢作横梁,横梁长1.8m。盖梁悬出端底模下设三角支架支撑,三角架放在横梁上。横梁底下设纵梁。横梁上设钢垫块以调整盖梁底的横向坡度与安装误差。与墩柱相交部位采用特制型钢支架作支撑。3、纵梁在横梁底部采用两根贝雷片连接形成纵梁,长24m,纵梁在墩柱外侧采用10型槽钢使纵梁形成整体,增加稳定性。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;纵梁下为抱箍和千斤顶。4、千斤顶和抱箍为方便施工,抱箍与纵梁之间采用6个50T的螺旋千斤顶。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60cm,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23mm厚的土工布,纵梁与抱箍之间采用U型螺栓连接。5、防护栏杆与与工作平台(1)栏杆采用48的钢管搭设,在横梁上每隔1.2米设一道1.2m高的钢管立柱,竖向间隔0.5m设一道钢管立柱,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2横梁上铺设4cm厚的木板,木板与横梁之间采用铁丝绑扎牢靠。第二部分 盖梁抱箍法施工设计计算一、侧模支撑计算1、材料参数1)、所有的材料,工字钢和槽钢、角钢选用Q235,其材料参数为,材料的弹性模量E206Gpa=2.061011Pa屈服极限Qs=235MPa许用应力170MPa2)、其中拉杆的材料为45号优质钢,其材料参数为E206Gpa=2.061011Pa屈服极限Qs=335MPa许用应力200MPa2、 荷载计算根据桥涵规范普通模板荷载计算:凝土压力,下列二式计算,取其中最小值混凝土溶重,26KN/m3,V浇注速度,V1.0m/h,入模温度按20考虑。To砼初凝时间,浇注时温度T20oC,则to=200/(10+15)=8hB1外加剂影响修正系数,不掺外加剂取B11.0,掺具有缓凝作用的外加剂取B11.2,这里取1.2B2砼坍落度影响修正系数,16cm20cm时取1.2。一次浇注高度H=1.6m;分别按以下公式计算侧压力,取小值P10.22toB1B2 V0.5=65.9KPaP1=H=1.6m2.6=41.6KPa取P141.6KPa(2) 泵送混凝土浇注时(T10oC)对侧面横板压力P24.6V1/4=4.6KPa(3) 振捣混涨土时对侧面横板的压力P34KPa(4) 面横板即承受的总压力PPP1+P2+P3=41.67+4.6+4=50.2KPa图2-1盖梁侧模结构示意图图2-2盖梁侧模受力MIDAS CIVIL建模及受力图3、 拉杆拉力验算拉杆(18圆钢)间距0.75m,0.75m范围砼浇筑时的侧压力由上、下两根拉杆承受。则有:盖梁长度每0.75米上产生的侧压力按最不利情况考虑(即砼浇筑至盖梁顶时):拉杆最大受力的为下拉杆P23kN,=P/A=P/(r2)=23kN/(0.0092)=90384kPa=90.4MPa=200MPa(拉杆满足要求)4、竖带抗弯与挠度计算设竖带两端的拉杆为竖带支点,竖带为简支梁,梁长l0=1.6m,砼侧压力按均布荷载q0考虑。竖带14的弹性模量E=2.1105MPa;惯性矩Ix=563.7cm4;抗弯模量Wx=80.5cm3最大弯矩:为竖向背带14槽钢受力:Mmax=8.63kNm= Mmax/Wx=8.63kN/80.510-6m3=107204107MPaw=170MPa(满足受力要求)根据CIVCIL计算考虑两侧法兰钢肋及模板面板的受力,实际max=99.1Mpa同样满足设计要求。挠度:由模板变型图示可显示,梁肋间最大变型为2.277mm小于规范值f=l0/400=1.8/400=0.0045m4.5mm二、 横梁计算盖梁底模受有用间距为0.3m8作横梁,横梁长1.8m。详见下图:1、 荷载计算(1)盖梁砼自重:G1=1.8m1.6m26kN/m3=74.9kN/m(2)模板自重:G2=248kg/m2.48kN/m(根据模板设计资料)(3)施工荷载与其它荷载:G3=6kPa(倾倒砼荷载)+2kPa(振捣砼荷载)+2.5kPa(施工人员)1.8m=18.9kN/m盖梁底模板上的总荷载:GH=G1+G2+G3=1.274.9+1.22.48+1.418.9=119.316kN/m 每平方盖梁底模受到的压力为66.1kPa。2、 建立力学模型如图2-2所示。图2-2 横梁计算模型3、横梁抗弯与挠度验算横梁的弹性模量E=2.1105MPa;惯性矩I=198.3cm4;抗弯模量Wx=39.4cm3最大弯矩:Mmax= qHlH2/8=21.661.32/8=4.6kNm= Mmax/Wx=4.6/(39.410-6)=116134116Paw=170Mpa(可)最大弯矩位于竖向8槽钢:Mmax=3.46kN.m= Mmax/Wx=3.46/(25.310-6)=136769KPa136Paw=170Mpa(可)满足钢材设计应力值8在最大弯矩位置的断面应力值模板中间最大挠度值:fmax=2.795mm规范值f=l0/400=1.8/400=4.5mm(满足规范要求)。最大挠度:fmax= 5qHlH4/384EI=521.661.34/(3842.1108198.310-8)=0.0019mf=l0/400=1.8/400=0.0045m(可)三、纵梁计算在横梁底部采用两根贝雷片拼装作为纵梁,单根纵梁长24m(即单根采用8片贝雷片拼装,用支撑片进行连接成整体,计算时单片贝雷片加支撑片及其他附件按3.5kN/片进行计算)1、荷载计算(2)贝雷片与加强弦杆等自重:q1=3.5kN/3m=1.17KN/m(2)横梁8自重:q2 =8.04kg/m*1.8*1/0.3*10N=482.4N=0.4824KN/m(3)纵梁上受到总荷载:qz=GH+1q1+2q2=118.316kN/m+1.2(1.17+0.4824)kN/m=120.3kN/m2、 力学计算模型建立力学模型如图2-3所示。当两柱式盖梁受力:桩间距最大均为9.0米根据MIDAS CIVILS 最大弯矩位于跨中置,最大弯矩为347.3kN.m。支反力最大为448.1kN三柱式盖梁受力模形:PY6墩,桩间距最大16.319米根据MIDAS CIVILS 最大弯矩位于中间柱支点位置,最大弯矩为368.5kN.m。最大支反力为517.0kN4、 纵梁结构强度验算(1)根据以上力学计算得知,最大弯矩出现在纵梁三柱式中支座上单边梁Mc=368.5kN.m,出现在纵梁双柱式中支座上单边梁Mc=347.3kN.m。(2) 贝雷片的允许弯矩计算查公路施工手册桥涵第923页,单排单层贝雷桁片的允许弯矩M0为975kN.m。考虑到支点位置贝雷梁的局部剪力较大,考虑在贝雷梁下侧增加一排加强弦杆。加强型的贝雷梁的允许变矩应大于此计算值故:Mc=368.5kN.mM0975kN.m采用贝雷片满足强度要求5、纵梁挠度验算(1)贝雷片刚度参数弹性模量:E=2.1105MPa惯性矩:I=Ahh/2=(25.4824)150150/2=2293200cm4(因无相关资料可查,进行推算得出)(2)最大挠度发生在盖梁端fmax=420q/EI=420120.3/(2.1108229320010-8)=0.0105mf=3/400=3/400=0.0075m6、关于纵梁计算挠度的说明由于fmaxf,计算挠度不能满足要求。计算时按最大挠度在梁端部考虑,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、三角支架、模板等方面刚度作用,实际上梁端部挠度要小于计算的fmax值。实际实施时,在最先施工的纵梁上的端部、支座位置、中部等部位设置沉降监测测点,监测施工过程中的沉降情况,据此确定是否需要预留上拱度。五、 抱箍计算(一)抱箍承载力计算1、荷载计算每个盖梁按墩柱设三个抱箍体支承上部荷载,由上面的计算可知:支座反力最大为-517KN(计算中未考虑柱顶部份砼荷载,实际数量会少于-517kN,),考虑到抱箍螺栓计算已考虑安全系数,RA=RB=-517kN/1.2=-430.9kNR=2RA=-430.9kN2=-861.8kN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。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=-861.8kN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=Pn/K式中:P-高强螺栓的预拉力,取225kN;-摩擦系数,取0.35;n-传力接触面数目,取1;K-安全系数,取1.7。则:NL=2250.351/1.7=46.32kN螺栓数目m计算:m=N/NL= 861.8kN/46.32=18.6个,考虑抱箍有20条高强螺栓,满足受力要求。(2)螺栓轴向受拉计算砼与钢之间设一层土工布,按土工布与钢之间的摩擦系数取=0.4计算抱箍产生的压力Pb=N/=861.8kN/0.4=2154.5kN由高强螺栓承担。则:N=Pb=2154.5kN抱箍的压力由20根M24的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为N1=Pb/20=2154.5kN/20=107kNS=225kN=N/A=N(1-0.4m1/m)/A式中:N-轴心力m1-所有螺栓数目,取:20个A-高
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