盖梁抱箍法施工及计算(新)

-.z.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构造设计，盖梁构造的内力计算和抱箍支撑体系的内力验算，以及本工艺的施工方法。关键词:盖梁抱箍构造计算施工1.工程概况**西二环高速公路*边高架桥为左、右幅别离式高架桥，全桥长1280m，全桥共有盖梁84片，下部构造为三立柱接盖梁，上部构造为先简支后连续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.抱箍支撑体系构造设计2.1盖梁构造以20m空心板构造的支撑盖梁为例，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，栏杆周围挂平安网。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<0.035h=0.22+24.9v/T=0.6mPm=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范围内砼浇筑时的侧压力：σ=0.8P/2πr2=0.8m×24.2KN/〔2×174mm2〕=55.63MPaσ=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：Mma*=q0l02/8=17.6×12/8=2.2KN·mσ=Mma*/2W*=2.2×10-3/2×25.3×10-6=43.5MPa<[σw]=145MPa跨中挠度：fma*=5q0l04/〔384×2×EI*〕=0.0005mfma*＜[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I*=101.3cm4；抗弯截面系数W*=25.3cm3(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：Mma*=q0l02/8=3.6KN·m弯曲应力：σ=Mma*/W*=3.6/(3.75×10-4)=9.6MPa<[σw]=12MPa最大挠度：fma*=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：W*=bh2/6=0.1×0.152/6=3.75×10-4m3惯性矩I*=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/m5.2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构造，建立盖梁构造力学计算图如图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*1=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：δ11*1+Δ1p=0δ11=∑∫M12ds/EI=〔1/EI〕*〔1/2〕*(2l*l/2)*〔2/3〕*〔l/2〕=l3/6EIΔ1p=∑∫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*1=〔5ql2-6qa2〕/4l=293.92KN〔↑〕建立静力平衡方程：2RA+*1=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，Mma*=qa2/2=43.088×32/2=193.9KN·mMma*=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构造，求超静定构造的位移可用根本构造的位移来代替，因此在盖梁根本构造墩柱中间点F施加向下的单位力*2=1，求根本构造的内力和位移，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=*2=1*2*〔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〔↑〕fma*=-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根本构造梁端点D施加向下的单位力*3=1，求根本构造的内力和位移，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=*3=1*3〔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〔↓〕fma*=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—平安系数，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0.3K—荷载平安系数，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225KN6.3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"根本作业"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，围好平安网；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到达设计值，需进展荷载预压试验。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，假设下沉过大，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平安防护装置，浇注砼；⑧撤除模板时，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施工考前须知①墩柱砼强度到达设计强度的75%以上前方可施工盖梁；②在抱箍钢板内侧附一层3mm橡胶垫，