桥梁盖梁抱箍法的施工及计算

盖梁抱箍法施工及计算

一、施工设计说明

1、 工程简介

高速公路****有桥梁2座。墩柱为两柱式或三柱式结构，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37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）

2、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

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（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

1、盖梁模板底模支撑

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。3、纵梁

在横梁底部采用单层；两排贝雷片（标准贝雷片规格：3000cm×1500cm，）连接形成纵梁，长18m，两排贝雷梁位于墩柱两侧，中心间距120cm。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。

4、抱箍

采用两块半圆弧型钢板（板厚t=10mm）制成， M24的高强螺栓连接，抱箍高70cm，采用14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。

5、防护栏杆与工作平台

(1)栏杆采用

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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，总重约11kN。

1、荷载计算

（1）盖梁砼自重：G1=37m3×24.5kN/m3=906.5kN

（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 =1008.8kN

q1=1008.8/17.2=58.65kN/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’作用在横梁上的均布荷载为：

q2= =58.65/1.7=34.5kN/m

2、力学模型

如图所示。

×1=58.65kN

=58.65

图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=2.1×105MPa;惯性矩I=712cm4;抗弯模量Wx=102cm3

为了简化计算，忽略两端0.25m悬挑部分的影响。最大弯矩：Mmax= =34.5×1.22/8=6.24kN·m

σ= Mmax/Wx=6.24/(102×10-6)

=61176.5kpa≈61.2MPa<[σw]=158MPa

满足要求。

最大挠度：fmax= 5 q2lH 4/384×EI=5×34500×1.24/(384×2.1×1011×712×10-8)=0.0006m<[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=1051.6kN

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：

q3= GZ/2L=1051.6/（2×17.2）≈30.6kN/m

2、力学计算模型

建立力学模型如图2-3所示。

图3 纵梁计算模型图

3、结构力学计算

（1）计算支座反力Rc：

Rc=30.6×17.2/2=263.2KN

最大剪力Fs=Rc-4.1×30.6=137.7KN

（2）求最大弯矩：

根据叠加法求最大弯矩。

图4 纵梁计算单元一

跨中最大弯矩Mmax1=92q3/8=309.8KN/m

图5 纵梁计算单元二

梁端最大弯矩Mmax2=4.12q3/2=257.2KN/m

叠加后得弯矩图：

图6 纵梁弯矩图

所以纵梁最大弯矩Mmax产生在支座处，Mmax= Mmax2=257.2KN.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)=30600×4.1×93/(24×2.1×1011×250500×10-8)(6×4.12/92+3×4.13/93-1) ≈0.004m

跨中挠度fc1=ql4/(384EI)(5-24a2/l2)= 30600×94/(384×2.1×1011×250500×10-8)(5-24×4.12/92) ≈0.2×10-4m

所以最大挠度发生在纵梁两端为fc1=0.004m

fc1<[f]=a/400=4.1/400=0.0103m,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= 263.2kN,每个抱箍承受的竖向荷载N=2Rc=526.4kN,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=526.4kN

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]=526.4/39.7=13.3≈14个，取计算截面上的螺栓数目m=14个。

则每条高强螺栓提供的抗剪力：

P′=N/14=526.4/14=37.6KN<[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=526.4kN/0.3=17.7kN由高强螺栓承担。

则：N1=Pb=17.7kN

抱箍的压力由14条M24的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为

N2=Pb/14=17.7kN /14=125.3kN<[S]=225kN

σ=N1’/A= N1（1-0.4m1/m）/A

式中：N2---轴心力

m1---所有螺栓数目，取：14个

A---高强螺栓截面积，A=4.52cm2

σ=N”/A= Pb（1-0.4m1/m）/A=17.7×(1-0.4×14/7)/14×4.52×10-4

=558kPa=55.5MPa＜[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=0.15×125.3×0.015=0.282KN.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)]

=0.15×125.3×cos10°×0.011+125.3×sin10°×0.011

=0.443(KN·m)

M=M1+M2=0.282+0.443=0.725(KN·m)

所以要求螺栓的扭紧力矩M≥0.725(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=7N2=877.1（KN）

抱箍壁采用面板δ10mm的钢板，抱箍高度为0.7m。

则抱箍壁的纵向截面积：S1=0.01×0.7=0.007 (m2)

σ=P1/S1=877100/0.007=125.3×106(Pa)=125.3(MPa)＜[σ]=158MPa

满足要求。

（2）、抱箍体剪应力

τ=（1/2N）/（2S1）

=（1/2×5200）/（2×0.007）

=18.8×106(Pa)=18.8MPa<[τ]=98MPa

根据第四强度理论

σW=（σ2+3τ2）1/2=（125.22+3×18.82）1/2

=129.2MPa<[σ]=158MPa

满足强度要求。

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