三柱盖梁抱箍法模板及支撑体系设计计算书.doc
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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立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,边肋在底部重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,承受盖梁施工的所有荷载。 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)、重要材料数量汇总表 表 1 盖梁施工支撑体系材料登记表 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)、采用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实验,沉降及变形满足规定后方可使用。 (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登记表》。 (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/T 706-2023) (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,也许混凝土流动性较强,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,允许抗拉应力取140MPa,拉杆端焊接4.4级M22螺栓,抗拉强度400MPa,取最小值,即拉杆允许拉应力[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:拉杆强度满足规定! 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:拉杆梁满足规定! 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规定。 (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规定。(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记录得知: 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:横梁满足规定。 (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重要受力构件。 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,平均分派至两根主梁。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Autodesk Robot Structural Analysis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规定,即可保证安全性满足规定。但两端悬臂处下挠度超过允许值(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、拉杆的互相作用,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立4处观测点,监控实际施工的模板沉降情况,据此数据拟定是否需要设立上拱度和抛高。亦可以对主梁进行补强增长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高强螺栓的允许预拉力(取自JGJ82-1991 表2.2.1-2)。 结论:此时螺栓数量满足规定。 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高强螺栓的允许剪力:(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规定。 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成的预拉力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规定即可鉴定抱箍满足承载力规定。Q235钢材允许抗拉应力[σ]=140MPa,许用应力[σW]=113MPa,允许抗剪应力[τ]=85MPa。 抱箍壁纵向截面积: 假设所有螺栓达成最大预拉力,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:抱箍满足规定。- 配套讲稿:
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- 三柱盖梁抱箍法 模板 支撑 体系 设计 计算
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