盖梁抱箍法施工设计计算.doc

盖梁抱箍法施工设计计算
K17+667赛湖特大桥全长2644m，跨越赛湖湖面2200m，横跨赛湖大堤，同时跨越九江市沿湖规划道路中的滨湖大道，桥跨采用30m跨径T梁，全桥共17联（3*（6*30+5*30）+11*5*30）88跨；上部结构采用预应力混凝土（后张）T梁，先简支后连续；下部结构0#桥台采用柱式台，桥墩采用柱式墩，墩台采用灌注桩基础。全桥共有φ180cm的桩基358根13928延米，桩系梁174个，柱系梁92个（14#-59#墩），φ160cm墩柱348根，台帽2个，盖梁176个，30米T梁1232片。
连续墩盖梁底长11.2m，两端斜面水平方向长2.25m，高1m，顶长15.7m，宽2.2m，高2m，盖梁横坡通过墩柱调整。如图1所示。有伸缩缝墩盖梁尺寸宽2.4m，其他与连续墩盖梁相同。0#台台帽长16.74m，宽2.1m，高1.6m，构造图如图2所示。

图1 连续墩盖梁构造图

图2 台帽构造图
盖梁主筋为Ф28钢筋，每个盖梁钢筋重约10吨；采用C30混凝土，连续墩每个盖梁约64方，有伸缩缝墩盖梁每个盖梁约70方。全桥盖梁共需要材料：C30混凝土11715方，Ф28钢筋1252吨，Ф16钢筋16吨，Ф12钢筋500吨，Ф10钢筋7吨。
一、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、路桥施工计算手册 人民交通出版社
3、五金手册 饶勃主编
4、公路施工手册，桥涵（上、下册）交通部第一公路工程总公司
5、盖梁模板提供厂家提供的模板有关数据
6、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δ6mm，肋板高为10cm，在肋板外设 [10背带。在侧模外侧采用间距为1m的[14竖带，竖带高2.1m；在竖带上下各设一条Ф16的栓杆作拉杆，上下拉杆间距为1m。
端模为特制大钢模，面模厚度为δ6mm，肋板高为10cm，在肋板外设[10背带。端模外则由特制三角架背带支撑，空隙用木楔填塞。
2、底模支撑
底模为特制大钢模，面模厚度为δ8mm，肋板高为10cm。在底模下部采用间距40cm工16型钢作横梁，横梁长为5m。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2%的横向坡度与安装误差。与墩柱相交部位采用特制钢支架作支撑。
3、纵梁
在横梁底部采用两根45#工字钢作为纵梁，单根纵梁长19m。纵梁在墩柱外侧用[10槽钢连接，使纵梁形成整体，增加稳定性。横梁与纵梁采用U型螺栓连接；纵梁下为抱箍。
4、抱箍
抱箍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50cm，采用16根喷砂后涂无机富锌漆的16Mn钢高强螺栓连接。抱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。
5、工作平台与防护栏杆
工作平台设在横梁悬出端，在横梁上铺设2cm厚的木板，木板与横梁之间采用铁丝绑扎牢靠。
工作平台栏杆采用Ф50的钢管搭设，在横梁上每隔2m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插销连接。
三、横梁计算
采用间距0.4m工16型钢作横梁，横梁长5m。每个盖梁布设横梁32道。
1、荷载计算
（1）盖梁砼+钢筋自重：G1=（69.96+0.67×2）m3×24kN/m3+101 kN =1812kN
（2）模板自重（按钢筋砼自重的20%计算）：G2=1812×0.2=362kN
（3）施工荷载与其它荷载：G3=15KN
横梁上的总荷载：GH=G1+G2+G3 =1812+362+15=2189kN
qH=2189/15.7=139.4kN/m
横梁采用工16型钢，则作用在单根横梁上的荷载
GH’=139.4×0.4=55.8kN
作用在横梁上的均布荷载为：
qH’= GH’/lH=55.8/1.9=29.4kN/m(式中：lH为横梁受荷段长度，为1.9m)
2、力学模型： 如图3所示。

f=0.00211m=2.1mm
图3 横梁计算模型
3、横梁抗弯与挠度验算
选用I16,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下： E=2.1×105MPa，Wx=140.9cm3,A=26.11cm2,Ix/Sx=6cm(Ix=488cm4，Sx=80.8cm3)，b=0.62cm。
σ= Mmax/Wx=13.27/（140.9×10-6）
=94180KPa≈94MPa<[σw]=160MPa (可)
τ=QmaxSx/(Ixb)=27.93×80.8×106/(488×0.62×105)=74.6 MPa <1.3[τ]= 110.5Mpa（可）
最大挠度：max= =0.00211m=2.1mm ≤ l/400=1900/400=4.75mm (满足)
四、纵梁计算(忽略纵梁自重)
在横梁底部采用两根双拼工45b型16Mn钢作为纵梁，纵梁长19m。
1、荷载计算
（1）盖梁砼+钢筋自重：G1=（69.96+0.67×2）m3×24kN/m3+101 kN =1812kN
（2）模板自重（按钢筋砼自重的20%计算）：G2=1812×0.2=362kN
（3）施工荷载与其它荷载：G3=15kN
（14）横梁自重：G4=5×0.205×32=33kN
纵梁上的总荷载：Gz=G1+G2+G3+ G4 =1812+362+15+33=2222kN
纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q：
q= GZ/L=2222/15.7=141.5kN/m
单根工45b型钢所承受的均布荷载为： q′=q/4=35.4 kN/m
2、力学计算模型
建立力学模型如图4所示。

图4 纵梁计算模型图
3、结构力学计算
选用I45b,查《钢结构计算手册》得各相关力学参数如下： E=2.1×105MPa，Wx=1500.4cm3,A=111.4cm2,Ix/Sx=38cm(Ix=33759cm4，Sx=887.1cm3)，b=1.42cm。
根据计算模型，检算如下：
σ= Mmax/Wx＝187.58*106/（1500.4×103）＝125MPa>[σ]=210MPa
τ=QmaxSx/(Ixb)=162.84×887.1×106/(33759×1.42×105)=30.1 MPa <1.3[τ]= 110.5Mpa（可）
中跨跨中最大挠度：
ƒ max =0.019m=19mm ≤ l/400=9200/400=23mm (满足)
悬臂端最大挠度：
ƒ max= =0.0063m=6.3mm
五、抱箍计算
（1）、荷载计算
每个墩柱设一个抱箍支承上部荷载，由上面的计算可知：
每个抱箍承受的竖向压力N：
N= （Gz +纵梁自重）/2
=（2222 +0.8745×19×4）/2=1144kN
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=1144kN
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0.4；
n---传力接触面数目，取1；
K---安全系数，取1.7。
则：[NL]= 225×0.4×1/1.7=52.9kN
螺栓数目m计算：
m=N’/[NL]=1144/52.9=21.6≈22个，取计算截面上的螺栓数目m=24个。
则每条高强螺栓提供的抗剪力：
P′=N/15=1144/24=47.7KN<[NL]=52.9kN
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=0.4计算
抱箍产生的压力Pb= N/μ=1144kN/0.4=2860kN由高强螺栓承担。
则：N’=Pb=2860kN
抱箍的压力由24条M24的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为
N1=Pb/24=2860kN /24=119kN<[S]=225kN
σ=N”/A= N′（1-0.4m1/m）/A
式中：N′---轴心力
m1---所有螺栓数目，取：24个
A---高强螺栓截面积，A=4.52cm2
σ=N”/A= Pb（1-0.4m1/m）/A=2860×(1-0.4×24/22)/24×4.52×10-4
=148599kPa=149MPa＜[σ]=200MPa
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=u1N1×L1
u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数
L1=0.015力臂
M1=0.15×119×0.015=0.268KN.m
2)M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°
M2=μ1×N′cos10°×L2+N′sin10°×L2
[式中L2=0.011 (L2为力臂)]
=0.15×119×cos10°×0.011+119×sin10°×0.011
=0.269(KN·m)
M=M1+M2=0.268+0.269=0.537(KN·m)
=53.7(kg·m)
所以要求螺栓的扭紧力矩M≥55(kg·m)
（3）抱箍体的应力计算：
1、抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力P1=12N1=12×119=1428（KN）
抱箍壁采用面板δ16mm的钢板，抱箍高度为0.5m。
则抱箍壁的纵向截面积：S1=0.016×0.5=0.008(m2)
σ=P1/S1=1428/0.008=178(MPa)＜1.3[σ]=182MPa
满足设计要求。
2、抱箍体剪应力
τ=（1/2RA）/（2S1）
=（1/2×1144）/（2×0.008）
=35.7MPa<[τ]=85MPa
根据第四强度理论
σW=（σ2+3τ2）1/2=（1782+3×35.72）1/2
=177MPa<1.3[σW]=188MPa
满足强度要求。