盖梁抱箍法施工计算书.docx

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δ6mm，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φ18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δ6mm，肋板高为8cm。在底模下部采用间距0.3m[8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2～3mm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φ48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
E＝206Gpa=2.06×1011Pa
屈服极限Qs=235MPa
许用应力[б]＝170MPa
2）、其中拉杆的材料为45号优质钢，其材料参数为
E＝206Gpa=2.06×1011Pa
屈服极限Qs=335MPa
许用应力[б]＝200MPa
2、 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
γ－混凝土溶重，γ－26KN/m3,
V－浇注速度，V＝1.0m/h，入模温度按20℃考虑。
To－砼初凝时间，浇注时温度T＝20oC，则to=200/(10+15)=8h
B1－外加剂影响修正系数，不掺外加剂取B1＝1.0，掺具有缓凝作用的外加剂取B1＝1.2，这里取1.2
B2－砼坍落度影响修正系数，16cm~20cm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
P1＝0.22γtoB1B2 V^0.5=65.9KPa
P1=γH=1.6m×2.6=41.6KPa
取P1＝41.6KPa
(2) 泵送混凝土浇注时（T>10oC)对侧面横板压力
P2＝4.6V1/4=4.6KPa
(3) 振捣混涨土时对侧面横板的压力
P3＝4KPa
(4) 面横板即承受的总压力P
P＝P1+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（φ18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P＝23kN,
σ=P/A=P/(πr2)
=23kN/(π×0.0092)=90384kPa=90.4MPa<[σ]=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=2.1×105MPa;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=8.63kN·m

σ= Mmax/Wx=8.63kN/80.5×10-6m3
=107204≈107MPa<[σw]=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σmax=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=0.0045m＝4.5mm

二、 横梁计算
盖梁底模受有用间距为0.3m[8作横梁，横梁长1.8m。详见下图：

1、 荷载计算
（1）盖梁砼自重：G1=1.8m×1.6m×26kN/m3=74.9kN/m
（2）模板自重：G2=248kg/m＝2.48kN/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=1.2×74.9+1.2×2.48+1.4×18.9=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=2.1×105MPa;惯性矩I=198.3cm4;抗弯模量Wx=39.4cm3
最大弯矩：Mmax= qH’lH2/8=21.66×1.32/8=4.6kN·m
σ= Mmax/Wx=4.6/(39.4×10-6)
=116134≈116Pa<[σw]=170Mpa(可)

最大弯矩位于竖向[8槽钢：Mmax=3.46kN.m

σ= Mmax/Wx=3.46/(25.3×10-6)
=136769KPa≈136Pa<[σw]=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= 5qH’lH4/384×EI=5×21.66×1.34/(384×2.1×108×198.3×10-8)=0.0019m<[f]=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+γ1q1+γ2q2=118.316kN/m+1.2×(1.17+0.4824)kN/m=120.3kN/m
2、 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517.0kN
4、 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.m＜[M0]＝975kN.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=2.1×105MPa
惯性矩：I=Ah×h/2=(25.48×2×4)×150×150/2=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=420×120.3/(2.1×108×2293200×10-8)=0.0105m
[f]=3/400=3/400=0.0075m
6、关于纵梁计算挠度的说明
由于fmax＞[f]，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=-430.9kN
R=2×RA=-430.9kN×2=-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]=Pμn/K
式中：P---高强螺栓的预拉力，取225kN;
μ---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]=225×0.35×1/1.7=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μ=0.4计算
抱箍产生的压力Pb=N/μ=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=107kN<[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：20个
A---高强螺栓截面积，A=4.52cm2
σ=N”/A= Pb（1-0.4m1/m）/A=2154.5kN×(1-0.4×20/10)/20/4.52×10-4
=47665kPa=48MPa＜[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=0.15×107×0.015=0.24KN.m
2)M2为螺栓爬升角产生的反力矩，升角为10°
M2=μ1×N1cos10°×L2+N1sin10°×L2
[式中L2=0.011
(L2为力臂)]
=0.15×107×cos10°×0.011+107×sin10°×0.011
=0.18kN.m+0.21kN.m=0.39
M=M1+M2=0.24+0.39=0.63(KN.m)
=63(kg.m)
所以要求螺栓的扭紧力矩M≥63(kg.m)
（二）抱箍体的应力计算：
1、抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力P1=10N1=10×107=1070（KN）
抱箍壁采用面板δ16mm的钢板，抱箍高度为0.6m。
则抱箍壁的纵向截面积：S1=0.016×0.6=0.0096(m2)
σ=P1/S1=1070/0.096=111 (MPa)＜[σ]=140MPa
满足设计要求。
2、抱箍体剪应力
τ=（1/2RC）/（S1）
=（1/2×861.8）/（0.0096）
=44.9MPa<[τ]=85MPa
根据第四强度理论
σW=（σ2+3τ2）1/2=（1112+3×44.92）1/2
=135MPa<[σW]=145MPa
满足强度要求。
（三）螺旋千斤顶计算
最大竖向压力RC=1022.8kN
则分配到每个螺旋千斤顶的荷载：861.8/2=430.9kN
故采用50T千斤顶满足要求。
考虑到抱箍计算过程中部分数据值接近规范极值且抱箍体计算未考虑安全系数，为确保安全，在原有抱箍基础上，我们添加了一30cm的抱箍使其形成双抱箍，其示意图如下：

附图：盖梁抱箍法施工

双柱式盖梁抱箍正面图

三柱式盖梁抱箍正面图