盖梁抱箍法施工设计受力计算(正式16mm钢带)-(2)教学文稿.docx

盖梁抱箍法施工受力计算书
第一部分 盖梁抱箍法施工设计图
一、施工设计说明
1、概况
武胜嘉陵江特大桥引桥长488m，共有16个桥墩，除16#交界墩为空心薄壁墩外均为为双柱式（单幅），墩柱上方为盖梁，中间设置系梁。盖梁为长14.55m，宽2.0m，高1.8m的钢筋砼结构，如图1。

图1 盖梁正面图（单位：cm）
2、设计依据
（1）汪国荣、朱国梁编著施工计算手册
（2）路桥施工计算手册 人民交通出版社
（3）盖梁模板提供厂家提供的模板有关数据。
（4）规范和标准。
二、盖梁抱箍法结构设计
1、支架设置
支架支撑设计为抱箍，采用两块半圆弧型钢板（板厚t=12mm）制成， M24的高强螺栓连接，抱箍高50cm，采用30颗8.8级M24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8mm厚的高强橡胶垫，纵梁与抱箍之间采用U型螺栓连接。
抱箍上放置I56b主梁，主梁上设置间距50cm 2[14槽钢做分配梁，其上放置底模。
2、模板及支撑
模板采用“墙包底”模式，模板为特制大钢模,面模厚度为δ6mm，小楞采用间距30cm的[10槽钢，肋板高为10cm。侧模高190.6cm，在肋板外设2组2[16水平背枋，背枋中距125cm，上背枋距模板顶中距40cm，下背枋距模板底中距25.6cm。水平背枋外侧设置间距150cm2[16组合槽钢背楞，其上下端设置φ25mm精轧螺纹钢拉杆，上下拉杆间距200cm。为确保模板的稳固，在模板竖带外设φ48的钢管斜撑，支撑在底板分配梁上。底模与墩柱相交部位采用特制型钢支架。
5、防护栏杆与与工作平台
工作平台采用在地面用L75×5mm角钢、架管及钢丝网（侧面防护）、钢板网（底部）加工成的L型骨架平台，分节段吊装至盖梁分配梁上拼装而成。型加工成型宽80cm、高120设在分配梁悬出端。平台截面图下图：

图2 盖梁施工平台断面图

第二部分 盖梁抱箍法施工受力计算
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。
2、计算时未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。以做安全储备。
3、抱箍加工完成实施前，先进行压力试验，满足要求后方使用。
二、侧模支撑计算
1、力学模型
采用midas civll建模，侧模单块标准长度为3m，建模时仅取单面4.5m节段作受力计算，其中侧模与底模接触位置考虑仅受压支撑。qm为砼浇筑时的侧压力，T1、T2为拉杆承受的拉力，计算模型如图2所示。

图3 侧模计算模型图
2、荷载计算
砼容重按25kN/m3，钢材容重按78.5KN/m3考虑；
砼振捣对模板产生的侧压力按4kPa；
砼浇筑时的侧压力：qm=Kγh
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。
砼浇筑速度v按0.5m/h，入模温度按20℃考虑。
则：v/T=0.5/20=0.025<0.035
h=0.22+24.9v/T=0.22+24.9×0.025=0.843m
qm= Kγh=1.2×25×0.843=25.29kPa
考虑荷载分项系数,侧模最大荷载为：
q=1.2×25.29+1.4×4=35.95kPa

图4 侧模荷载图
侧模各组件受力分析结果如下：

图5 侧模骨架应力计算结果图

图6 侧模面板应力图

图7 侧模面板变形图
有：
σmax=86.5MPa<[σ]=145Mpa，
fmax=1.1mm<[f]=L/400=5.0mm及模板3mm变形要求
满足强度、刚度及模板规范要求。
三、底模及分配梁受力计算
采用间距0.5m工2[14槽钢作横梁，横梁长4.0m。在墩柱部位横梁设计为特制钢支架，该支架由[14型钢制作，每个墩柱1个，每个支架由两个小支架栓接而成。盖梁悬出端底模下设特制【14三角支架。
1、荷载计算
（1）盖梁砼自重：q1=1.2×25×1.8=54kPa
（2）施工荷载、振捣荷载：q2=3.5kPa
2、力学模型及计算结果（3m节段）

图8 分配梁及底板应力分布图

图9 分配梁及底模骨架受力变形图

图10 底模面板受力应力分布图

图11 底模面板受力变形图
有：σmax=91.7MPa<[σ]=145Mpa
fmax=1.9mm<[f]=L/400=5.5mm及模板3mm变形要求
满足强度、刚度及模板规范要求。
三、主纵梁受力计算
主纵梁采用2I56b工字钢，单根工字钢荷载如下：
砼荷载：梁端q1=1.2×0.9×2×25/2=27kN/m
等厚段：q2=1.2×1.8×2×25/2=54kN/m
振捣荷载：q3=1.4×2×2/2=2.8kN/m
人群荷载：q4=1.4×1.5×2/2=2.1kN/m
侧模、底模、分配梁荷载：
q5=5kN/m
合计：梁端均布荷载：36.9kN/m
等厚段：64.9kN/m

图12 主梁受力应力图

图13 主梁受力变形图

图14 主梁受力支承反力图
有：σmax=147.4MPa<1.3[σ]=188.5Mpa
fmax=17.1mm<[f]=L/400=21.1mm
支反力为：RA=RB=443.4KN
满足要求。
四、抱箍计算
（一）、荷载计算
每个盖梁按墩柱设2个抱箍体支承上部荷载，由上面的计算可知：
支座反力RA=RB=443.4kN，一个抱箍受力为886.8kN。
该值即为抱箍体需产生的摩擦力。
（二）、抱箍计算
1、抱箍对柱体压应力计算
螺栓数目计算（取8.8级M24高强螺栓），
抱箍体需承受的竖向压力P=886.8kN
抱箍所受的竖向压力由抱箍与墩身砼间静摩擦力抵抗，则钢带对墩柱的压应力为，
式中：
K----载荷安全系数，（抱箍采用高强螺栓连接，取K=1.7）；
B----钢带宽度，B取500mm
D----墩柱直径，D=1800mm；

=1.7*2956*1000/（500*3.14*1800）=1.78MPa<=14MPa
式中：=砼墩柱抗压强度容许值，其值不大于，墩柱砼标号为C30，施工中考虑凝期因素，取混凝土设计标号为C25号，轴心抗压强度=17.5MPa，==14 MPa。
2，钢带内应力

1）由受力分析可得

化简得=
式中：
r----墩柱半径，r=900mm；
t----钢带厚度，t=16mm；
代入计算得：
=100.1MPa<[σ]=145 MPa 图15 抱箍受力分析图
2）、钢带剪应力τ
τ=RA/（2S1）
=（886.8*1000）/（2×8000）
=55.43MPa<[τ]=85MPa
3）、根据第四强度理论
σW=（σ2+3τ2）1/2=（100.12+3×55.432）1/2
=138.7MPa<[σW]=145MPa
满足强度要求。
3、螺栓计算
1）螺栓拉力
钢带拉应力为=100.1MPa，则单侧螺栓拉力为：
Pb=A.σ2=8000×100.1/1000=800.8kN
15条M24的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为：
N1=Pb/15=800.8/15=53.4kN<P=225kN
故高强螺栓满足强度要求。
2）、螺栓需要的力矩M
A、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=0.15×53.4×0.015=0.120KN.m
B、M2为螺栓爬升角产生的反力矩,取升角为10°
M2=μ1×N′cos10°×L2+N′sin10°×L2
[式中L2=0.011 (L2为力臂)]
=0.15×53.4×cos10°×0.011+53.4×sin10°×0.011
=0.196(KN·m)
M=M1+M2=0.120+0.196=0.316KN·m
所以要求螺栓的扭紧力矩M≥31.6(kg·m)
施工时，螺栓扭紧力矩按40kg.m控制。
4、钢带加工长度计算：
半个钢带生产量为：
△L=（σ2/E）（πr）
=100.1×3.14×900/（2.06×105）
=1.4mm
加工时取两抱箍间距为20mm，则半个抱箍长度为：2806mm。
5、焊缝设计及计算
1）、焊缝受力计算
焊条采用E43型，手工焊接，刚才为Q235钢，焊缝形式为角焊缝。计算时，假设上下翼缘板焊缝承受全部弯矩，并将弯矩华为一对水平力，竖向焊缝承受全部剪力。半个抱箍单侧焊缝承受竖向压力为：
V=RA/2=443.4/2=221.7kN
M=V.e=221.7×0.1=22.17kN.m （e为受力点距抱箍外侧面距离，取0.1m）
翼缘焊缝收受水平力为：
H=M/h=22.17/0.5=44.34KN （上下翼缘板中距，取0.5m）
2）翼缘焊缝强度计算
σf1=H/he1lw1
=44.34×103/（0.7×8×300）
=26.4Mpa
式中：
he1：焊缝有效宽度，取0.7hf；
hf：焊角尺寸，取8mm；
lw：焊缝长度，取300mm。
3）腹板侧焊缝计算
τf=V/（2he2lw2）
=221.7×103/（2×0.7×8×480）
=41.2MPa
4）螺栓压力作用下焊缝受力
螺栓压力由所有焊缝承担，其中水平焊缝4条，竖向焊缝2条
σp=P/（∑helw）
=800.8*103/[0.7×8×（4×300+2×480）]
=66.2Mpa
5)、翼焊缝强度为：
σ翼=（σf12+σp2）1/2
=（26.42+66.22）
=71.3Mpa
σ腹=（τf 2+σp2）1/2
=（41.22+66.22）
=78.0Mpa
均小于焊缝160Mpa的强度设计值。满足施工要求。