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大桥墩柱盖梁抱箍施工方案

盖梁施工采用在墩柱上设置2cm厚钢抱箍，一个墩柱两个抱箍，高度为50cm，墩柱每侧采用2根Ⅰ36a工字钢作横梁，横梁上面铺设Ⅰ16工字钢作分配梁，分配梁上安放定型钢模板。本图按φ2.0m柱径计算，φ1.8m柱径盖梁尺寸比φ2.0m柱径盖梁小,不作计算,其它受力相同，故只计算φ2.0m柱径盖梁即可。盖梁混凝土:41.4m3。
盖梁特点及模板和支架布置图
2 结构计算：
Ⅰ36a工字钢，总长L=12m,悬臂L1=2.4m，墩柱净距L2=4.6m
2.1盖梁砼重量：
q1=41.4×26=1076.4 kN
2.2模板、支架自重
1、盖梁两侧各设置一根Ⅰ36a工字钢作为施工主梁，长12m
q2=59.9×10×12×2÷1000=14.376kN
2、主梁上铺设Ⅰ16工字钢作为施工横梁，每根长3.5m，墩柱外侧各设3根，两墩柱之间设置8根，间距为0.72m，共14根。
q3=20.5×10×4.8×14÷1000=13.776 kN
3、 Ⅰ16工字钢上铺设盖梁定型钢模板，荷载按0.75kN/m2计算, 定型钢模板为70m2
q4=70×0.75=52.5 kN
2.3、施工人员、机具重量，查《路桥施工计算手册》荷载按2.5kN/m2
q5=（10.98×4.8）×2.5=131.76 kN
2.4 查《路桥施工计算手册》振捣砼产生的荷载为2kN/m2，砼浇筑产生的冲击荷载为2kN/m2
q6=（10.98×4.8）×(2+2)=210.816kN
荷载分顶系数:静荷载取1.2，动荷载取1.4。
合计：(1076.4+14.376+13.776) ×1.2+(52.5+131.76+210.816)×1.4=1878.99 kN
3 横梁、主梁及抱箍验算
3.1 横梁验算（单位：kN、m、mPa）

横梁受力简图
3.1.1 Ⅰ16工字钢截面特性：
截面矩W=141cm3, 惯性矩I=1130cm4, 弹性模量E=2.06×105N/mm2。面积A=26.1m2
作用于横梁上的荷载：q横=1878.99 /(11.4×2.3) ×0.62=44.431 kN/m
1） 弯矩图Mmax=21.72 kN.m

2） 剪力图tmax=44.431 kN

强度应力：σ=M/w=21.72×103/141=155.1 mPa＜［σ］=215mPa
剪应力：τ = (Q/S）×10＝16.98 mPa＜［τ］=125mPa
3） 位移图

根据计算，单元
（1）及（3）端部位移为：-0.5mm；单元（2）中部的位移最大，为3.8mm＜2300/400=5.75mm,满足要求。
I16工字钢作横梁满足施工要求！
3.2 主纵梁计算
3.2.1 I36a工字钢截面特性
截面矩W=875 cm3, 惯性矩I=157630 cm4, 弹性模量E=2.06×105N/mm2，面积A=76.3m2。
3.2.2 受力计算
1） 主梁受力简图(单片梁)
q主=44.431×2.3/2=51.096 kN

2)弯矩图Mmax=275.918 kN.m

强度应力：σ=M/w=275.918×103/(875×2)=157.67 mPa＜［σ］=215mPa
3)剪力图tmax=204.384 kN

剪应力：τ=(Q/S）) ×10＝13.4 mPa＜［τ］=125mPa
4)位移图

根据计算：单元（1）及（15）悬臂位移为-5.95mm＜2400/400=6mm。单元（8）的位移最大为6mm＜6600/400=16.5mm。满足要求。

根据计算，支座反力357.672 kN。
因此由上述计算可知：
2根12米长I36a工字钢作横梁，满足施工要求！
3.3 抱箍验算
3.3.1 设计荷载
盖梁自重，模板自重（底模自重和侧模自重），I14工字钢分配梁自重，I36b横梁自重，施工人员及机械荷载，振捣冲击荷载。
根据计算可得，一个抱箍的受力按：
N=G=357.672×2＝715.344kN
3.3.2 螺栓抗剪计算
抱箍所受的竖向压力由M30的高强螺栓的抗剪力产生，查《路桥施工计算手册》：
M30螺栓的容许抗剪承载力：
[NL]=μnP/K
式中：
P---8.8s M30高强螺栓的预拉力，取250kN；
μ---摩擦系数，取0.30；
n---传力接触面数目，取0.85；
K---安全系数，取1.7。
则：[NL]=230×0.30×0.85/1.7=34.5 kN
得螺栓数目m：
m＝N/[NL]=715.344/34.5=20.73个，取22个
则每个高强螺栓提供的抗剪力：
N′=N/m=715.344/22=32.52 KN<[NL]=91.9kN
故一个抱箍由21个8.8s M30高强螺栓能承担所要求的荷载。
3.3.3 钢带与墩柱的摩擦力计算
3.3.3.1 钢带对墩柱的压应力σ1公式
μσ₁BπD＝N kN
式中：μ——摩擦系数，取0.30；
B——钢带宽度，本例取500mm；
D——墩柱直径，本例2000mm；
K——荷载安全系数取1.5；
N——传于牛腿上的上部荷载，本例为715.344kN；
[σc]——砼墩柱抗压强度容许值，其值不大于0.8Rab，
墩柱混凝土设计标号为30号，轴心抗压强度Rab＝21mpa×0.8Rab＝0.8×21＝16.8mPa。
代入相关量值得：
σ1＝K×N /(μBπD)=1.14mPa＜[σc]＝16.8 mPa

3.3.3.2 钢带内应力σ2力的合成图（见图4）

由图4可得：

化简得：σ2＝σ1r/t
式中：t——钢带厚度，本例为20mm；
r——墩柱半径1000mm。
代入相关量值得：
σ2＝σ1r/t =1.14×1000/20=57 mPa＜[σ]＝140 mPa
式中：σ——A3钢轴向应力容许值[σ]＝140 mPa。
则：半个钢带所受拉力P：
P＝σ2A＝57×（20×500）/1000=570 kN。
一个钢带所受拉力：2P=1140 kN
一个高强螺栓设计抗拉力Nt：
Nt＝(Ae×1)×ftb＝(706.86×1)×400/1000＝282.74 kN。
11 Nt=11×282.74＝3110.1 kN
式中：A——钢带横截面面积；
Ae——螺栓有效截面积，取Ae＝3.14×15²＝706.86 mm²；
ftb——8.8级螺栓抗拉强度设计值，为400mPa。
11Nt ＞2P，可以使用。
3.3.3.3 半个钢带伸长量
σ2＝57 mPa时，半个钢带伸长量为△L
△L＝（σ2/E）π×r
钢带加工长度L（半个）：
L＝πr－△L＝（1－σ2/E）πr
式中：E——钢带的弹性模量，为2.06×105 mPa。
代入相关值得：
L＝（1－57/206000）×3.14×1000＝3139 mm。
两半抱箍接头间隙取20mm，则取L＝3110mm，一侧牛腿腹板处采用11根承压型连接高强度8.8级M30螺栓，分三排布置，螺栓孔直径取32mm。
3.3.3.4 抱箍轴向受拉计算
砼与钢抱箍之间的摩擦系数取μ=0.3计算
抱箍产生的压力Pb= N/μ=715.344/0.3=2384.48 kN由高强螺栓承担。
则轴心力：N′=Pb=2384.48 kN
一个抱箍的压力由22个M30高强螺栓的拉力产生，即每个螺栓拉力为：
N1=Pb/22=2384.48 /22=108.39 kN<[P]=250×0.9=225 kN
σ=N″/A= N′（1-0.4m/m₁）/A
式中：
N′---轴心力
m---所有螺栓数目，取：22个
m₁---一端螺栓数目，取：11个
A---Φ30高强螺栓截面积，A=706.86 mm²
σ=N″/A= N′（1-0.4m/m1）/A=2384.48×10³×(1-0.4×22/11)/(22×706.86)
=30.67 mPa＜[σ]=140mPa
故高强螺栓抗拉强度满足要求。
3.3.3.5 抱箍体的应力计算
1）、抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力：P1=11N1=11×108.39=1192.29（kN）
抱箍壁采用面板δ20mm的钢板，抱箍高度为500mm。
则半个抱箍壁的纵向截面积：
S1=20×500=10000(mm2)
σ=P1/S1=1192.29×103/（2×10000）=59.61(mPa)＜[σ]=140mPa
抗拉强度满足设计要求。
2）、抱箍体剪应力
τ=N/（2S1）
=715.344×1000/（2×10000）=35.77 mPa<[τ]=85mPa
抗剪强度满足要求！
3.3.3.6 根据第四强度理论
σW=（σ2+3τ2）1/2=（59.612+3×35.772）1/2
=85.98mPa<[σW]=145mPa
[σW]——弯曲应力容许值。
满足弯曲强度要求。
3.3.4 抱箍焊缝设计
焊条采用E43型，手工焊，钢材Q235钢，焊缝形式为角焊缝。
按照焊缝传递应力与母材所承受应力相协调的原则，由于腹板焊缝传递弯矩很小，可略去不计。即假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承受全部弯矩M，并将M化成一对水平力H＝M/h。
将G/4等效为剪力V与弯矩M的合成，即：
V＝G/4＝1430.688/4=357.672 kN
M=G/4×e＝357.672×0.1＝35.767 kN•m
e——牛腿受力点至墩外缘的水平距离10cm
1）、翼缘焊缝所承受的水平力：
H＝M/h＝35.767/0.49＝77.08 kN
式中：h——牛腿上下翼缘焊缝中线间距离(500-2×5)=490mm。
2）、在水平力H作用下
翼缘焊缝强度：
σH＝H/（he1∑Lw1）＝77.08×103/（0.7×8×（4×480））＝7.17 mPa
式中：
he1——焊缝有效宽度，取he1＝0.7hf；
hf——焊缝焊角尺寸，本例为8mm；
Lw1——翼缘水平焊缝长度，取480mm
3）、在剪力V作用下腹板侧焊缝剪应力为τf：
τf＝V/（he2∑Lw2）＝357.67×103/（0.7×8×(4×480)）＝33.27 mPa
式中符号同上。
he2——焊缝有效宽度，取he1＝0.7hf；
hf——焊缝焊角尺寸，本例为8mm；
Lw2——翼缘竖直焊缝长度，取500－2×10＝480mm
4）、螺栓压力P由翼焊缝及腹板焊缝共同承担，所以在螺栓压力P作用下
σp＝P/（）＝（2384.48/2）×103/（0.7×8×（4×480））＝110.89 mPa。
式中符号含义同上。所以：
5）、腹板焊缝强度σ翼
σ翼＝(σ2H+σ2p )1/2=(6.972+92.912 )1/2=93.17 mPa
＜βfffw＝1.22×160＝195.2 mPa；
6）、腹板焊缝强度σ腹
σ腹＝((σH/σp) 2+τ2f )1/2=((7.17/110.89) 2+33.272 )1/2=33.27＜ffw＝160 mPa；
式中：βf——正面焊角强度增大系数，取βf＝1.22；
ffw——角焊缝抗拉、压、剪的强度设计值，为160mPa。
经过以上计算可知，初拟抱箍尺寸安全可行。
3.3.5 螺栓需要的力矩M
1)由螺帽压力产生的反力矩M1=μ1N1×L1
μ1=0.15钢与钢之间的摩擦系数
力臂L1=0.022m 大六角标准螺帽对边宽度
M1=0.15×108.39×0.022=0.358 kN·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
力臂L2=0.014m M30螺栓有效直径
M2=0.15×108.39×cos10°×0.013+108.39×sin10°×0.013=0.453 kN·m
M=M1+M2=0.358+0.453=0.811 kN·m=81 kg·m
所以要求螺栓的扭紧力矩M≥81kg·m
4 抱箍法施工过程
4.1根据盖梁设计标高反算出抱箍钢带下沿在墩柱上的位置，并在其上做好标记，以便抱箍准确就位。
4.2将两半抱箍用牛腿处螺栓固定成型，置于墩柱下方地面上。
4.3在两牛腿处螺栓之间穿一钢丝绳，用吊车钩住钢丝绳将抱箍吊装就位。吊装时，注意在两牛腿板下方撑一钢筋，以确保抱箍不变形。
4.4抱箍按墩柱上标高准确就位后，就要紧固牛腿处螺栓。因为此处螺栓承受力较大，为便于施工，需将扳手把加长，可加焊一根100cm长，Φ28的钢筋，紧固时，由两人踩加长的钢筋，直到踩不动为止，再复核两半抱箍接头间隙是否小于等于3cm（设计要求）直到符合要求为止。
4.5把两根Ⅰ45a横梁吊置于墩柱两侧牛腿上，用拉杆在两端将两者拉紧，防止其向两侧倾覆，其上安放木楔、分配梁和盖梁底模。
4.6搭设简易脚手架，供施工时工人上下。
4.7用水准仪测设盖梁底模标高，如低于设计值，用木楔相应调整底模标高。
4.8在本施工方法首先使用时，为确保盖梁混凝土浇注完成后其底模不下沉，即抱箍所受压力达到其设计值，需进行荷载预压试验，可在墩柱根部进行。由前面计算可知，底模以上荷载包括：
a、盖梁自重1076.4 kN；
b、钢模板自重90.6 kN ；
c、施工荷载131.76 kN ；
d、2×I36a横梁自重14.376kN；
e：I14分配梁自重：52.5kN；
f：振捣冲击荷载：210.816kN，
合计：(1076.4+14.376+13.776)×1.2+(52.5+131.76+210.816)×1.4=1878.99kN，在底模上堆放重物190t，且使其堆放形式尽量接近施工实际情况。24h后，用水准仪复测底模标高，若下沉量过大，则应继续紧固牛腿螺栓，直到底模下沉＜5mm则认为可行，记录下螺栓进距（可根据螺距及所拧圈数予以确定）作为参考值，最好固定专人紧固牛腿螺栓，建立其经验值。
4.9卸下预压沙袋，将盖梁钢筋吊置于底模上，装好侧模浇注混凝土；
4.10拆除底模时，先拆侧模，然后用钢丝绳将横梁工字钢、底模固定于盖梁上，松开抱箍牛腿螺栓，使抱箍沿墩柱滑下，最后卸下横梁和底模。
5 施工注意事项
5.1 墩柱混凝土强度在养生达到设计强度的75％以上后方可进行；
5.2在抱箍设计中，焊条采用的是E43型，实际施工中最好采用E50型；
5.3在抱箍钢带上可缠绕薄麻袋、土工布或者2～3mm厚度的橡胶带以增加摩擦系数，也可起到保护墩柱的作用，同时在抱箍顶部使用土工布或者薄膜设置一道混凝土浆液拦截带，防止浆体污染墩身，维护墩身外观质量；
5.4抱箍就位后，需注意牛腿与盖梁方向垂直，以利于安放横梁；
5.5 焊接操作人员必须具有相应的上岗证，施焊前要做焊接试件，通过力学试验合格后方可正式操作。
5.6 盖梁浇筑砼时应采取应对托架跨塌的预防措施，具体采取在墩顶钢筋上焊接钢管横桥向栓一根绳子，施工人员将安全带（绳）拴在绳子上的安全措施。