盖梁抱箍法施工设计方案Word文档格式.docx
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在横梁底部采用单层四排上下加强型贝雷片(标准贝雷片规格:
3000cm×
1500cm,加强弦杆高度10cm)连接形成纵梁,长30m,每两排一组,每组中的两排贝雷片并在一起,两组贝雷梁位于墩柱两侧,中心间距253.6cm,贝雷梁底部采用3m长的工16型钢作为贝雷梁横向底部联接梁。
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。
4、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1734cm,采用66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厚的橡胶垫,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φ50的钢管搭设,在横梁上每隔2.4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。
三、盖梁抱箍法施工设计图(见附图)
见表一。
需要说明的是:
主要工程材料数量是以单个盖梁需用量考虑。
序号
项目及名称
材料规格
单位
数量
备注
一
侧模支撑
1
竖带
槽钢[14b
kg
4657.63
2
栓杆
φ20
380.38
两端带丝型
3
钢管斜撑
钢管φ48
m
96
计48个
4
螺帽
用于φ20栓杆
个
88
5
垫板0.1×
0.1米
钢板δ=10mm
69.08
计88块每块
二
底模支撑
横梁
16#工字钢
5280.8
计56根
三角架
797.37
计2个
特制型钢架
1046.73
计3个
型钢架联接用螺栓
24
螺栓带帽
型钢架联接用钢板
28.26
6
钢垫块
钢板δ=20mm
4239
每横梁上布3个
三
纵梁
贝雷片
3000×
1500
10800
加强弦杆
100
6400
横拉杆
1230
计20根
弦杆螺栓
320
计160个
销子及保险插销
φ50
432
计144个
四
抱箍
共计3套
抱箍桶钢板
钢板δ=16mm
4545.72
上盖筋板
442.93
下盖筋板
123.92
中部筋板
加强筋板
钢板δ=8mm
381.17
钢板δ=14mm
230.13
7
高强螺栓
φ24长100mm
198
8
橡胶垫
厚2~3mm
㎡
33
五
连接件
A型U型螺栓
共计328套
(1)
螺杆
1040.24
(2)
螺母
656
(3)
垫板
钢板δ=12mm
1699.37
B型U型螺栓
共计24套
φ24
80.09
用于φ24栓杆
48
六
护栏与工作平台
栏杆架
钢管φ50
174.4
栏杆支座
钢管φ60
安全网
83
木板
厚2cm
48.9
扣件
60
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。
(4)尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。
2、贝雷架无相关数据,根据计算得出,无资料可复。
3、对部分结构的不均布,不对称性采用较大的均布荷载。
4、本计算结果不适合于除4#、5#墩盖梁施工。
5、本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。
以做安全储备。
6、抱箍加工完成实施前,必须先进行压力试验,变形满足要求后方可使用。
1、力学模型
假定砼浇筑时的侧压力由拉杆和竖带承受,Pm为砼浇筑时的侧压力,T1、T2为拉杆承受的拉力,计算图式如图2-1所示。
2、荷载计算
砼浇筑时的侧压力:
Pm=Kγh
式中:
K---外加剂影响系数,取1.2;
γ---砼容重,取26kN/m3;
h---有效压头高度。
砼浇筑速度v按0.3m/h,入模温度按20℃考虑。
则:
v/T=0.3/20=0.015<
0.035
h=0.22+24.9v/T=0.22+24.9×
0.015=0.6m
Pm=Kγh=1.2×
26×
0.6=19kPa
图2-1侧模支撑计算图式
砼振捣对模板产生的侧压力按4kPa考虑。
则:
Pm=19+4=23kPa
盖梁长度每延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):
P=Pm×
(H-h)+Pm×
h/2=23×
2+23×
0.6/2=53kN
3、拉杆拉力验算
拉杆(φ20圆钢)间距1.2m,1.2m范围砼浇筑时的侧压力由上、下两根拉杆承受。
则有:
σ=(T1+T2)/A=1.2P/2πr2
=1.2×
53/2π×
0.012=101223kPa=101MPa<
[σ]=160MPa(可)
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=2.7m,砼侧压力按均布荷载q0考虑。
竖带[14b的弹性模量E=2.1×
105MPa;
惯性矩Ix=609.4cm4;
抗弯模量Wx=87.1cm3
q0=23×
1.2=27.6kN/m
最大弯矩:
Mmax=q0l02/8=27.6×
2.72/8=25kN·
σ=Mmax/2Wx=25/(2×
87.1×
10-6)
=143513≈144MPa<
[σw]=160MPa(可)
挠度:
fmax=5q0l04/384×
2×
EIx=5×
27.6×
2.74/(384×
2.1×
108×
609.4×
10-8)=0.0075m≈[f]=l0/400=2.7/400=0.007m
5、关于竖带挠度的说明
在进行盖梁模板设计时已考虑砼浇时侧向压力的影响,侧模支撑对盖梁砼施工起稳定与加强作用。
为了确保在浇筑砼时变形控制在允许范围,同时考虑一定的安全储备,在竖带外设钢管斜撑。
钢管斜撑两端支撑在模板中上部与横梁上。
因此,竖带的计算挠度虽略大于允许值,但实际上由于上述原因和措施,竖带的实际挠度能满足要求。
采用间距0.4m工16型钢作横梁,横梁长4.6m。
在墩柱部位横梁设计为特制钢支架,该支架由工16型钢制作,每个墩柱1个,每个支架由两个小支架栓接而成。
故共布设横梁56个,特制钢支架3个(每个钢支架用工16型钢18m)。
盖梁悬出端底模下设特制三角支架,每个重约8kN。
1、荷载计算
(1)盖梁砼自重:
G1=156.1m3×
26kN/m3=4059kN
(2)模板自重:
G2=279kN(根据模板设计资料)
(3)侧模支撑自重:
G3=96×
0.168×
2.9+10=57kN
(4)三角支架自重:
G4=8×
2=16kN
(4)施工荷载与其它荷载:
G5=20kN
横梁上的总荷载:
GH=G1+G2+G3+G4+G5=4059+279+57+16+20=4431kN
qH=4431/26.4=168kN/m
横梁采用0.4m的工字钢,则作用在单根横梁上的荷载GH’=168×
0.4=67kN
作用在横梁上的均布荷载为:
qH’=GH’/lH=67/2.4=28kN/m(式中:
lH为横梁受荷段长度,为2.4m)
2、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×
惯性矩I=1127cm4;
抗弯模量Wx=140.9cm3
Mmax=qH’lH2/8=28×
2.42/8=20kN·
σ=Mmax/Wx=20/(140.9×
=141945≈142MPa<
[σw]=160MPa(可)
最大挠度:
fmax=5qH’lH4/384×
EI=5×
28×
2.44/(384×
1127×
10-8)=0.0051m<
[f]=l0/400=2.4/400=0.006m(可)
纵梁采用单层四排,上、下加强型贝雷片(标准贝雷片规格:
1500cm,加强弦杆高度10cm)连接形成纵梁,长30m。
(1)横梁自重:
G6=4.6×
0.205×
56+3×
18×
0.205=64kN
(2)贝雷梁自重:
G7=(2.7+0.8×
2+1+2×
3×
0.205)×
40=237kN
纵梁上的总荷载:
GZ=G1+G2+G3+G4+G5+G6+G7=4059+279+57+16+20+64+237=4732kN
纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q:
q=GZ/L=4732/26.4=179kN/m
2、力学计算模型
建立力学模型如图2-3所示。
图2-3纵梁计算模型图
3、结构力学计算
图2-3所示结构体系为一次超静定结构,采用位移法计算。
(1)计算支座反力RC:
第一步:
解除C点约束,计算悬臂端均布荷载与中间段均布荷载情况下的弯矩与挠度
第二步:
计算C点支座反力RC作用下的弯矩与挠度
第三步:
由C点位移为零的条件计算支座反力RC
由假定支座条件知:
∑fc=0
求得:
(2)计算支座反力RA、RB
由静力平衡方程解得
(3)弯矩图
根据叠加原理,绘制均布荷载弯矩图:
(4)纵梁端最大位移
=-648q/EI(↓)
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A、B支座,代入q后
MB=8.82q=8.82×
179=1579kN·
(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。
则四排单层的允许弯矩[M]=4×
975×
0.9=3510kN·
m(上下加强型的贝雷梁的允许变矩应大于此计算值)
故:
MB=1579kN·
m<[M]=3510kN·
m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×
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=648q/EI=648×
179/(2.1×
2293200×
10-8)=0.024m
[f]=a/400=4.2/400=0.0105m
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。
如果需设置预拱度时,根据情况采取按以梁端部为预留上拱度最大值,在梁端部预留2cm的上拱度并递减至墩柱部位的办法解决。
(一)抱箍承载力计算
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RA=RB=[2(l+a)-8.31]q/2=[2(9+4.5)-8.31]×
179/2=1672kN
RC=8.31q=8.31×
179=1487kN
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=1672kN
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
P---高强螺栓的预拉力,取225kN;
μ---摩擦系数,取0.3;
n---传力接触面数目,取1;
K---安全系数,取1.7。
[NL]=225×
0.3×
1/1.7=39.7kN
螺栓数目m计算:
m=N’/[NL]=1672/39.7=42.1≈42个,取计算截面上的螺栓数目m=42个。
则每条高强螺栓提供的抗剪力:
P′=N/44=1672/42=39.8KN≈[NL]=39.7kN
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=0.3计算
抱箍产生的压力Pb=N/μ=1672kN/0.3=5573kN由高强螺栓承担。
N’=Pb=5573kN
抱箍的压力由42条M24的高强螺栓的拉力产生。
即每条螺栓拉力为
N1=Pb/44=55743kN/42=133kN<
[S]=225kN
σ=N”/A=N′(1-0.4m1/m)/A
N′---轴心力
m1---所有螺栓数目,取:
66个
A---高强螺栓截面积,A=4.52cm2
σ=N”/A=Pb(1-0.4m1/m)/A=5573×
(1-0.4×
66/42)/66×
4.52×
10-4
=117692kPa=118MPa<[σ]=140MPa
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×
133×
0.015=0.299KN.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×
cos10°
0.011+133×
sin10°
0.011
=0.470(KN·
M=M1+M2=0.299+0.470=0.769(KN·
=76.9(kg·
所以要求螺栓的扭紧力矩M≥77(kg·
(二)抱箍体的应力计算:
1、抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力P1=21N1=21×
133=2793(KN)
抱箍壁采用面板δ16mm的钢板,抱箍高度为1.734m。
则抱箍壁的纵向截面积:
S1=0.016×
1.734=0.027744(m2)
σ=P1/S1=2793/0.027744=100.67(MPa)<[σ]=140MPa
满足设计要求。
2、抱箍体剪应力
τ=(1/2RA)/(2S1)
=(1/2×
1672)/(2×
0.027744)
=15MPa<
[τ]=85MPa
根据第四强度理论
σW=(σ2+3τ2)1/2=(100.672+3×
152)1/2
=104MPa<
[σW]=145MPa
满足强度要求。
【附图】
附图略
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- 盖梁抱箍法 施工 设计方案