三柱盖梁抱箍法实用模板及支撑体系设计计算书.docx
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三柱盖梁抱箍法实用模板及支撑体系设计计算书
盖梁模板及支撑体系设计计算书
(一)、盖梁工程概况
本工程全线共七座桥梁,盖梁共40个,均为三柱式墩结构。
各部分尺寸各桥相同,分别为:
长15.2m,宽1.6m,高1.4m,混凝土33.2m³。
柱间距5.5m,两侧悬臂1.5m。
计划防震挡块同盖梁一起浇筑。
如图所示:
(二)、盖梁抱箍施工法结构设计
1、侧模设计
侧模为专用大钢模,面板采用δ=6mm的Q235钢板,肋板高度100mm。
其中纵肋(横桥向)、竖肋均采用[10槽钢,边肋为δ=12mm的Q235钢板与背肋连接。
整座盖梁侧模每侧设置16道拉杆梁,上下各有一道拉杆保证侧模稳定性。
2、底模设计
底模模为专用大钢模,面板δ=6mm,肋板高度100mm。
其中纵肋(横桥向)、横肋(顺桥向)均采用[10槽钢,边肋在底部主要受力区采用等边角钢L100×10,其余部分为δ=12mm的Q235钢板与背肋连接。
3、横梁(顺桥向)
采用[10槽钢立放,优先布置底模接缝处及薄弱处,然后再加密布置。
最大间距50cm。
4、主支撑梁(纵梁)
主梁采用28b工字钢,长度16m,安装在三个抱箍之上,承受盖梁施工的全部荷载。
5、抱箍
抱箍由两块半圆形高度为50cm的钢板(δ=10mm)制作而成。
两片抱箍间采用M20高强螺栓连接,每侧16颗,共计32颗。
与混凝土的接触面贴合一层2~3mm厚度的橡胶垫。
紧固高强螺栓使抱箍产生对墩柱混凝土面的侧压力产生摩擦力,为主梁提供足够的支座反力。
6、防护栏杆与工作平台
(1)在横梁上每隔3条横梁焊接一根竖向钢筋,长度50cm。
当横梁安装完毕时,将长度1.2m的钢管(Φ50×1.5),再沿纵向安装栏杆。
钢管间连接采用扣件连接。
(2)在横梁悬臂端放置竹胶板或竹踏板,方便作业人员走行。
(三)、盖梁抱箍法施工设计图
图01《桥墩盖梁模板支撑体系设计图》
图02《盖梁模板设计图
(一)》
图03《盖梁模板设计图
(二)》(含抱箍设计图)
(四)、主要材料数量汇总表
表1盖梁施工支撑体系材料统计表
部位
序号
名称
单位
数量
重量
(kg)
总重量
(kg)
备注
盖梁模板
1
C1侧模
块
4
936.2
3744.8
2
C2侧模
块
2
324.2
648.4
3
C3侧模
块
2
328.5
657.0
4
D1底模
块
2
339.2
678.4
5
D2底模
块
4
256.8
1027.2
6
D3底模
块
1
368.4
368.4
7
D4底模
块
1
371.1
371.1
8
D5底模
块
1
448.0
896.0
9
K1侧模
块
1
104.7
104.7
10
K2侧模
块
1
106.4
106.4
11
拉杆梁
组
32
34.8
1113.6
12
拉杆
根
32
5.4
172.8
13
支架
套
2
77.2
308.8
14
模板螺栓
个
228
36.0
36.0
15
防护栏
套
1
111.4
111.4
模板重量小计
10345.0
支撑部件
18
纵梁
根
6
7.0
42.0
安装在柱边
17
横梁
根
20
30.0
720.0
16
主梁
根
2
766.4
1532.8
15
抱箍
套
3
165.0
495.0
含螺栓
整套盖梁模板及支撑体系重量合计:
13134.8
(五)、设计简算说明
1、设计计算原则
(1)、满足结构受力的安全性。
(2)、在满足结构受力安全情况下考虑挠度变形控制及挠度调整。
(3)、采取比较符合实际的力学模型和实际的施工荷载。
(4)、尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。
2、注意事项
(1)、盖梁悬臂端为变截面,荷载分布不规则,但荷载必然比跨中段小,未简化计算采用与跨中段相同的均布荷载。
(2)、抱箍在使用前必须进行压力试验,沉降及变形满足要求后方可使用。
(3)、第一个盖梁浇筑时使用水准仪进行主梁挠度观测,安全监控的同时验证计算结果。
(4)、由于桥梁墩柱嵌入到模板内,故风荷载不予考虑。
(六)、常数及各部件参数
1、计算常量
(1)、重力加速度:
(2)、钢筋混凝土容重:
2、重力荷载
支撑体系中各构件质量取自前文《盖梁施工支撑体系材料统计表》。
(1)、盖梁钢筋混凝土自重:
(2)、整套钢模板自重:
(3)、横梁自重:
(4)、主梁(横桥向)自重:
(5)、单个抱箍自重:
(6)、施工荷载:
说明:
施工荷载假设浇筑时有工人及管理人员4名,60Kg/人;振动棒2台,25Kg/台;其它设备150Kg。
3、钢材力学参数
型钢、拉杆(圆钢)、钢板弹性模量:
型钢的截面力学参数详见以下图表。
图1型钢截面图
表2型钢参数表
型号
截面面积
(cm2)
理论重量
(kg/m)
x-x轴
y-y轴
y-y1轴
Z0
Ix
Wx
ix
Ix/Sx
Iy
Wy
Iy
Iy1
cm4
cm3
cm
cm
cm4
cm3
cm
(cm4)
(cm)
28b工字钢
61
47.9
7481
534
11.1
24
364
58.7
2.44
10#槽钢
12.74
10
198
39.7
3.94
25.6
7.8
1.42
54.9
1.52
注:
数据取自国标规范《热轧型钢》(GB/T706-2008)
(七)、侧模支撑计算
1、力学模型
假定混凝土浇筑时侧压力由拉杆和拉杆梁承受,如下受力图:
2、荷载计算
振捣棒产生的压力取Pz=4KPa
混凝土浇筑时的侧压力:
k为外加剂影响系数,夏季施工为防止坍落度损失,可能混凝土流动性较强,取1.3;
h为混凝土有效压头高度(m),根据总体施工计划,盖梁施工将在6、7、8月份,根据气象资料,入模温度T取30℃;浇筑速度v取0.45m/h。
延盖梁每延米上产生的侧压力按最不利因素考虑,即混凝土刚浇筑完毕时:
3、拉杆受力计算
拉杆拟采用Φ20mm的圆钢,容许抗拉应力取140MPa,拉杆端焊接4.4级M22螺栓,抗拉强度400MPa,取最小值,即拉杆容许拉应力[σ]=140MPa。
根据模板设计图得知,拉杆梁最大纵向间距为1.2m,计算拉杆的拉应力为:
结论:
拉杆强度满足要求!
4、拉杆梁受力计算
拉杆梁为2根[10槽钢连接(y轴向受力)制成,由上图可知T1、T2为拉杆梁的支点即支座反力,拉杆梁为简支梁,按模板设计图考虑模板肋宽及拉杆安装位置,取梁长l=1.7m。
砼侧压力按均布荷载考虑:
单根[10承受的荷载为:
最大弯矩:
弯曲应力:
挠度值:
结论:
拉杆梁满足要求!
5、纵肋(横桥向)受力计算:
侧模纵肋为单根[10槽钢(y轴向受力),上下间距0.3m,可按简支梁计算,梁长l同拉杆梁间距1.2m,拉杆梁为支点。
纵肋荷载q计算按最不利点,即最底部纵肋做受力计算,安全系数k=1.2:
最大弯矩:
结论:
由此可见纵肋最大弯矩远小于拉杆梁内单根槽钢,材料相同、截面相同,弯曲强度及挠度不做计算即可知其满足要求。
(八)、底模及横梁计算
1、底模纵肋计算
底模纵肋直接架在横梁之上(y轴方向受力),横向间距最大0.4m。
可按简支梁计算,梁长取横梁最大间距,即l=0.8m。
(1)、荷载计算:
荷载来自纵肋上方的混凝土重力以及混凝土振捣产生的荷载4KPa,安全系数k=1.2:
最大弯矩:
结论:
由此可见底模纵肋最大弯矩小于拉杆梁内单根槽钢,材料相同、截面相同,弯曲强度及挠度不做计算即可知其满足要求。
(上方混凝土高度大于1m时可不计振捣荷载)
2、横梁计算
横梁也为[10槽钢,延y轴方向受力,布置最大间距0.5m。
横梁承受0.5m范围内的盖梁砼自重、模板自重、施工荷载。
假设主梁工字钢在贴近墩柱位置安装,则受力模型如下:
荷载计算:
最大间距处在D1底模和两块C1侧模下方,由模板图纸及工程量统计得知:
单块C1底模为5.5×1.5m,重量936.2kg,附带6根拉杆梁重量34.1kg;单块D1底模重量339.2kg,纵向长度2.3m。
故横梁承受的模板重力为
2.454KN
横梁承受的混凝土重力荷载为:
施工振捣荷载取4KPa
均布荷载:
安全系数k=1.2
弯矩计算:
弯曲应力:
最大挠度值:
结论:
横梁满足要求。
(九)、主梁计算
主梁采用28b工字钢,长度l=16m,共两根,架设在抱箍平台之上,横梁分布在15.5m范围内,是整个盖梁模板支撑体系的主要受力构件。
1、荷载计算
前文已对荷载进行计算,主梁承受的荷载为盖梁混凝土及模板、横梁重力与施工过程中人员及机械的重力荷载,平均分配至两根主梁。
安全系数k=1.2
2、受力模型
建立力学模型如图:
由受力图得知,此结构体系属一次超静定结构,用位移法进行解算。
3、结构力学计算
(1)、计算支座反力Rc:
第一步:
解除C点约束,分别计算悬臂端荷载与梁中段均布荷载情况下弯矩与挠度。
C点位移量:
D、E点位移量:
C点位移量:
第二步:
计算C点支座反力RC作用下的弯矩与挠度
C点位移量:
第三步:
加入C点支座计算支座反力RC
加入C点支座后可得如下方程:
简化得:
(2)、计算支座反力RA、RB:
由静力平衡原理可得:
(3)、弯矩分析
由结构力学相关资料可得知,均布荷载下连续梁结构最大弯矩出现在支座顶负弯矩,根据叠加原理,此结构最大弯矩也出现在支座顶负弯矩,且由于两端悬臂处荷载作用,跨中正弯矩影响也会变小,故跨中弯矩不做计算。
由现有条件根据叠加原理可求得A、B、C点负弯矩:
由此可知,最大弯矩来自在A点和B点处负弯矩。
绘制均布荷载q弯矩图:
注:
此结果也在AutodeskRobotStructuralAnalysis软件中得到验证!
图示的正弯矩值为该软件计算
(4)、梁端最大位移
4、纵梁结构计算
(1)、弯曲应力:
根据以上力学计算得知,最大弯矩出现在A、B支座顶的负弯矩,代入q后:
(2)、最大挠度值:
最大挠度发生在主梁悬臂端,即:
结论及说明:
主梁抗弯强度满足施工要求,即可保证安全性满足要求。
但两端悬臂处下挠度超出容许值(l/400)。
在实际施工中,由于盖梁悬臂端混凝土量较小,混凝土重力荷载也相对较小,同时考虑到模板横梁、纵肋、拉杆的相互作用,实际下挠值应小于计算值fmax。
可在浇筑混凝土之前,分别在主梁悬臂端和跨中设置4处观测点,监控实际施工的模板沉降情况,据此数据确定是否需要设置上拱度和抛高。
亦可以对主梁进行补强增加其惯性矩及抗弯模量。
(十)、抱箍计算
1、抱箍承载力计算
由横梁计算得知,抱箍为主梁提供支座反力,则抱箍与墩柱摩擦力必须大于最大支座反力且承受自重。
支座反力最大出现在中间墩柱,则抱箍承受的最大竖向压力N为:
该值即需要抱箍产生的摩擦力。
(Rc仅为一侧的最大支座反力,有两根主梁,所以需乘2)
2、抱箍螺栓计算
根据抱箍结构图,由紧固32颗(n)SC8.8级M20高强螺栓产生的预拉力,使抱箍与墩柱混凝土面间产生竖向摩擦力。
但支撑力传导分以下两种情况:
情景一:
当主梁安装在抱箍平台时
按抱箍设计图,主梁在抱箍平台时,由抱箍平台产生的抗剪力支撑整个盖梁模板体系。
螺栓仅提供拉力,剪力由抱箍平台承担。
抱箍内侧平铺粘贴一层无纺土工布,取土工布与金属间的摩擦系数μ0=0.3。
则每颗螺栓的拉力:
[s]为SC8.8级M20高强螺栓的容许预拉力(取自JGJ82-1991表2.2.1-2)。
结论:
此时螺栓数量满足要求。
情景二:
当主梁安装在螺丝孔一侧时
由于部分墩柱高度较低,螺丝孔位于盖梁下,无法紧固,如将主梁安装在抱箍螺丝孔一侧时将会极大方便施工。
此时由螺栓产生的抗剪力支撑整个模板体系。
32颗M20高强螺栓的容许剪力:
(安全系数k取1.7)
结论:
32颗高强螺栓极限抗剪力大于施工荷载,故在此情况下亦可满足要求。
3、螺栓最小紧固扭矩计算
螺栓扭矩计算对抱箍法盖梁施工有很重要的指导意义,也是抱箍安全检查的重要内容。
由前文可知每根螺栓需达到的预拉力S=37.14KN,最小紧固扭矩可由下式计算:
k----扭矩系数,合格产品在0.11~0.15间,取最大值即0.15
d----公称直径,取20mm
则抱箍螺栓的最小紧固扭矩为:
最大允许扭矩:
安装主梁前使用扭力扳手检查,扭矩在112~330N·m范围内均可。
4、抱箍受力计算
根据抱箍结构图,抱箍壁由δ=10mm的Q235钢板制作,总高度50cm。
承重台部分及螺栓板由δ=20mm的Q235钢板制作,构件连接均为满焊。
由此可知,抱箍结构中最薄弱部分为抱箍壁,如其能满足抗剪及抗拉要求即可判定抱箍满足承载力要求。
Q235钢材容许抗拉应力[σ]=140MPa,许用应力[σW]=113MPa,容许抗剪应力[τ]=85MPa。
抱箍壁纵向截面积:
假设所有螺栓达到最大预拉力,抱箍承受的拉力为:
拉应力计算:
剪应力计算:
剪力最大处为主梁放置处,与支座反力RC等值,即
根据莫尔强度理论(第四强度理论),计算最大应力:
结论:
抱箍满足要求。
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