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蓋梁抱箍法施工及計(jì)算摘要:詳細(xì)介紹了抱箍法蓋梁施工的支撐體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),蓋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算和抱箍支撐體系的內(nèi)力驗(yàn)算,以及本工藝的施工方法。關(guān)鍵詞:蓋梁 抱箍 結(jié)構(gòu) 計(jì)算 施工1.工程概況廣州西二環(huán)高速公路徐邊高架橋?yàn)樽?、右幅分離式高架橋,全橋長(zhǎng)1280m,全橋共有蓋梁84片,下部結(jié)構(gòu)為三立柱接蓋梁,上部結(jié)構(gòu)為先簡(jiǎn)支后連續(xù)20m空心板和30mT梁,另有15跨現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。全橋施工區(qū)魚(yú)塘密布,河涌里常年流水,墩柱高度較高,給蓋梁施工帶來(lái)難度。為加快施工,減少地基處理,本橋蓋梁擬采用抱箍法施工。2.抱箍支撐體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1蓋梁結(jié)構(gòu) 以20m空心板結(jié)構(gòu)的支撐蓋梁為例,蓋梁全長(zhǎng)20m,寬1.6 m,高1.4m,砼體積為42.6 m3,墩柱1.2m,柱中心間距7m。2.2抱箍法支撐體系設(shè)計(jì)蓋梁模板為特制大鋼模,側(cè)模面板厚度t=5mm,側(cè)模外側(cè)橫肋采用單根8槽鋼,間距0.3m,豎向用間距0.8m的28槽鋼作背帶,背帶高1.55m,在背帶上設(shè)兩條18的栓桿作對(duì)拉桿,上、下拉桿間距1.0m,底模板面模厚6mm,縱、橫肋用8槽鋼,間距為0.4m0.4m,模板之間用螺栓連接。蓋梁底模下部采用寬高為0.1m0.15m的方木作橫梁,間距0.25m。蓋梁底模兩懸出端下設(shè)三角支架支撐,三角架放在橫梁上。在橫梁底部采用貝雷片連接形成縱梁,縱梁位于墩柱兩側(cè),中心間距1.4m,單側(cè)長(zhǎng)度21m。縱梁底部用四根鋼管作連接梁。橫梁直接耽在縱梁上,縱梁之間用銷(xiāo)子連接,連接梁與縱梁之間用旋轉(zhuǎn)扣件連接。抱箍采用兩塊半圓弧型鋼板制成, 鋼板厚t=16mm,高0.6m,抱箍牛腿鋼板厚20mm,寬0.27m,采用10根M24高強(qiáng)螺栓連接。為了提高墩柱與抱箍間的摩擦力,同時(shí)對(duì)墩柱砼面保護(hù),在墩柱與抱箍之間設(shè)一層3mm厚的橡膠墊,縱梁與抱箍之間采用U型螺栓連接。抱箍構(gòu)件形象示意圖如圖1所示。2.3防護(hù)欄桿欄桿采用48的鋼管搭設(shè),在側(cè)模上每隔5m焊接一道1.2m高的鋼管立柱,橫桿鋼管與立柱采用扣件連接,豎向間隔0.5m,欄桿周?chē)鷴彀踩W(wǎng)。蓋梁施工示意圖見(jiàn)圖2。3.蓋梁側(cè)模板支撐計(jì)算假定砼澆注時(shí)的側(cè)壓力由拉桿和背帶承受,Pm為砼澆注時(shí)的側(cè)壓力, T為拉桿承受的拉力。側(cè)模板支撐計(jì)算示意圖見(jiàn)3。3.1荷載計(jì)算砼澆筑時(shí)的側(cè)壓力:Pm=Kh ,當(dāng)v/T0.035時(shí),h=0.22+24.9v/T式中:K外加劑影響系數(shù),取1.2;砼容重,取25KN/m3;h有效壓頭高度;v砼澆筑速度,此處取值/h,T砼入模溫度,此處按考慮則:v/T=0.45/30=0.0150.035h=0.22+24.9v/T=Pm= Kh=1.2250.6=18KPa砼振搗對(duì)模板產(chǎn)生的側(cè)壓力按4KPa考慮,則:Pm=18+4=22KPa砼澆筑至蓋梁頂時(shí),蓋梁上產(chǎn)生的縱向每米側(cè)壓力:P=Pm(H-h)+Pmh/2=220.8+220.6/2=24.2KN(參考路橋施工計(jì)算手冊(cè)p173)3.2拉桿拉力驗(yàn)算拉桿(18圓鋼)縱向間距0.8m范圍內(nèi)砼澆筑時(shí)的側(cè)壓力:=0.8P/2r2=0.8m24.2 KN /(2174mm2)=55.63MPa=55.63MPa =29600N/174 mm2=170MPa,滿足抗拉要求。(參考路橋施工計(jì)算手冊(cè)p182)3.3背帶撓度驗(yàn)算設(shè)背帶兩端的拉桿為支點(diǎn),背帶為簡(jiǎn)支梁,梁長(zhǎng)l0=1m,簡(jiǎn)支梁均布荷載q0 =220.8=17.6KN/m最大彎矩:Mmax= q0l02/8=17.612/8=2.2KNm= Mmax/2Wx=2.210-3/225.310-6=43.5MPaw=145MPa跨中撓度:fmax= 5q0l04/(3842EIx)=0.0005mfmaxf=l0/400=0.0025m,背帶槽鋼滿足剛度要求。式中: 8槽鋼的彈性模量E=2.1105MPa;慣性矩Ix=101.34;抗彎截面系數(shù)Wx=25.33(參考路橋施工計(jì)算手冊(cè)p787、p797)4.橫梁應(yīng)力驗(yàn)算4.1橫梁縱向線荷載計(jì)算新澆砼縱向線荷載:q1=1.4(高)251.6(寬)=56KN/m模板縱向線荷載:q2=G2/20=(G底21.8+ G端3.1+ G側(cè)39.9)/20=3.24 KN /m 施工人機(jī)縱向線荷載:q3=11.6=1.6KN/m傾倒砼沖擊縱向線荷載: q4=21.6=3.2KN/m振搗砼縱向線荷載: q5= 21.6=3.2KN/m荷載組合:q=(q1+q2)1.2+(q3+q4+q5)1.4=82.29KN/m橫梁承受均布荷載q0= q0.25/l0=82.290.25/1.4=14.7KN/m(參考路橋施工計(jì)算手冊(cè)p172)4.2橫梁抗彎與剛度驗(yàn)算橫梁最大彎矩:Mmax= q0l02/8=3.6KNm彎曲應(yīng)力:= Mmax/Wx=3.6/(3.7510-4)=9.6 MPaw=12MPa最大撓度:fmax= 5q0l0 4/384EI=514.71031.44/(38491092.8110-5)=0.0029 m f=l0/400=0.0035m橫梁滿足抗彎和剛度要求。式中:抗彎截面系數(shù):Wx=bh2/6=0.10.152/6=3.7510-4 m3慣性矩Ix=bh3/12=0.10.153/12=2.8110-5 m4彈性模量E=9103MPa; 橫梁計(jì)算示意圖如圖4所示。(參考路橋施工計(jì)算手冊(cè)p176)5.縱梁應(yīng)力驗(yàn)算5.1縱梁縱向每側(cè)線荷載計(jì)算支架縱向線荷載:q6=(G貝+G木+G他)/20=(143 KN/片 +70根0.045 m3/根6 KN/ m3+620.06)/20=3.23KN/m 縱梁縱向每側(cè)線荷載:q=(q1/2+q2/2+q6/2)1.2+(q3/2+q4/2+q5/2)1.4=43.088KN/m5.2縱梁應(yīng)力驗(yàn)算5.2.1計(jì)算支座反力RC:蓋梁體系為一次超靜定結(jié)構(gòu),建立蓋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算圖如圖5所示。采用力法計(jì)算,解除C點(diǎn)約束,在C點(diǎn)添加向上的單位力X1=1,分別繪出Mp圖、M1圖,其中Mp 圖由伸臂梁和簡(jiǎn)支梁組成,如圖6所示。根據(jù)C點(diǎn)豎向位移為0的條件,建立典型方程:11X1+1p=011=M12ds/EI=(1/EI)*(1/2)*(2l*l/2)*(2/3)*(l/2)=l3/6EI1p=M1Mpds/EI=(1/EI)*(1/2)*(2l*l/2)*(qa2/2) -(2/3)*(q (2l)2/8)*2l*(5/8*l/2)=(1/EI)*(qa2l2/4-5q l4/24)將11、1p 代入公式,得X1=(5ql2-6qa2)/4l=293.92KN()建立靜力平衡方程:2RA+X1=q(2a+2l)得RA=RB=283.92KN()根據(jù)疊加原理,繪制均布荷載彎矩圖如圖7所示。5.2.2縱梁抗彎應(yīng)力驗(yàn)算根據(jù)以上力學(xué)計(jì)算得知,最大彎矩出現(xiàn)在A、B支座,Mmax=qa2/2=43.08832/2=193.9 KNmMmax=193.9 KNmM0= 975kNm,滿足抗彎要求。(參考公路施工手冊(cè) 橋涵下冊(cè)p923)5.2.3縱梁墩柱跨中剛度驗(yàn)算蓋梁體系為一次超靜定結(jié)構(gòu),求超靜定結(jié)構(gòu)的位移可用基本結(jié)構(gòu)的位移來(lái)代替,因此在蓋梁基本結(jié)構(gòu)墩柱中間點(diǎn)F施加向下的單位力X2=1,求基本結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移,建立蓋梁墩柱跨中力學(xué)計(jì)算圖如圖8所示。 設(shè)Ra、Rb方向向上,列平衡方程:Ra+Rb=X2=1X2*(l+l/2)-2l*Ra=0得:Ra=0.75(),Rb=0.25(),繪彎矩圖如圖9所示。求縱梁墩柱跨中的位移,將圖7與圖9的彎矩圖圖乘,得:2p=yf/ EI=(1/ EI)*-0.5*14*2.625*193.9+(2/3)*1055.7*14*(2/3)*2.625-0.5*3.5*2.625*(2/3)*0.5*1028.7-0.5*(3/2)*7*2.625*1028.7 =-0.004m()fmax=-0.004mf=a/400=3/400=0.0075m,剛度滿足要求。式中:貝雷片彈性模量:E=2.1105MPa慣性矩:I=250500cm4(參考公路施工手冊(cè) 橋涵下冊(cè)p1047)5.2.4縱梁端部剛度驗(yàn)算在蓋梁基本結(jié)構(gòu)梁端點(diǎn)D施加向下的單位力X3=1,求基本結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移,建立蓋梁懸臂端力學(xué)計(jì)算圖如圖10所示。 設(shè)Ra、Rb方向向上,列平衡方程: Ra+Rb=X3=1X3(2l+a)-2l*Ra=0得: Ra=1+a/2l(),Rb= a/2l(),繪彎矩圖如圖11所示。求縱梁端的位移,將圖7與圖11的彎矩圖圖乘,得:3p=yd/ EI=(1/EI)*(1/3* 193.9*3)*(3/4* 3)+14* 193.9* 1.5+0.5*14* 1028.7* 1.5-(2/3*1055.714)*1.5=(1/ 48EI)*(6qa4+6q a3 l- ql3a)=0.001m()fmax=0.001mf=a/400=3/400=0.0075m,剛度滿足要求。6.抱箍驗(yàn)算抱箍能否承受蓋梁的重力取決于抱箍與柱子的磨擦力,驗(yàn)算時(shí)摩擦力取滑動(dòng)磨擦力,此處最大滑動(dòng)摩擦力N取值為Rc=293.92 KN。6.1高強(qiáng)螺栓數(shù)目計(jì)算高強(qiáng)螺栓的容許承載力公式:NL=Pn/K,式中:P高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力,取225 K N; 摩擦系數(shù),取0.3; n傳力接觸面數(shù)目,取1; K安全系數(shù),取1.7。則:NL= 2250.31/1.7=39.7KN螺栓數(shù)目m計(jì)算:m=N/NL= 293.92/39.7=7.4個(gè),本構(gòu)件取m=10個(gè)。6.2螺栓抗剪、抗拉應(yīng)力驗(yàn)算每條高強(qiáng)螺栓承受的抗剪力:Nj=N/10=293.92/10=29.4KNNL=39.7KN,滿足抗剪要求。抱箍體對(duì)墩柱體的壓力:Ny=K*N/=1.2293.92 /0.3=1175.68KN 每條螺栓拉力:N1= Ny /10=117.6 KNS=225KN,滿足抗拉要求。式中:抱箍鋼板與橡膠墊之間的摩擦系數(shù),取值0.3K荷載安全系數(shù),取值1.2NL 每個(gè)高強(qiáng)螺栓的容許承載力 S 高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力,M24高強(qiáng)螺栓取值225 KN6.3螺栓需要的終擰力矩驗(yàn)算每條螺栓拉力為:N1= 117.6KN,每個(gè)螺栓的終擰扭矩R=k*N1*d=229.3Nm式中:k螺栓連接處的扭矩系數(shù)平均值,取0.13,L1力臂,M24螺栓取0.015m(參考基本作業(yè)p609)6.4抱箍體構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算抱箍體承受螺栓的拉力:P1=5Nl=5117.6=588KN抱箍體鋼板的縱向截面積:S1=0.0160.6=0.0096m2抱箍體拉應(yīng)力:=P1/S1=61.25MPa=140MPa,滿足抗拉要求。抱箍體剪應(yīng)力:=(1/2RC)/r/S1=(1/2293.92)KN /1.885 m /0.0096 m2=8.1MPa=85MPa,滿足抗剪要求。6.5抱箍體鋼板長(zhǎng)度計(jì)算抱箍鋼板伸長(zhǎng)量:L=(/E)* L=5.5104 m抱箍體鋼板長(zhǎng)度(半個(gè)):L=r-L =1.884m,兩半抱箍牛腿間距取20mm,則L=1864mm(半個(gè))。7.抱箍法施工方法7.1施工工序在墩柱群四周搭設(shè)簡(jiǎn)易支架,高度以不超過(guò)蓋梁頂板為宜,并搭設(shè)人行爬梯,圍好安全網(wǎng);用水準(zhǔn)儀在墩柱上作一水平標(biāo)志,根據(jù)蓋梁底板設(shè)計(jì)標(biāo)高反算抱箍底沿位置并做標(biāo)記;用吊車(chē)將抱箍底托安裝在墩柱上,使底托頂面與抱箍底沿標(biāo)記等高,再將抱箍安裝就位,用帶響扳手?jǐn)Q緊連接螺栓,施工時(shí),可在扳手手柄上套一根50cm長(zhǎng)、48的鋼管,人踩鋼管直到所需扭矩為止,再檢查兩抱箍接頭處間隙小于或等于2cm即可;用吊車(chē)將連接好的貝雷梁放在抱箍上,并用U型螺栓和扣件將貝雷梁、抱箍、貝雷梁連接件連接起來(lái);在貝雷梁上擺放方木橫梁,安裝蓋梁底模,并檢查標(biāo)高,有必要時(shí)用鋼板或木楔調(diào)整;首次使用本工法施工時(shí),為確保抱箍所承受壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值, 需進(jìn)行荷載預(yù)壓試驗(yàn)。由前面計(jì)算知蓋梁縱向每側(cè)線荷載:q=43.088KN/m,則在蓋梁底模上堆放重物175.9噸,且堆放形式盡量接近施工實(shí)際情況。24小時(shí)后,用水準(zhǔn)儀復(fù)測(cè)底模標(biāo)高,若下沉過(guò)大,則應(yīng)繼續(xù)緊固連接螺栓,直到底模下沉小于5mm則認(rèn)為可行,記錄下螺栓進(jìn)距作為參考值;卸下預(yù)壓重物,安裝蓋梁鋼筋和模板,在側(cè)模四周按要求做好安全防護(hù)裝置,澆注砼;拆除模板時(shí),先拆側(cè)模、端模,再拆底模,最后拆下橫、縱梁、抱箍,至此,抱箍法蓋梁施工完成一個(gè)循環(huán)。7.2施工注意事項(xiàng)墩柱砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上后方可施工蓋梁;在抱箍鋼板內(nèi)側(cè)附一層3mm橡膠墊,可增強(qiáng)鋼板與砼之間的摩擦系數(shù),也起到保護(hù)墩柱的作用;抱箍體鋼板、牛腿厚度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)值,螺栓孔應(yīng)可能緊湊,在豎直方向上,每隔23排螺栓孔應(yīng)在牛腿與鋼板之間設(shè)置加勁肋;螺栓施擰前,應(yīng)根據(jù)帶響扳手進(jìn)行螺栓扭矩系數(shù)的試驗(yàn),為克服扭矩系數(shù)離散偏大,可在初擰時(shí)重復(fù)施擰,即先初擰,再擰松,再初擰;螺栓緊固時(shí)應(yīng)按先內(nèi)排后外排的順序,并使螺栓均勻受力;澆注蓋梁砼時(shí),應(yīng)有專(zhuān)人檢查抱箍、螺栓有無(wú)松動(dòng)情況,每澆注一層砼均應(yīng)復(fù)緊一次螺栓,確保施工安全和質(zhì)量。8.使用效果廣州西二環(huán)徐邊高架橋蓋梁工程量大(共84片),施工場(chǎng)地魚(yú)塘密布,墩柱平均高度大于10m。本工程共加工蓋梁模板3套底模、2套側(cè)模和抱箍支撐體系3套。采用抱箍法施工,4人1天即可搭起一套蓋梁支架,包括搭支架、上抱箍及橫縱梁、蓋梁底模,第2天安裝蓋梁鋼筋
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