大桥墩柱盖梁抱箍施工方案

大桥墩柱盖梁抱箍施工方案

1 盖梁结构特点

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 盖梁砼重量： q1=×26= kN 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=×10×12×2÷1000=

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=×10××14÷1000= kN

3、Ⅰ16工字钢上铺设盖梁定型钢模板，荷载按m2计算, 定型钢模板为70m2 q4=70×= kN

、施工人员、机具重量，查《路桥施工计算手册》荷载按m2

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q5=（×）×= kN

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=（×）×(2+2)=

荷载分顶系数:静荷载取，动荷载取。 合计：++ ×+++×= kN 3 横梁、主梁及抱箍验算

横梁验算（单位：kN、m、mPa）

44431.0044431.0044431.001( 1 )20.15( 2 )2.003( 3 )40.1551095.650.15251095.650.15

横梁受力简图

3.1.1 Ⅰ16工字钢截面特性：

34522

截面矩W=141cm, 惯性矩I=1130cm, 弹性模量E=×10N/mm。面积A=26.1m 作用于横梁上的荷载：q横= /× ×= kN/m 1）弯矩图Mmax=

-499.851( 1 )2( 2 )-499.853( 3 )421715.65

2）剪力图tmax= kN

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44431.000.001( 1 )2-6664.65( 2 )6664.650.003( 3 )4-44431.00

强度应力：σ=M/w=×103/141= mPa＜［σ］=215mPa

剪应力：τ = (Q/S）×10＝ mPa＜［τ］=125mPa 3）位移图

1( 1 )2( 2 )3( 3 )4

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！ 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=×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=×2= kN

x-3

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51096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0051096.0012345678910111213141516357672.00357672.00

2)弯矩图Mmax=

-275918.40-275918.40-275918.40-275918.40-91972.80-91972.80-91972.80-91972.80-30657.60-44964.48-44964.48-30657.60-44964.48-30657.60123456789-44964.4810111213-30657.6014150.00160.0050074.0850074.0850074.0850074.08113433.12113433.12113433.12113433.12145112.64145112.64145112.64145112.64

强度应力：σ=M/w=×10/(875×2)= mPa＜［σ］=215mPa

3)剪力图tmax= kN

3

204384.00153288.00102192.00123-51096.00-102192.00-153288.004551096.006789101112-51096.00-102192.00-153288.00-204384.00剪应力：τ=(Q/S）) ×10＝ mPa＜［τ］=125mPa 4)位移图

153288.00102192.001351096.00141516

根据计算：单元（1）及（15）悬臂位移为-5.95mm＜2400/400=6mm。单元

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（8）的位移最大为6mm＜6600/400=16.5mm。满足要求。

根据计算，支座反力 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！ 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=×2＝

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：

M30高强螺栓的预拉力，取250kN； μ---摩擦系数，取；

n---传力接触面数目，取； K---安全系数，取。 则：[NL]=230××= kN 得螺栓数目m：

m＝N/[NL]==个，取22个

则每个高强螺栓提供的抗剪力：

N′=N/m=22= KN<[NL]=

故一个抱箍由21个 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； 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；

N——传于牛腿上的上部荷载，本例为；

[σc]——砼墩柱抗压强度容许值，其值不大于，

墩柱混凝土设计标号为30号，轴心抗压强度Rab＝21mpa×＝×21＝。 代入相关量值得：

σ1＝K×N /(μBπD)=＜[σc]＝ mPa

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3.3.3.2 钢带内应力σ2力的合成图（见图4）

由图4可得：

/201Brsind2Bt

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 =×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＝×1)×400/1000＝ kN。 11 Nt=11×＝ kN

式中：A——钢带横截面面积；

Ae——螺栓有效截面积，取Ae＝×15²＝706.86 mm²； ftb——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

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式中：E——钢带的弹性模量，为×105 mPa。

代入相关值得：

L＝（1－57/206000）××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=计算

抱箍产生的压力Pb= N/μ== kN由高强螺栓承担。 则轴心力：N′=Pb= 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= /22= kN<[P]=250×=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=×10³××22/11)/(22× = 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×=（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=×103/（2×10000）=(mPa)＜[σ]=140mPa 抗拉强度满足设计要求。 2）、抱箍体剪应力

τ=N/（2S1）

=×1000/（2×10000）= 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=（+3×）1/2 =<[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。

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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＝4= kN

M=G/4×e＝×＝ 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＝＝ 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）＝×103/（×8×（4×480））＝ mPa 式中：

he1——焊缝有效宽度，取he1＝； 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）＝×103/（×8×(4×480)）＝ mPa

式中符号同上。

he2——焊缝有效宽度，取he1＝；

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/（heLw1）＝（2）×103/（×8×（4×480））＝ 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=+ )1/2= mPa

＜βfffw＝×160＝ mPa；

6）、腹板焊缝强度σ腹

σ腹＝((σH/σp) 2+τ2f )1/2=( 2+ )1/2=＜ffw＝160 mPa；

式中：βf——正面焊角强度增大系数，取βf＝；

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=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

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M1=××= 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=××cos10°×+×sin10°×= kN·m M=M1+M2=+= 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

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。

将两半抱箍用牛腿处螺栓固定成型，置于墩柱下方地面上。

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。

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。

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。 搭设简易脚手架，供施工时工人上下。

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。 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 kN； b、钢模板自重 kN ； c、施工荷载 kN ； d、2×I36a横梁自重； e：I14分配梁自重：； f：振捣冲击荷载：，

合计：++×+++×=，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。 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；

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

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；

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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； 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； 抱箍就位后，需注意牛腿与盖梁方向垂直，以利于安放横梁；

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。

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。

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