张家湾大桥墩盖梁抱箍施工方案36a(施工版)

中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖梁抱施工方案湖北省宜昌至巴东（鄂渝界）公路第22合同段（K130+364～K134+899.02）张家湾大桥盖梁抱箍施工方案ZK134+634～ZK134+972YK134+561～YK134+899中国中铁编制：复核：审核：中铁五局（集团）三公司宜巴高速公路土建22标项目经理部2009年10月中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案1张家湾大桥桥墩盖梁抱箍施工方案1、工程概况本桥桥墩为双柱墩和空心墩，其中双柱墩墩径为φ1.6m、φ1.8m和φ2.0m三种形式，盖梁尺寸均为10.84×1.5(高)×2(宽)，按最不利工况计算，盖梁横桥向按柱径φ1.3m检算，顺桥向按柱径φ1.6m检算。2、盖梁结构特点盖梁施工采用在墩柱上设置2cm厚钢抱箍，抱箍一个墩柱两个，高度为50cm，墩柱每侧采用一根Ⅰ45a工字钢作横梁，横梁上面铺设Ⅰ14工字钢作分配梁，分配梁上安放定型钢模板。本图按φ1.3m柱径计算，φ1.6m柱径盖梁尺寸与φ1.3m柱径相同，其抱箍摩擦力更大，其它受力相同，故只计算φ1.3m柱径盖梁即可。盖梁特点及模板和支架布置图3、结构计算：Ⅰ45a工字钢，总长L=12m,悬臂L1=2.35m，墩柱净距L2=5.3m中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案23.1盖梁砼重量：q1=31.81×26=827.06KN3.2模板、支架自重1）、盖梁两侧各设置一根Ⅰ45a工字钢作为施工主梁，长12mq2=80.4×10×12×2÷1000=19.3KN2）、主梁上铺设Ⅰ16工字钢作为施工横梁，每根长4m，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=20.5×10×4×14÷1000=11.5KN3）、方木上铺设盖梁定型钢模板，定型钢模板按厂家加工q4=80KN3.3、施工人员、机具重量，查《路桥施工计算手册》荷载按2.5KN/m2。q5=（10.84×2.2）×2.5=59.6KN3.4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/m2q6=（10.84×2.2）×(2+2)=95.4KN合计：[(827.06+19.3+11.5+80)×1.2+(59.6+95.4)×1.4=1342.4KN4横梁、主梁及抱箍验算（单位：KN、m、MPa）4.1横梁验算横梁受力简图4.1.1Ⅰ16工字钢截面特性：截面积S=26.1cm2截面矩W=141cm3,惯性矩I=1130cm4,弹性模量E=2.06×105N/mm2。作用于横梁上(顺桥向按2+0.1×2=2.2m)的荷载：q横=1342.4/(10.84×2.2)×中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案30.72=40.5KN/m横梁在柱径1.6m时跨度最大，为最不利状态，分配梁按柱径1.6m布置检验算:主梁(支座)间距1.75m,悬臂端长0.23m,总长2.21m计算。1）弯矩图Mmax=14.4KN.m2）剪力图tmax=35.4KN强度应力：σ=M/w=14.4×103/141=102MPa＜［σ］=215MPa剪应力：τ=(Q/S）*10＝13.6MPa＜［τ］=125MPa3）位移图根据计算端部位移为：0.8mm；跨中位移最大为1.9mm＜1450/400=3.625mm,满足要求。I16工字钢作横梁满足施工要求！中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案44.2.2I45a工字钢截面特性截面积S=102cm2截面矩W=1430cm3,惯性矩I=32240cm4,弹性模量E=2.06×105N/mm2。4.2.3受力计算1）主梁受力简图(单片梁)支座间距6.6m,悬臂端长按2.05m，按总长10.7m计算。q主=40.5×2.2/2=44.6KN2)弯矩图Mmax=194KN.m强度应力：σ=M/w=194×103/1430=135.7MPa＜［σ］=215MPa3)剪力图tmax=178.4KN剪应力：τ=(Q/S）)*10＝17.5MPa＜［τ］=125MPa4)位移图中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案5根据计算：单元（1）及（3）悬臂位移为0.3mm，单元（2）的位移最大为6.8mm＜6600/400=16.5mm。满足要求。根据计算，支座反力取335.6KN。因此由上述计算可知：2根12米长Ⅰ45a工字钢作横梁，满足施工要求！4.3抱箍验算4.3.1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，Ⅰ45a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=335.6×2＝671.2KN4.3.2螺栓抗剪计算抱箍所受的竖向压力由M27的高强螺栓的抗剪力产生，查《路桥施工计算手册》：M27螺栓的容许抗剪承载力：[NL]=μnP/K式中：P---8.8sM30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=34.5KN得螺栓数目m：m＝N/[NL]=671.2/34.5=19.5个，取20个则每个高强螺栓提供的抗剪力：N′=N/m=671.2/20=33.56KN[NL]=91.9KN中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案6故一个抱箍由20个8.8sM30高强螺栓能承担所要求的荷载。4.3.3钢带与墩柱的摩擦力计算4.3.3.1钢带对墩柱的压应力σ1公式μσ₁BπD＝NKN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1300mm；K——荷载安全系数取1.5；N——传于牛腿上的上部荷载，本例为671.2KN；[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)=1.64Mpa＜[σc]＝16.8Mpa4.3.3.2钢带内应力σ2力的合成图（见图4）由图4可得：/2120sinBrdBt化简得：σ2＝σ1r/t式中：t——钢带厚度，本例为20mm；r——墩柱半径650mm。中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案7代入相关量值得：σ2＝σ1r/t=1.64×650/20=53.3Mpa＜[σ]＝140Mpa式中：σ——A3钢轴向应力容许值[σ]＝140Mpa。则：半个钢带所受拉力P：P＝σ2A＝53.3×（20×500）/1000=533KN。一个钢带所受拉力：2P=1066KN一个高强螺栓设计抗拉力Nt：Nt＝(Ae×1)×ftb＝(706.86×1)×400/1000＝282.74KN。10Nt=10×282.74＝2827.4KN式中：A——钢带横截面面积；Ae——螺栓有效截面积，取Ae＝3.14×15²＝706.86mm²；ftb——8.8级螺栓抗拉强度设计值，为400Mpa。10Nt＞2P，可以使用。4.3.3.3半个钢带伸长量σ2＝53.3Mpa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2.06×105Mpa。代入相关值得：L＝（1－53.3/206000）×3.14×650＝2040.5mm。两半抱箍接头间隙取20mm，则取L＝2000mm，一侧牛腿腹板处采用10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。4.3.3.4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=671.2/0.3=2237.3KN由高强螺栓承担。则轴心力：N′=Pb=2237.3kN一个抱箍的压力由20个M30高强螺栓的拉力产生，即每个螺栓拉力为：N1=Pb/20=2237.3/20=111.9KN[P]=250*0.9=225kNσ=N″/A=N′（1-0.4m/m₁）/A中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案8式中：N′---轴心力m---所有螺栓数目，取：20个m₁---一端螺栓数目，取：10个A---Φ30高强螺栓截面积，A=706.86mm²σ=N″/A=N′（1-0.4m/m1）/A=2237.3×10³×(1-0.4×20/10)/(20×706.86)=31.7MPa＜[σ]=140MPa故高强螺栓抗拉强度满足要求。4.3.3.5抱箍体的应力计算1）、抱箍壁为受拉产生拉应力拉力：P1=10N1=10×111.9=1119（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=1119×103/（2×10000）=56(MPa)＜[σ]=140MPa抗拉强度满足设计要求。2）、抱箍体剪应力τ=N/（2S1）=671.2×1000/（2×10000）=33.6MPa[τ]=85MPa抗剪强度满足要求！4.3.3.6根据第四强度理论σW=（σ2+3τ2）1/2=（562+3×33.62）1/2=65MPa[σW]=145MPa[σW]——弯曲应力容许值。满足弯曲强度要求。4.3.4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化中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案9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＝1342.4/4=335.6KNM=G/4×e＝335.6×0.1＝33.6KN.me——牛腿受力点至墩外缘的水平距离10cm1）、翼缘焊缝所承受的水平力：H＝M/h＝33.6/0.49＝68.6KN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）＝68.6×103/（0.7×8×（4×480））＝6.4Mpa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480mm3）、在剪力V作用下腹板侧焊缝剪应力为τf：τf＝V/（he2∑Lw2）＝335.6×103/（0.7×8×(4×480)）＝31.2Mpa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＝480mm4）、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/（1ewhL）＝（2237.3/2）×103/（0.7×8×（4×480））＝104Mpa。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=(6.42+1042)1/2=104.2MPa＜βfffw＝1.22×160＝195.2Mpa；6）、腹板焊缝强度σ腹中铁五局三公司宜巴高速公路土建22合同段项目经理部张家湾大桥盖箍梁抱施工方案10σ腹＝((σH/σp)2+τ2f)1/2=((6.4/104)2+31.22)1/2=31.2＜ffw＝160Mpa；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。4.3.5螺栓需要的力矩M1)由螺帽压力产生的反力矩M1=μ1N1