盖梁抱箍法施工及计算

1、工程概况 ..................................................................................................................................... 2 2、设计依据 ..................................................................................................................................... 3 3、盖梁抱箍法结构设计 ................................................................................................................. 4

3.1、侧模与端模支撑 .............................................................................................................. 4 3.2、底模支撑 .......................................................................................................................... 4 3.3、抱箍 .................................................................................................................................. 4 3.4、防护栏杆与与工作平台 .................................................................................................. 4 4、抱箍主要材料 ............................................................................................................................. 5 5、抱箍设计验算 ............................................................................................................................. 6

5.1、设计计算原则 .................................................................................................................. 6 5.2、小纵梁计算 ...................................................................................................................... 6

5.2.1、荷载计算 .......................................................................... 6 5.2.2、小纵梁抗弯、挠度、抗剪验算 ...................................... 6 5.2.3、主横梁抗弯、挠度、抗剪验算 ...................................... 8

5.3、抱箍计算 .......................................................................................................................... 9 6、结论........................................................................................................................................... 11

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HQ-HM1标盖梁、顶系梁抱箍法施工及计算

1、工程概况

海启高速HQ-HM1标起于K90+760，向东南方向布设，上跨临海公路连接线（二级）、运北河（等外）、由通吕运河大桥先后跨越S335（一级）、通吕运河（规划Ⅲ级，现状Ⅵ级），止于K97+750。路线全长6990m，主线桥梁6座，共长1360.618m。

本项目共设计有顶系梁10个设计盖梁84个，盖梁系梁设计参数见下表。

表1 系梁设计参数

表2 盖梁设计参数

根据上表统计结果可知：通吕运河大桥抱箍满足盖梁施工安全的同时，必然满足顶系梁的施工安全。

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图1 通吕运河大桥盖梁示意图

图2 新东河中桥盖梁示意图

图3 跨临海连接线盖梁示意图

备注：通吕运河大桥1.3m立柱验算；1.1m立柱的，单排两个立柱的选新东河进行验算，单排3根立柱的选临海连接线进行验算。

2、设计依据

（1）交通部行业标准，公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025-86）； （2）汪国荣、朱国梁编著施工计算手册；

（3）公路施工手册，桥涵（上、下册）交通部第一公路工程总公司； （4）路桥施工计算手册 人民交通出版社；

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（5）盖梁模板提供厂家提供的模板有关数据； （6）海启高速公路HQ-HM1标施工图设计文件； （7）国家、交通部等有关部委规范和标准； （8）我单位的桥梁施工经验。

3、盖梁抱箍法结构设计

3.1、侧模与端模支撑

侧模为特制大钢模,面模厚度为δ6mm，肋板高为10cm，在肋板外设2[14背带。在侧模外侧采用间距1.2m的2[14b作竖带，竖带高2.9m；在竖带上下各设一条φ20的栓杆作拉杆，上下拉杆间间距2.7m，在竖带外设φ48的钢管斜撑，支撑在横梁上。

端模为特制大钢模,面模厚度为δ6mm，肋板高为10cm。在端模外侧采用间距1.2m的2[14b作竖带，竖带高2.9m；在竖带外设φ48的钢管斜撑，支撑在横梁上。 3.2、底模支撑

底模为优质竹胶板,厚度15mm，背面固定5*10cm方木，间距20cm。底模下面为工12纵向分配量，间距50cm，长度为大于盖梁宽度2m，小纵梁下为工36横向主分配量，主分配量和抱箍之间为20cm高沙漏，沙漏行程10cm。 3.3、抱箍

采用两块半圆弧型钢板（板厚t=12mm）制成， M24的高强螺栓连接，双抱箍形式，上层抱箍高60cm，采用12根高强螺栓连接；下层抱箍高20cm，采用12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厚的土工布，纵梁与抱箍之间采用U型螺栓连接。

3.4、防护栏杆与与工作平台

(1)栏杆采用φ48的钢管搭设，在小纵梁上每隔2.4米设一道1.5m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。立柱钢管与小纵梁端头之间采用帮条双面焊接，要求焊缝饱满，高度12cm。

(2)工作平台设在小纵梁悬出端，在小纵梁上铺设2cm厚的木板，木板与横

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梁之间采用铁丝绑扎牢靠。

图4 抱箍示意图示意图

说明：本图为1.3m立柱抱箍示意图，1.1mm立柱的，抱箍直径相应的变化成1.1m，其他均保持不变。

4、抱箍主要材料

表3 抱箍主要材料汇总

序号 1 2 3 4 5 项目及名称 抱箍桶钢板 连接板 劲板 高强螺栓 土工布 材料规格 钢板δ=12mm 钢板δ=25mm 钢板δ=20mm φ24长100mm 厚2～3mm 单位 kg kg kg 个 ㎡ 数量 2095 1178 1090 200 23 共10套抱箍，其中1.3m计4套，1.1m抱箍计6套。 备注 说明：1.3m抱箍共4套，1.1m抱箍共6套，本表只列出抱箍，抱箍与主横梁连接U型

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螺栓需配套，未计入本表。

5、抱箍设计验算

5.1、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；

（5）、对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均布荷载； （6）、本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。以做安全储备；

（7）、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；

（8）、为确保施工安全，小纵梁和主横梁均进行受力安全验算。 5.2、小纵梁计算

以通吕运河大桥为例（通吕运河大桥盖梁单延米重量最大），采用间距0.3m工12型钢作小纵梁，小纵梁长度为盖梁宽1.7m+两侧各1.2m=4.1m。盖梁长度12.2m，主横梁长度为盖梁长度12.2m+两侧各1.2m=14.6m需设置小纵梁数量为12.2/0.3=41根，盖梁重量72.562t，模板重量12t（180Kg/m²），工12单延米重量14.4Kg，施工荷载及其他荷载2t，工36a截面尺寸高36cm，宽13.6cm，Sx=28.2cm³，tw=8.4cm。 5.2.1、荷载计算

（1）盖梁砼自重：G1=27.6m³×24kN/m³+63.22KN=725.62KN； （2）模板自重：G2=120kN (含底模，底宽10cm)； （3）小纵梁自重：G3=0.6KN/根； （4）施工荷载与其它荷载：G4=20kN；

横梁上的总荷载：725.62+120+0.6+20=866.22KN； 5.2.2、小纵梁抗弯、挠度、抗剪验算

小纵梁受力力学模型如图所示。

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图5 小纵梁计算模型

（1）小纵梁中部支撑盖梁和模板长度为：悬臂0.303m+中间1.444m+悬臂0.303m=2.05m。

小纵梁中部荷载q2=（725.62+120）/41/2.05=10.06KN/m；边上荷载q1=20/41/（4.1-2.05）+0.14=0.38KN/m

（2）小纵梁中部抗弯

横梁的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩I=487.7cm4;抗弯模量Wx=77.404cm3

最大弯矩：Mmax= q2*L2²/8=10.06×1.44²/8=2.61kN·m σ= Mmax/Wx=2.61/(77.404×10-6) =33.7≈38MPa<[σw]=160MPa ； （3）小纵梁端部抗弯

最大弯矩：Mmax= q2*L1²/4+ q1*L3²/4=10.06×0.303²/4+0.38*1.678²/4=0.5kN·m

σ= Mmax/Wx=0.5/(77.404×10-6) =6.4≈7MPa<[σw]=160MPa ； 结论：小纵梁抗弯满足需求。 （4）小纵梁中部挠度计算

最大挠度：fmax= 5 q2L2 4/（384×EI）=5×10.06×1.444/(384×2.1×105×103×487.7×10-6)=1.1mm<[f]=l0/400=1440/400=3.6mm

（4）小纵梁端部挠度计算

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最大挠度：

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fmax= q2L1 /（8×EI）+q1L3 /（8×EI）=（10.06×0.3034+0.38×1.6784）

/(8×2.1×105×103×487.7×10-6)=3.6mm<[f]=2l0/400=2*1678/400=8.4mm；

结论：小纵梁挠度满足需求。 （5）小纵梁抗剪计算

支座反力RA=866.32/41/2=10.57KN，Sx=28.3cm³，Ix=487.7cm4，tw=8.4cm；

故τA= RA*Sx/(Ix*tw)＝10.57KN*28.3cm³/（487.7cm4*8.4cm）=73MPa＜τ0=125MPa。

结论：小纵梁挠剪满足需求。 5.2.3、主横梁抗弯、挠度、抗剪验算

主横梁为工36a,示意图见图5，通吕运河大桥为例，力学模型如下：

图6 主横梁计算模型

（1）工36a截面特性

弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩I=15796cm4;抗弯模量Wx=877.6cm3，

Sx=508.8cm³，tw=12cm，自重60Kg/m；

（2）荷载计算

q=（752.62+120+20+0.6*41）/2/12.2+0.6KN/m=38.36KN/m （3）主横梁中部抗弯

最大弯矩：Mmax= q*L²/8=38.36×7.5²/8=269.72kN·m σ= Mmax/Wx=269.72/(877.×10-6)

=307.3 MPa≈308MPa＞[σw]=160MPa ；故工36a不满足施工需求； 反算工字钢需求，考虑安全系数1.3：

W0=1.3Mmax/[σw] =1.3*269.72 kN·m/ 160MPa=2192cm³，查工字钢截面特性，需选取工56a，Wx=2342cm³，计算的σ= Mmax/Wx=269.72/(2342×10-6)

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=115.2 a≈116MPa＜[σw]=160MPa ； （4）主横梁端部抗弯

最大弯矩：Mmax= q*L²/4=38.36×2.35²/4=52.96kN·m σ= Mmax/Wx=52.96*106/(2342×103) =22.6≈23MPa<[σw]=160MPa ；

结论：工36a不满足要求，工56a满足要求，故主横梁选择工56a。 （5）主横梁中部挠度计算 工56a的Ix=65576cm4

最大挠度：fmax= 5 ql 4/（384×EI）=5×38.36×7./(384×2.1×105×103×65576×10-6)=0.11mm<[f]=l0/400=7500/400=18.75mm ；

（6）主横梁端部挠度计算

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最大挠度：fmax= ql /（8×EI）=38.36×2.6/(8×2.1×105×103×65576

×10-6)=0.001mm<[f]=2l0/400=2*3750/400=18.75mm；

结论：主横梁挠度满足需求。因通吕运河单延米盖梁重量最大，且理论弯矩和理论挠度远小于允许弯矩和允许挠度，故其他小桥的主横梁不再单独计算。

（7）主横梁抗剪计算

工56Sx=1368.8cm³，Ix=65576cm4，tw=21cm，单延米重量106.27Kg； 支座反力RA=（752.62+120+20+0.6*41+14.6*2*1.06）/2/2=237.04KN； τA=RA*Sx/(Ix*tw)＝237.04KN*1368.8cm³/（76656cm4*21mm）=20.1MPa＜ τ0=125MPa。

考虑其他小桥三个立柱中间立柱支撑力为边上立柱的2倍，则工56a承受的最大剪切应力为20.1MPa*2=40.2MPa＜τ0=125MPa。

结论：主横梁工56a满足抗剪需求。因通吕运河单延米盖梁重量最大，且理论抗剪值远小于允许抗剪值，故其他小桥的主横梁不再单独计算。 5.3、抱箍计算

（1）、荷载计算（通吕运河大桥）

每个盖梁按墩柱设2个抱箍体支承上部荷载，由上面的计算可知： 支座反力RA=RB=237.04kN，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。

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（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=237.04kN

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

式中：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。 则：[NL]= 225×0.3×1/1.7=39.7kN 螺栓数目m计算：

通吕运河大桥m=N’/[NL]=237.04/39.7=5.97≈6个，其他桥梁中间立柱承力小于通吕运河立柱的2倍，按2倍计算则m=12个，设计图上螺栓数目为m=20个＞理论需求量12个。故高强螺栓能承担所要求的荷载。

②螺栓轴向受拉计算

砼与钢之间设一层土工布，按土工布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=2*237.04kN/0.3=782kN由高强螺栓承担。 则：N’=Pb=782kN

抱箍的压力由20条M24的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为 N1=Pb/20=782kN /20=39.1kN<[S]=225kN σ= N′/A

式中：N′---轴心力

m1---所有螺栓数目，取：20个 A---高强螺栓截面积，A=4.52cm2 σ= N′/A= Pb/A=782/20×4.52×10-4 =86504kPa=86.5MPa＜[σ]=140MPa 故高强螺栓满足强度要求。

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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 N1=782/20=39.1KN

M1=0.15×39.1×0.015=0.088KN.m

2)M2为螺栓爬升角产生的反力矩,定升角为10° M2=μ1×N′cos10°×L2+N′sin10°×L2 [式中L2=0.011 (L2为力臂)]

=0.15×39.1×cos10°×0.011+39.1×sin10°×0.011 =0.081(KN·m)

M=M1+M2=0.088+0.081=0.169(KN·m) =16.9(kg·m)

所以要求螺栓的扭紧力矩M≥17(kg·m)

其他小桥中间立柱，要求螺栓的扭紧力矩M≥2*17(kg·m)

6、结论

（1）小纵梁采用工12.6，间距30cm布置； （2）主横梁采用工56a；

（3）盖梁采用厂家出具的双抱箍，满足施工需求。

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