周家山大桥墩盖梁抱箍施工方案45a(施工版).doc

湖北省宜昌至巴东（鄂渝界）公路第22合同段（K130+364K134+899.02）周家山大桥盖梁抱箍施工方案ZK134+634ZK134+972YK134+561YK134+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月周家山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，墩径为1.3m和1.6m，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1.3m检算，顺桥向按柱径1.6m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45a工字钢作横梁，横梁上面铺设14工字钢作分配梁，分配梁上安放定型钢模板。本图按1.3m柱径计算，1.6m柱径盖梁尺寸与1.3m柱径相同，其抱箍摩擦力更大，其它受力相同，故只计算1.3m柱径盖梁即可。盖梁特点及模板和支架布置图3、 结构计算：45a工字钢，总长L=12m,悬臂L1=2.35m，墩柱净距L2=5.3m3.1盖梁砼重量：q1=31.81×26=827.06 KN3.2模板、支架自重1）、盖梁两侧各设置一根45a工字钢作为施工主梁，长12mq2=80.4×10×12×2÷1000=19.3 KN2）、主梁上铺设16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=11.5 KN3）、方木上铺设盖梁定型钢模板，定型钢模板按厂家加工q4=80 KN3.3、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=59.6 KN3.4 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)=95.4 KN合计：(827.06+19.3+11.5+80) ×1.2+(59.6+95.4) ×1.4=1342.4 KN4 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4.1.1 16工字钢截面特性：截面积S=26.1 cm2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) ×0.72=40.5 KN/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=14.4 KN.m 2） 剪力图tmax=35.4 KN强度应力：=M/w=14.4×103/141=102 MPa=215MPa剪应力： = (Q/S）*1013.6 MPa=125MPa3） 位移图根据计算端部位移为：0.8mm；跨中位移最大为1.9mm1450/400=3.625mm,满足要求。I16工字钢作横梁满足施工要求！4.2.2 I45a工字钢截面特性截面积S=102 cm2截面矩W=1430 cm3, 惯性矩I=32240 cm4, 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=44.6 KN2)弯矩图Mmax=194 KN.m强度应力：=M/w=194×103/1430=135.7 MPa=215MPa3)剪力图tmax=178.4 KN剪应力：=(Q/S）)*1017.5 MPa=125MPa4)位移图根据计算：单元（1）及（3）悬臂位移为0.3mm，单元（2）的位移最大为6.8 mm6600/400=16.5mm。满足要求。根据计算，支座反力取335.6 KN。因此由上述计算可知：2根12米长45a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，45a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=335.6×2671.2 KN4.3.2 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=nP/K式中：P-8.8s M30高强螺栓的预拉力，取250KN；-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=34.5 KN得螺栓数目m：mN/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=33.56 KN<NL=91.9 KN故一个抱箍由20 个8.8s M30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1公式BDN KN式中：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671.2 KN；c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Rab21Mpa*0.8Rab0.8×2116.8Mpa。代入相关量值得：1K*N /(BD)=1.64 Mpac16.8Mpa4.3.3.2 钢带内应力2力的合成图（见图4）由图4可得： 化简得：21r/t式中：t钢带厚度，本例为20mm； r墩柱半径650mm。代入相关量值得： 21r/t =1.64×650/20=53.3 Mpa140Mpa式中：A3钢轴向应力容许值140Mpa。则：半个钢带所受拉力P：P2A53.3×（20×500）/1000=533 KN。一个钢带所受拉力：2P=1066 KN一个高强螺栓设计抗拉力Nt：Nt(Ae×1)×ftb(706.86×1)×400/1000282.74 KN。10 Nt=10×282.742827.4 KN式中：A钢带横截面面积； Ae螺栓有效截面积，取Ae3.14×15²706.86 mm²； ftb8.8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253.3 Mpa时，半个钢带伸长量为L L（2/E）*r钢带加工长度L（半个）：LrL（12/E）r式中：E钢带的弹性模量，为2.06×105Mpa。代入相关值得：L（153.3/）×3.14×6502040.5 mm。两半抱箍接头间隙取20mm，则取L2000mm，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=0.3计算抱箍产生的压力Pb= N/=671.2/0.3=2237.3 KN由高强螺栓承担。则轴心力：N=Pb=2237.3 kN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=111.9 KN<P=250*0.9=225 kN=N/A= N（1-0.4m/m）/A式中：N-轴心力m-所有螺栓数目，取：20个m-一端螺栓数目，取：10个A-30高强螺栓截面积，A=706.86 mm²=N/A= N（1-0.4m/m1）/A=2237.3×10³×(1-0.4×20/10)/(20×706.86)=31.7 MPa=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20mm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)=P1/S1=1119×103/（2×10000）=56(MPa)=140MPa抗拉强度满足设计要求。2）、抱箍体剪应力=N/（2S1）=671.2×1000/（2×10000）=33.6 MPa<=85MPa抗剪强度满足要求！4.3.3.6 根据第四强度理论W=（2+32）1/2=（562+3×33.62）1/2=65 MPa<W=145MPaW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化成一对水平力HM/h。将G/4等效为剪力V与弯矩M的合成，即：VG/41342.4/4=335.6 KNM=G/4×e335.6×0.133.6 KN.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：HM/h33.6/0.4968.6 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：HH/（he1Lw1）68.6×103/（0.7×8×（4×480）6.4 Mpa式中：he1焊缝有效宽度，取he10.7hf； 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f： fV/（he2Lw2）335.6×103/（0.7×8×(4×480)）31.2 Mpa式中符号同上。he2焊缝有效宽度，取he10.7hf；hf焊缝焊角尺寸，本例为8mm；Lw2翼缘竖直焊缝长度，取5002×10480mm4）、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pP/（）（2237.3/2）×103/（0.7×8×（4×480）104 Mpa。式中符号含义同上。所以：5）、腹板焊缝强度翼翼(2H+2p )1/2=(6.42+1042 )1/2=104.2 MPafffw1.22×160195.2Mpa；6）、腹板焊缝强度腹腹(H/p) 2+2f )1/2=(6.4/104) 2+31.22 )1/2=31.2ffw160Mpa；式中：f正面焊角强度增大系数，取f1.22； 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=1N1×L11=0.15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M1=0.15×111.9×0.022=0.37 KN·m2)M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°M2=1×N1cos10°×L2+ N1sin10°×L2力臂L2=0.013m M27螺栓有效直径M2=0.15×111.9×cos10°×0.013+111.9×sin10°×0.013=0.47 KN·mM=M1+M2=0.37+0.47=0.84 KN·m=84 kg·m所以要求螺栓的扭紧力矩M84kg·m5、抱箍法施工5.1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。5.2将两半抱箍用牛腿处螺栓固定成型，置于墩柱下方地面上。5.3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。5.4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，可加焊一100cm长，28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。5.5把两根45a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。5.6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。5.7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827.06 KN；b、钢模板自重90.6 KN ；c、施工荷载98.88 KN ；d、I45a横梁自重22.512 KN；e：I14分配梁自重：8.281KN；f：振捣冲击荷载：158.2 KN，共计1205.533 KN，在底模上堆放重物145吨(按1.2倍)，且使其堆放形式尽量接近施工实际情况。24小时后，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。5.8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；5.9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。6、施工注意事项6.1 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；6.2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；6.3在抱箍钢带上可缠绕薄麻袋、土工布或者23mm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；6.4抱箍就位后，需注意牛腿与盖梁方向垂直，以利于安放横梁；6.5 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。7、安全措施7.1搭设简易脚手架，供施工时工人上下。7.2严格按要求进行预压。7.3盖梁浇筑砼时采取应对托架跨塌的应急措施，具体采取在两端钢管脚手架上向上接长钢筋，横桥向拴一根绳子，施工人员将安全带（绳）拴在绳子上的安全措施。7.4浇筑砼时应严禁吊斗等物体撞击托架及模板等，如不慎发生类似情况应停止施工进行全面检查，托架模板等进行重新加固，确认安全后再进行施工。7.5混凝土浇筑时应从中间向端均匀进行，施工中尽量减小对模板等的冲击力。