在当今的桥梁施工中,取消满堂支架,而采用悬空支架结构作为砼浇筑的模板支承结构及工作平台,既避免了地基软弱、河流沟渠和泥潭等不易搭设满堂架的地形,也节约了搭设满堂支架所需要的材料,同时又提高了施工速度,为此,笔者根据施工经验和方法,给出了悬空支架结构支点(抱箍)的设计与计算示例,下面以杭千高速公路建德段sja6合同段下涯一号特大桥柱式墩盖梁施工为例,其它结构类似。(以下图中尺寸均以厘米为单位)
一、荷载计算
1、 模板重:6090.42kg=59686.1n;
2、 钢筋重:5867.73kg=57503.8n;
3、 混凝土重:129600.0kg=1270080.0n;
4、 横梁(槽钢)重:10kg/m×4×2×24=1920kg=18816.0n;
5、 纵梁(工字钢)重:87.4kg/m×18×2=3146.4kg=30834.7n;
6、 人群及其它机械重:2000.0kg=19600.0n;
7、 倾倒混凝土产生的力:2000.0 n/m2;
8、 振捣力:2000.0n/m2;
以上荷载为抱箍承受荷载,通过纵梁(工字钢)以集中荷载的形式传递给抱箍牛腿。(见墩柱抱箍支承结构简图)
抱箍承受总荷载:p总=1597136.6n;
抱箍一个牛腿承受载荷为:p=p总/6=266189.4n
抱箍自重可忽略不计
二、计算抱箍
抱箍采用正副两个抱箍,正抱箍采用25×1.2cm钢板,副抱箍采用15×1.2cm钢板,螺栓采用φ28螺栓,一边5个,两边共10个。下面我们按正抱箍来计算。
1、牛腿:(见抱箍牛腿计算简图)
牛腿用螺栓连接后是2个断面为25×1.2cm的钢板组成
a、 支反力、弯矩
支反力: q=p=266189.4n
弯矩:mmax=pl=21295n?m
b、 强度、刚度计算
弯应力:
б=m/w=85.2mpa<〔б〕=220mpa(w=250.0cm3)
剪应力:
τ=3q /2a=66.6mpa<〔τ〕=125mpa(a=60.0cm2)
挠度:
fmax=p l3/3ei=0.007mm<1/400×80=0.2mm(l/400为允许挠度,l为)
式中e=200gpa,i=3125.0cm4
2、螺栓:(见抱箍螺栓连接图)
总摩擦力f总=2p/=532378.8n
单位圆弧上摩擦力为f=f总/πd=94145.2n(d为抱箍直径)
n=f/μ=313817.3n(摩擦系数μ取0.3)(见抱箍受力图)
螺栓所在截面拉力:f=dn/2=282435.6n,
一个螺栓所受拉力为f1=f/4=70608.9n(为了安全,螺栓按4个计算)
螺栓所受拉应力:
б=f1/a=156.9mpa<〔б〕=220mpa(螺栓净面积为4.5 cm2,毛面积为6.158 cm2)
3、抱箍钢带:(见抱箍受力图)
拉力f=282435.6n
拉应力:
б=f/a=94.2mpa<〔б〕=220mpa(a=30.0cm2)
钢带伸长值:
δl=pl/ea=2.7mm<l/400 =14.1mm(l=πd)
4、 栓施加预应力的受力分析(见螺帽拧紧时受力图)
为了保证给螺栓施加的预应力达到计算要求的值,我们对螺帽拧紧时进行受力分析,假设给螺帽施加力的扳手力作用线到螺帽中心距离为0.3米,现在计算需要对扳手施加的力:
由能量守恒定理可知:
n×s=mθ(忽略摩擦力做功和产生的热量,在此取s=螺距=2mm,θ=2π,n为一个螺栓所受拉力)
所以m=22.5n?m,对扳手施加力为:f=m/0.3=75.0n≤490n(一般工作人员施加力)
所以人工施加力能满足施工要求。
5、 结论
a) 由以上计算可知,抱箍的强度和刚度都满足要求;
b) 为了安全,抱箍承载力要通过现场试验,用两个千斤顶给抱箍缓慢加载到计算荷载的1.2倍时停止;
c) 增加一个副抱箍箍在正抱箍的下面,分担正抱箍的一部分压力,增加安全系数。
参考资料
《路桥施工常用数据手册》杨文渊编 人民交通出版社
《路桥施工计算手册》周水兴等编著 人民交通出版社
《材料力学》孙训方等编 高等教育出版社
《实用土木工程手册》杨文渊编 人民交通出版社
《公路桥涵设计手册基本资料》毛瑞祥等编人民交通出版社