青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程06标 盖梁模板、支架、抱箍检算
青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程06标
盖梁模板、支架、抱箍
检算
编制： 刘 志、陈言亮、吴志明
审核： 陈言亮
审批： 孙 捷
中铁城建集团青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程
06标项目经理部
二〇一四年6
青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程06标 盖梁模板、支架、抱箍检算
目录
一、施工设计说明 ......................................................... 1
1、概况 .............................................................................................................................. 1
2、设计依据 ...................................................................................................................... 1 3、盖梁抱箍法结构设计 .................................................................................................. 1 二、盖梁抱箍法施工设计计算 ............................................... 6
（一）设计检算说明 ........................................................................................................ 7 （二）侧模支撑计算 ........................................................................................................ 7 （三）横向分配梁计算 .................................................................................................. 10 （四）抱箍上纵向梁计算 ............................................................................................... 11 （五）抱箍计算 .............................................................................................................. 12 三、盖梁模板计算结论 .................................................... 17 四、盖梁无支架施工的经济效益及前景 ....................................... 17
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一、施工设计说明
1、概况
此工程为青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程王哥庄站至蓝色硅谷站，盖梁高度 2.40m，最大宽度 4.4m 采用钢筋砼结构。盖梁均为单柱式结构，盖梁施工拟采用抱箍法施工。盖梁砼浇筑量大约 88m3。
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
（6）青岛蓝色硅谷城际轨道交通工程施工图设计文件。
（7）国家、交通部等有关部委和省交通厅的规范和标准。
3、盖梁抱箍法结构设计
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图1：盖梁正面
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图2：盖梁支架、模板正、侧面图
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（1）侧模与端模支撑
侧模为大钢模,面模厚度为δ6mm，肋板厚度为 12mm，横肋采用[10#槽钢。在侧模外侧采用间距 0.8m 的双[10b#槽钢作对拉槽；在对拉槽上下各设一条 Tr32 的栓杆作拉杆，上下拉杆间间距 1.9m，在对拉槽与模板间用[10#槽钢支撑，支撑在横梁上端模为钢模,面模厚度为δ6mm，肋板厚度 12mm。在端模外侧采用[10#槽钢做横肋。
（2）底模支撑
底模为特制大钢模,面模厚度为δ6mm，肋板厚度 100mm。在底模下部采用间距 0.8mI10#工字钢作横梁，横梁长4.4m。盖梁悬出端底模下设三角支架支撑，三角架放在横梁上。横梁底下设纵梁。
（3）纵梁
在立柱上设立抱箍，抱箍两边各设置 1 排 32a 工字钢作为纵梁，在 32a 工字钢上布置 I10 工字钢作为横向分配梁（净距 80cm）。纵梁下为抱箍。
（4）抱箍
抱箍支撑为上下双抱箍支撑，采用两块半圆弧型钢板（板厚 t=16mm）制成， M24 的高强螺栓连接，抱箍高 60cm，采用 36 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 5mm 厚的橡胶垫，纵梁与抱箍之间采用U型螺栓连接。
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简图如下：
荷载组合
自重荷载：P自重=3.8×25=95KN/m2
施工荷载：P施=2.5 KN/m2
振捣荷载：P振=2.0 KN/m2
∑P=∑Piγi=95*1.2+2.5*1.4+2.0*1.4=120.3KN/m2
说明：分项系数γ取值：分项系数自重荷载取值为 1.2 ，施工荷载取值为 1.4。
抱箍上设置双排32a工字钢，双排32a工字钢上的 I10 工字钢做为横向分配梁（净距 80cm）。
二、盖梁抱箍法施工设计计算
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（一）设计检算说明
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。
2、对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均布荷载。
3、混凝土重量乘以 1.2 倍系数，以做安全储备。
4、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。
（二）侧模支撑计算
1、力学模型
假定砼浇筑时的侧压力由拉杆和对拉槽承受，Pm为砼浇筑时的侧压 力，T1、T2为拉杆承受的拉力，计算图式如图 2-1 所示。
2、荷载计算 砼浇筑时的侧压力：Pm=Kγh
式中：K---外加剂影响系数，取 1.2；
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γ---砼容重，取 25kN/m3；
h---有效压头高度。
砼浇筑速度 v按0.3m/h，入模温度按 20℃考虑。则：v/T=0.3/32=0.009<0.035 h=0.22+24.9v/T=0.22+24.9×0.009=0.44m
Pm= Kγh=1.2×25×0.44=13.2kPa
图 2-1：侧模支撑计算图式
砼振捣对模板产生的侧压力按 4kPa 考虑。则：Pm=13.7+4=17.7kPa
盖梁长度每延米上产生的侧压力按最不利情况考虑（即砼浇筑至盖梁顶时）：P=Pm×（H-h）+Pm×h/2=23×1.2+23×0.95/2=38.5kN
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3、拉杆拉力验算
拉杆（Tr32 圆钢）间距0.8m，0.8m范围砼浇筑时的侧压力由上、下两根拉杆承受。则有：
σ=（T1+T2）/A=0.8P/2πr2
=0.8×30.5/2π×0.000256=15250kPa=15.25MPa<[σ]=160MPa(满足要求)
4、对拉槽抗弯与挠度计算 设竖带两端的拉杆为竖带支点，竖带为简支梁，梁长L=1.8m，砼侧压力按均布荷载q0考虑。
竖带[10b的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩 Ix=198cm4;抗弯模量Wx=39.7cm3
q0=17.7×0.8=14.16kN/m
最大弯矩：
Mmax= q0L2/8=14.16×3.24/8=5.7kN·m
σ=Mmax/2Wx=5.7/(2×39.7×10-6)=71788.4≈71MPa<[σw]=160MPa(满足要求)
挠度：fmax=
5q0L4/384×2×EIx=5×14.16×10.5/(384×2×2.1×108×609.4×10-8)=0.00075m
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<[f]=L/400=1.8/400=0.0045m（满足）
（三）横向分配梁计算
选用 I10 工字钢
盖梁底板宽按最大盖梁底板宽度 3.80 米进行计算 工字钢中心间距为 800mm，跨度按 L=2.54m 计算
弯应力[σ钢]=160MPa
弹性模量 E=2.1×105MPa
I=245cm4
W=49cm3
盖梁底板宽按最大盖梁底板宽度4.4 米进行计算
q=120.3×0.8=96.24KN/m
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（四）抱箍上纵向梁计算
纵梁选用I32a工字钢力学模型为：
盖梁体积估算为88 m3，总重为2332.5KN,分布于减去墩柱承受部分的力，分布于横向工字钢上的线荷载为 93.6KN/mm,所以槽钢梁端支反力为 46.6KN，纵向梁采用32a的工字钢，则作用工字钢的集中荷载为46.6KN，集中荷载作用间距为 80cm。
按照上图模型计算出由弯矩引起的应力图为
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最大应力为 46.6mpa<弯应力160mpa
按照上图受力模型计算挠度图为：
挠度最大处为梁两端，挠度值为：19mm<800/400=2mm
（五）抱箍计算
采用两块半圆弧型钢板（板厚 t=16mm）制成，M24的高强螺栓连接，抱箍高60cm，
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采用18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 5mm 厚的橡胶垫，纵梁与抱箍之间采用 U 型螺栓连接。
1、抱箍受力计算
由迈达斯模型得出抱箍所受最大反力为 538KN。
（1）螺栓数目计算
单个抱箍体需要承受的竖向压力为：538KN 则单个抱箍需要产生的摩擦力为：R= P 抱箍=538kn
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：
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[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 1.5。
则：[NL]= 225×0.3×1/1.5=45kN 螺栓数目m计算：
m=N’/[NL]=498.4/45≈11 个，取计算截面上的螺栓数目 m=18 个。
则每条高强螺栓提供的抗剪力： P′=N/m=538/18=29.8KN<[NL]=45kN 故能承担所要求的荷载。
（2）螺栓轴向受拉计算
砼与钢之间设一层橡胶，按橡胶与砼之间的摩擦系数取μ=0.3 计算，抱箍产生的压力 Pb= N/μ=538kN/0.3=1793.3kN 由高强螺栓承担。则：N’=Pb=1793kN
抱箍的压力由1M24的高强螺栓的拉力产生。即每条螺栓拉力为 N1=Pb/18=1793kN/18=99.6kN<[S]=225kN
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σ=N”/A= N′（1-0.4m1/m）/A 式中：N′---轴心力
m1---所有螺栓数目，取：36 个
m---构件与节点板一端连接的高强螺栓数目
A---高强螺栓截面积，A=4.52cm2
σ=N”/A= Pb（1-0.4m1/m）/A
=1793×(1-0.4×18/6)/12×4.52×103
=66113.5kPa=67MPa＜[σ]=140MPa
故高强螺栓满足强度要求。
（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
M1=0.15×65.7×0.015=0.148KN.m
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2）M2 为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为 10°
M2=μ1×N′cos10°×L2+N′sin10°×L2
[式中 L2=0.011 (L2 为力臂)]
=0.15×65.7×cos10°×0.011+65.7×sin10°×0.011
=9.67(KN·m)
M=M1+M2=0.31+9.67=9.9(KN·m) =99.000(kg·m)
所以要求螺栓的扭紧力矩 M≥99(kg·m)
2、抱箍体的应力计算
（1）抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力 P1=6N1=6×65.7=394.2（KN）
抱箍壁采用面板δ16mm 的钢板，抱箍高度为 0.60m。
则抱箍壁的纵向截面积：S1=0.016×0.6=0.0096(m2)
σ=P1/S1=394.2/0.0096=41.06(MPa)＜[σ]=140MPa
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满足设计要求。
（2）抱箍体剪应力
τ=（1/2RA）/（2S1）
=（1/2×498.4）/（2×0.0096）
=9.75MPa<[τ]<85MPa
根据第四强度理论
σW=（σ2+3τ2）1/2=（32.85+3×9.75）1/2
=31MPa<[σW]=145MPa 满足强度要求。
三、盖梁模板计算结论
本次结构验算中，计算出来的应力和挠度均要大于实际值很多， 则盖梁底板下采用以上的方案进行布置是符合要求和安全的。
四、盖梁无支架施工的经济效益及前景
1、无需地基加固处理 采用满堂支架施工，盖梁下的原地面要进行处理。采用抱箍法施工，原地基只需适当处理以供脚手架搭设即可，地基不需要加固处理。
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2、无需搭设承重支架 满堂支架要耗用大量钢管材料搭设承重支架。包箍法是抱箍加工字钢就无需搭设承载钢管支架。
3、周转时间快、支模方便 满堂架要从地基加固处理开始，再一层层往上搭设，花费大量的时 间和人力。抱箍施工只需两个工字钢和几个抱箍拆除，施工简便，周转快，并且搬移相比之下也方便许多。
4、抱箍法施工的前景 盖梁包箍法无支架施工可操作性强，有很高的安全保证体系，外观 轻巧又便于检查验收，可以较好控制施工安全，支模可以省很多工时， 对地基要求不高，节省支撑钢管，大大降低了成本。抱箍法无支架施 工很少影响道路、河道的交通和通航，有利于快速施工和文明施工， 具有很好的推广应用价值。
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