常用结构计算方法汇编之桥梁工程无支架现浇盖梁计算.pdf

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1、 573 无支架现浇盖梁无支架现浇盖梁 公路桥梁中有不少桥梁的下部结构采用简单的刚架结构，即桥梁的下部基础为两根或多根桩基础，墩身为两根圆柱墩，桩间系梁联结(或不设系梁)，墩顶盖梁联结。采用无支架现浇盖梁的主要方法有预埋钢棒法、抱箍法等，现就这两种施工方法，通过实例介绍其设计计算的主要步骤和内容。3.1 预埋钢棒现浇盖梁 该方法在墩柱内预先埋设钢棒，由钢棒支撑支架、模板及整个盖梁的重量，如图3.3-1所示。其优点是，支架、模板及整个盖梁的重量通过钢棒传至墩柱，由墩柱承受，传力途径简单明确，不存在支架下沉的问题。100钢棒贝雷支架483.5mm钢管护栏210背筋210小横梁花篮螺丝拉杆1615砂

2、筒80200805300220150680钢棒现浇盖梁正面钢棒现浇盖梁侧面233233190 图3.3-1 预埋钢棒现浇盖梁示意图(单位：cm)3.1.1 荷载计算 模板重量：G148kN；支架重量：G222.755=27.5kN；混凝土重量：G3(11.461.75-10.960.35-21.430.6)1.925=688.9kN；施工人员、材料、行走、机具荷载：G411.461.91=21.8kN；振动荷载：G511.461.92=43.5kN。则传递至支架的均布荷载为：LGGGGGq2)(4.1)(2.154321+=46.112)5.438.21(4.1)9.6885.2748(2.1

3、+=0.44=kN/m a=2.33ml=6.8ma=2.33mq1=44.0kN/mABC3.4m3.4mL=11.46m 图3.3-2 预埋钢棒现浇盖梁支架计算简图 582qLRRBA=246.110.44=12.252=kN 22aqMA=233.20.442=44.119=kNm 2)2(2121lRlaqMAC+=28.612.252)28.633.2(0.44212+=88.134=kNm 88.134max=AMMkNm 3.1.2 支架强度计算 321贝雷桁架的截面抗弯模量：5.3578=Wcm3；截面惯性矩：2.250497=Icm4 7.37105.35781088.134

4、36maxmax=WMMPa273=MPa，支架抗弯能力满足要求。12.252max=AARQQkN2.245=QkN，但在5%范围内，支架抗剪能力满足要求。3.1.3 支架刚度计算 弹性变形 悬臂端最大弹性变形：)136(243322311+=lalaEIalqf)1680023303680023306(102.250497101.224680023300.443322453+=45.0=mm()跨中弹性变形：)68002330245(102.250497101.238468000.44)245(384224542242=laEIqlf 02.1=mm()由销孔间隙引起的挠度 悬臂端非弹性变

5、形：销孔间隙5.0=lmm，节数1=n，桁高1500=hmm，跨长2330=lmm 0006666667.015005.0122=hlnrado40381971863.0=34942505.012)5.012330(15002)(=lnlnlhRmm)240381971863.0cos(1()15003494250()2cos1)(1o+=+=hRf 19.0=mm()跨中非弹性变形：销孔间隙5.0=lmm，节数3=n，桁高1500=hmm，跨长6800=lmm 002.015005.0322=hlnrado114591559.0=33992505.032)5.036800(15002)(=l

6、nlnlhRmm)2114591559.0cos(1()15003399250()2cos1)(2o+=+=hRf 70.1=mm()59 总挠度 悬臂端总挠度：26.019.045.011max1=+=+=fffmm()83.540023304001=lfmm，满足要求!跨中总挠度：72.270.102.122max2=+=+=fffmm()1740068004002=lfmm，满足要求!3.1.4 承重钢棒强度计算 钢棒面积：78544100422=DAmm 钢棒抗弯模量：98175321003233=DWmm3 69.2209.012.2520=lRMAkNm(0l为贝雷桁架中心至墩柱支

7、撑点的距离)12.252=ARQkN 1.231981751069.226maxmax=WMMPa273=MPa(钢棒采用16Mn100)，钢棒抗弯能力满足要求。8.42785431012.2524343=AQMPa208=MPa，钢棒抗剪能力满足要求。3.2 抱箍现浇盖梁 抱箍法，就是在盖梁施工时，用两段半圆型钢带卡于其下墩柱上，钢带两端焊以牛脚，将横梁架于外伸牛脚上，利用钢带与墩柱的摩擦力支承横梁传下的上部荷载盖梁自重，模板自重、施工荷载等。抱箍设计主要包括钢带与墩柱的摩擦设计和钢带与外伸牛脚的焊接设计两方面的内容，其中因牛脚为小型构件，一般不作变形验算。抱箍如图3.3-3所示。20010

8、300100200立面图平面图立体图 图3.3-3 抱箍示意图(单位：mm)3.2.1 设计荷载 盖梁自重：650kN；底模自重：12.3kN；侧模自重：21.5kN；横梁采用I40a，其自重为18.4kN，施工荷载20.2kN；合计：722.4kN。3.2.2 钢带与墩柱的摩擦力计算 受力图见图3.3-4。60BG/2G/2 图3.3-4 抱箍受力简图 钢带对墩柱的压力应力1公式：KGDB=1(3.3-1)即：DBKG=1c(3.3-2)式中：摩擦系数，取0.35；B 钢带宽度，本例取300mm；D 墩柱直径，本例为1300mm；K 荷载安全系数取1.2；G 传于牛脚的上部荷载，本例为722

9、.4kN；c 砼墩柱抗压强度容许值，其值不大于baR8.0，本例墩柱砼设计标号为25号，轴心抗压强度5.17=baRMPa，0.145.178.08.0=baRMPa。代入相关量值得：02.2130030035.0104.7222.131=DBKGMPa0.14=cMPa。钢带内应力2力的合成图(见图3.3-5)r12Bt2Bt 图3.3-5 钢带内应力合成图 由图3.3-5可得：BtBr2201dsin=(3.3-3)化简得：12tr=(3.3-4)式中：t 钢带厚度，本例为10mm；r 墩柱半径，本例为650mm。代入相关量值得：3.13102.21065012=trMPa215=fMPa

10、。式中：fQ235钢抗拉、压、弯强度设计值，为215MPa。3.1312=MPa时，半个钢带伸长量为L：ErL2=(3.3-5)61钢带加工长度L(半个)：rELrL)1(2=(3.3-6)式中：E 钢材的弹性模量，为2.06105MPa。代入相关量值得：2041650)1006.23.1311()1(52=rELmm。两半抱箍接头间隙取20mm，则取L=2021mm，牛脚腹板处采用四根4.6级螺栓，分两排布置，螺栓直径取30mm。螺栓布置图见图3.3-6。2003005050R15 图3.3-6 抱箍螺栓布置图(单位：mm)钢带所受拉力P：9.39310300103.13132=APkN 螺

11、栓设计拉力tN：2.3811041706.5603=nfANbtetkN 式中：A钢带横截面面积；eA螺栓有效截面积，查表3.3-1得560.6mm2；btf4.6级螺栓抗拉强度设计值，查表3.3-2得170MPa；n螺栓的数量。9.393=PkN与2.381=tNkN相差3%，可以使用。表3.3-1 螺栓标准直径及有效截面积 螺栓直径d(mm)螺距p(mm)螺栓有效直径de(mm)螺栓有效面积Ae(mm2)螺栓直径d(mm)螺距p(mm)螺栓有效直径de(mm)螺栓有效面积Ae(mm2)16 2 14.1236 156.7 52 5 47.3090 1757.8 18 2.5 15.6545

12、 192.5 56 5.5 50.8399 2030.0 20 2.5 17.6545 244.8 60 5.5 54.8399 2362.0 22 2.5 19.6545 303.4 64 6 58.3708 2676.0 24 3 21.1854 352.5 68 6 62.3708 3055.3 27 3 24.1854 459.4 72 6 66.3708 3459.7 30 3.5 26.7163 560.6 76 6 70.3708 3889.3 33 3.5 29.7163 693.6 80 6 74.3708 4344.1 36 4 32.2472 816.7 85 6 79.

13、3708 4947.8 39 4 35.2472 975.8 90 6 84.3708 5590.8 42 4.5 37.7781 1120.9 95 6 89.3708 6273.1 45 4.5 40.7781 1306.0 100 6 94.3708 6994.6 48 5 43.3090 1473.1 注：表中的螺栓有效面积 Ae值系按下式算得：2)32413(4pdAe=62表3.3-2 螺栓连接的强度设计值(MPa)3.2.3 焊接设计 焊条采用E43型，手工焊，钢材Q235钢，焊缝形式为角焊缝，焊缝受力情况见图3.3-7。G/4 图3.3-7 抱箍焊缝受力图 按照焊接缝传递应力与

14、母材所承受应力相协调的原则，由于腹板焊接缝传递弯矩很小，可略去不计。即假设腹板焊接缝只承受剪力，翼缘焊缝承受全部弯矩M，并将M化为一对水平力hMH=。将4G等效为剪力V与弯矩M的合成，即：6.1804=GVkN，06.181.06.180=VeMkNm。翼缘焊接所承受的水平力：3.6229.006.18=hMHkN 式中：h牛脚翼缘中线距离，本例为0.29m；e剪力V偏心距，本例为0.1m。在水平力H作用下翼缘焊接强度：636.5520087.0103.627.031111=wwenlhHlhHMPa 式中：1eh焊缝有效宽度，取117.0hhe=；1h焊缝焊角尺寸，本例为8mm；1wl焊缝长

15、度，本例为200mm。在剪力V作用下腹板侧焊缝剪应力：6.5728084.1106.1804.1232222=wweflhVlhVMpa 式中：2eh焊缝有效宽度，取227.0hhe=；2h焊缝焊角尺寸，本例为8mm；2wl焊缝长度，本例为280mm。螺栓压力P由翼焊接缝及腹板焊接缝共同承担，所以在螺栓压力P作用下：6.77)280190190(87.0108.2867.03=+=wwePhlPlhPMpa 式中：eh焊缝有效宽度，取hhe7.0=；h焊缝焊角尺寸，本例为8mm；wl焊缝长度。翼缘焊接强度翼 5.956.776.552222=+=+=Pn翼MPa2.19516022.1=wfffMPa 腹板焊接缝强度腹 8.856.57)22.16.77()(2222=+=+=fP腥MPa160=wffMPa 式中：f正面焊接缝强度增大系数，取22.1=f；wff角焊接缝抗拉、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。