悬空支架结构支点（抱箍）的设计

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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