考虑预紧摩阻损失的圆形抱箍承载力

考虑预紧摩阻损失的圆形抱箍承载力分析1前言抱箍是桥梁施工过程中大量使用的临时工具，也经常发生抱箍使用的事故，主要原因是对抱箍设计承载力估计不足。影响抱箍承载力的因素有抱箍结构、承载力计算以及施工误差引起的预紧力的施加、摩阻系数变异等，而承载力分析计算是其中比较关键的因素，许多文献对此进行了探讨[1]、[2]，但均未考虑预紧摩阻损失的影响。抱箍常用分片式，安装使用时，必须进行预紧，由预紧产生径向压力，进而提供摩阻力。当施加预紧力时，由于抱箍与柱体之间的摩阻使得抱箍轴力减小，从而减小抱箍对墩身的径向压力，进而影响承载力。如果不考虑此摩阻损失，则会使抱箍承载力计算值偏于不安全。基于上述原因，本文根据力学原理分析并提供了预紧摩阻损失的圆形抱箍承载力计算方法。2未考虑摩阻损失的抱箍承载力计算2.1径向压力分析假定预紧螺栓时，不考虑摩阻力，预紧力沿圆周均匀分布。如图1所示，原点O为抱箍圆周上的任意一点，T为抱箍的预紧力。抱箍的线性方程：…………（1）以某一微段抱箍为对象，分析其产生的径向力。在q方向上有平衡方程：图1得：，而于是微元上的径向力在整个圆周上，有…………（2）2.2抱箍承载力设竖向摩阻系数为，K为安全系数，则承载力F为…………（3）抱箍承载力与预紧力、摩阻系数成正比。3考虑摩阻损失的抱箍承载力计算3.1摩阻损失施加预紧力时，摩阻引起预紧力沿圆周的损失。根据摩擦原理，引用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)中的计算方法，应力损失为：…………（4）当采用两片式抱箍时，值取0，取，取0.55（抽芯成型），则抱箍中间点的应力损失为：可以看出，当采用两片式抱箍时，在每片抱箍的中点处，拉力损失约42%，轴力分布见图2，阴影部分径向长度为轴力的值。两片式抱箍，自预紧力施加（法兰）处到中点位置的轴向力计算式为：图2…………（5）3.2径向压力分析在圆周上，对于某一微段抱箍，径向力为:抱箍圆周的径向合力，对称分4段计算，每段合力为如图3所示的面积。抱箍合力：……（6）将=0.55代入公式，得图33.3抱箍承载力设竖向摩阻系数为，K为安全系数，得则承载力为…………（7）将=0.55代入公式，得4考虑摩阻损失的抱箍承载力分析4.1两种算法的承载力比较将两种算法得出的承载力比较：可看出，不考该预紧摩阻损失的承载力是考虑预紧摩阻损失的承载力的约1.5倍。设计抱箍时，若不考虑预紧摩阻损失，抱箍严重偏于不安全。4.2承载力的提高若将两片式抱箍改为四片式，安装时四点预紧，则可减小预紧摩阻损失。按照前述分析方法计算：…………（8）将=0.55代入公式(8)，得将（8）代入，得…………（9）将=0.55代入公式(9)，得与两片式抱箍相比，承载力提高到倍。4.3影响承载力计算的因素1）将设计规范中预应力张拉损失计算公式，应用于抱箍预紧摩阻损失计算比较符合实际。2）计算公式中的抱箍预紧摩阻系数采用设计规范中抽芯成型管道的摩阻系数0.55，根据偏于安全的计算原则，宜适当减小摩阻系数值。竖向摩阻系数与预紧摩阻系数是否采用相同的值，需要进一步探讨。3）在抱箍法兰应力集中处，受力复杂，还宜进行局部应力分析。5剪力计算图4为抱箍剪力计算简图，图中所示O—O为单片抱箍的对称中心，P为竖向荷载，qx为抱箍与墩身间的摩阻力值，为表示方便，将摩阻力绘于抱箍下方，x为计算断面至抱箍端的距离。根据平衡原理，计算截面上的剪力Q为：图4…………（10）为x长度抱箍上摩阻力的合力。而q为正压力与摩阻系数的积：…………（11）据公式（6），可以得出：…………（12）将公式（11）、（12）代入（10），得：…………（13）6结论1）不考虑预紧摩阻损失的计算承载力约是考虑预紧摩阻损失的计算承载力的1.5倍，如果不考虑预紧摩阻损失，