圆柱形桥墩钢抱箍受力设计计算书

圆柱形桥墩钢抱箍受力设计计算书1.工程概况本计算书针对某大桥1#墩盖梁施工进行专项受力验算。该桥墩为双柱式圆柱墩，墩柱直径为1.6m，混凝土强度等级为C30。盖梁为钢筋混凝土结构，设计尺寸为长12.05m、宽2.2m、高1.7m，混凝土方量约43m³。由于该桥墩较高，且地形条件复杂，无法采用常规的满堂支架法进行施工，因此拟采用抱箍法进行盖梁施工。该工艺利用钢抱箍抱紧墩柱，通过接触面摩擦力承担上部盖梁及施工荷载，具有施工速度快、不受地形限制、无需地基处理等优点。图1：盖梁抱箍法施工立面布置示意图2.编制依据《钢结构设计标准》（GB50017-2017）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650-2020）《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011）《钢结构高强度螺栓连接技术规程》（JGJ82-2011）《路桥施工计算手册》（人民交通出版社）本项目施工图设计文件及相关技术要求3.设计参数3.1材料参数材料名称型号规格抗拉强度设计值f抗剪强度设计值fv弹性模量E备注抱箍钢板Q235B,t=16mm215MPa125MPa2.06×10⁵MPa高强螺栓10.9级M30500MPa310MPa2.06×10⁵MPa预拉力P=390kN工字钢I56b215MPa125MPa2.06×10⁵MPa主梁工字钢I16215MPa125MPa2.06×10⁵MPa分配梁混凝土C3014.3MPa-3.0×10⁴MPa墩柱3.2抱箍结构参数抱箍采用两块半圆弧型钢板制作，具体参数如下：抱箍内径：1600mm（与墩柱直径匹配）抱箍高度：750mm抱箍钢板厚度：16mm连接螺栓：10.9级M30高强螺栓，每侧布置3排共6颗，全环共12颗接触面：抱箍与墩柱之间设置3mm厚橡胶垫，以增大摩擦系数并保护墩柱表面摩擦系数：μ=0.35（橡胶垫与混凝土接触面）图2：钢抱箍横截面结构示意图4.荷载计算根据最不利荷载组合原则，对作用于支撑体系上的各类荷载进行计算。4.1恒载计算盖梁混凝土自重：

混凝土重度取25kN/m³，盖梁体积V=43m³。

G模板及支架自重：

包括侧模、底模、分配梁及主梁自重，按混凝土自重的10%估算。

G4.2活载计算施工人员及设备荷载：取2.5kN/m²。Q混凝土振捣荷载：取2.0kN/m²。Q4.3荷载组合根据规范要求，承载力极限状态采用基本组合：

S总竖向荷载计算如下：该荷载由两个墩柱上的抱箍共同承担，因此单个抱箍承受的竖向荷载为：

F5.钢抱箍体系受力验算5.1受力原理抱箍法的核心受力原理是：通过拧紧高强螺栓，使抱箍钢板产生环向拉力，从而对墩柱表面产生均匀的径向压应力。该压应力在接触面产生的静摩擦力，用于平衡上部结构传来的竖向荷载。图3：钢抱箍受力分析示意图5.2抗滑移稳定性验算为了防止抱箍在荷载作用下向下滑移，必须保证接触面提供的最大静摩擦力大于上部竖向荷载，并满足一定的安全系数。根据规范要求，抗滑移安全系数K应不小于1.7。所需最小正压力：

为了平衡竖向荷载Fv，接触面所需的正压力N需满足：

μ×N实际提供的正压力：

本设计采用12颗M30高强螺栓，单颗螺栓预拉力为390kN。

螺栓预拉力总和即为抱箍对墩柱的总正压力：

N验算结果：

N实=4680kN≥N5.3抱箍钢板强度验算抱箍钢板在螺栓预拉力作用下，处于环向受拉状态，同时承受竖向荷载引起的剪应力，需验算其复合应力。环向拉应力：

抱箍环向拉力T与正压力N的关系为：T=N/2。

抱箍钢板的受拉截面积A=h×t剪应力：

竖向荷载由抱箍钢板的剪切面承担，剪切面面积为2×h×第四强度理论验算：Q235钢抗弯强度设计值为215MPa。

213.2MPa5.4高强度螺栓验算螺栓受拉验算：

单个螺栓承受的拉力即为预拉力390kN。

单个螺栓的有效受拉面积Ae=561mσt=PAe=390×103561=695.2MPa<500?螺栓抗剪验算：

竖向荷载由螺栓群的抗剪能力辅助承担（主要由摩擦力承担），单个螺栓承受的剪力极小，远小于其抗剪承载力，满足要求。5.5墩柱局部受压验算螺栓预紧力使抱箍对墩柱表面产生均匀压应力，需验算该压应力是否超过混凝土的局部承压能力。抱箍与墩柱的接触面积：

A墩柱表面压应力：

σC30混凝土轴心抗压强度设计值为14.3MPa，考虑局部受压提高系数，其承载力远大于1.24MPa。

1.24MPa5.6牛腿及焊缝验算抱箍两侧焊接牛腿，用于支撑主梁。单个牛腿承受的最大反力为F牛牛腿采用厚度为20mm的钢板，悬挑长度150mm，设置3块加劲板。牛腿弯曲应力：σ焊缝强度：采用角焊缝，焊脚尺寸hf=8mm，焊缝总长度lw6.支撑体系验算6.1主梁验算主梁采用双拼I56b工字钢，跨度L=6.8m（墩柱中心距）。

最大弯矩Mmax=1350kN·m。

截面模量Wx=2342.7×2=4685.4cm3。

弯曲应力：

6.2分配梁验算分配梁采用I16工字钢，间距0.8m，验算结果均满足强度及刚度要求。7.预压及监测要求为检验抱箍体系的安全性，消除非弹性变形，施工前必须进行预压试验：预压荷载采用最大施工荷载的1.1倍。预压时间不少于24小时，监测抱箍的沉降量。若沉降量稳定且无滑移现象，方可进行后续施工。混凝土浇筑过程中，安排专人监测螺栓扭矩及抱箍位移。8.结论经过详细的受力验算，本工程所设计的圆柱形桥墩钢抱箍支撑体系，各项指标均满足《钢结构设计标准》及《公路桥涵施工技术规范》的要求：抗滑移安全系数为2.06，大于规范要求的1.7，有