考慮預緊摩阻損失的圓形抱箍承載力

考慮預緊摩阻損失的圓形抱箍承載力分析1前言抱箍是橋梁施工過程中大量使用的臨時工具，也經(jīng)常發(fā)生抱箍使用的事故，主要原因是對抱箍設計承載力估計不足。影響抱箍承載力的因素有抱箍結構、承載力計算以及施工誤差引起的預緊力的施加、摩阻系數(shù)變異等，而承載力分析計算是其中比較關鍵的因素，許多文獻對此進行了探討[1]、[2]，但均未考慮預緊摩阻損失的影響。抱箍常用分片式，安裝使用時，必須進行預緊，由預緊產(chǎn)生徑向壓力，進而提供摩阻力。當施加預緊力時，由于抱箍與柱體之間的摩阻使得抱箍軸力減小，從而減小抱箍對墩身的徑向壓力，進而影響承載力。如果不考慮此摩阻損失，則會使抱箍承載力計算值偏于不安全?；谏鲜鲈颍疚母鶕?jù)力學原理分析并提供了預緊摩阻損失的圓形抱箍承載力計算方法。2未考慮摩阻損失的抱箍承載力計算2.1徑向壓力分析假定預緊螺栓時，不考慮摩阻力，預緊力沿圓周均勻分布。如圖1所示，原點O為抱箍圓周上的任意一點，T為抱箍的預緊力。抱箍的線性方程：…………（1）以某一微段抱箍為對象，分析其產(chǎn)生的徑向力。在q方向上有平衡方程：圖1得：，而于是微元上的徑向力在整個圓周上，有…………（2）2.2抱箍承載力設豎向摩阻系數(shù)為，K為安全系數(shù)，則承載力F為…………（3）抱箍承載力與預緊力、摩阻系數(shù)成正比。3考慮摩阻損失的抱箍承載力計算3.1摩阻損失施加預緊力時，摩阻引起預緊力沿圓周的損失。根據(jù)摩擦原理，引用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)中的計算方法，應力損失為：…………（4）當采用兩片式抱箍時，值取0，取，取0.55（抽芯成型），則抱箍中間點的應力損失為：可以看出，當采用兩片式抱箍時，在每片抱箍的中點處，拉力損失約42%，軸力分布見圖2，陰影部分徑向長度為軸力的值。兩片式抱箍，自預緊力施加（法蘭）處到中點位置的軸向力計算式為：圖2…………（5）3.2徑向壓力分析在圓周上，對于某一微段抱箍，徑向力為:抱箍圓周的徑向合力，對稱分4段計算，每段合力為如圖3所示的面積。抱箍合力：……（6）將=0.55代入公式，得圖33.3抱箍承載力設豎向摩阻系數(shù)為，K為安全系數(shù)，得則承載力為…………（7）將=0.55代入公式，得4考慮摩阻損失的抱箍承載力分析4.1兩種算法的承載力比較將兩種算法得出的承載力比較：可看出，不考該預緊摩阻損失的承載力是考慮預緊摩阻損失的承載力的約1.5倍。設計抱箍時，若不考慮預緊摩阻損失，抱箍嚴重偏于不安全。4.2承載力的提高若將兩片式抱箍改為四片式，安裝時四點預緊，則可減小預緊摩阻損失。按照前述分析方法計算：…………（8）將=0.55代入公式(8)，得將（8）代入，得…………（9）將=0.55代入公式(9)，得與兩片式抱箍相比，承載力提高到倍。4.3影響承載力計算的因素1）將設計規(guī)范中預應力張拉損失計算公式，應用于抱箍預緊摩阻損失計算比較符合實際。2）計算公式中的抱箍預緊摩阻系數(shù)采用設計規(guī)范中抽芯成型管道的摩阻系數(shù)0.55，根據(jù)偏于安全的計算原則，宜適當減小摩阻系數(shù)值。豎向摩阻系數(shù)與預緊摩阻系數(shù)是否采用相同的值，需要進一步探討。3）在抱箍法蘭應力集中處，受力復雜，還宜進行局部應力分析。5剪力計算圖4為抱箍剪力計算簡圖，圖中所示O—O為單片抱箍的對稱中心，P為豎向荷載，qx為抱箍與墩身間的摩阻力值，為表示方便，將摩阻力繪于抱箍下方，x為計算斷面至抱箍端的距離。根據(jù)平衡原理，計算截面上的剪力Q為：圖4…………（10）為x長度抱箍上摩阻力的合力。而q為正壓力與摩阻系數(shù)的積：…………（11）據(jù)公式（6），可以得出：…………（12）將公式（11）、（12）代入（10），得：…………（13）6結論1）不考慮預緊摩阻損失的計算承載力約是考慮預緊摩阻損失的計算承載力的1.5倍，如果不考慮預緊摩阻損失，