浅谈盖梁抱箍法在桥梁墩台施工中的应用

陈庆波

(广州市公路工程公司)



浅谈盖梁抱箍法在桥梁墩台施工中的应用

陈庆波

(广州市公路工程公司)

以象窖河大桥工程桥梁墩台盖梁施工为例,简单论述了盖梁抱箍法施工的基本原理、施工工艺并详细验算了其应力、稳定性用以指导施工。

钢抱箍；盖梁；承载力；弯矩

在现阶段的桥梁墩台施工中，钢抱箍工法越来越多的得到应用及认可，主要因其具备可靠、简便的工艺特质；另外与满堂支架等其他的工法相比更具有以下优势：(1)结构轻便、简单，有利于高空安装，更适合于高墩盖梁的施工作业；(2)对基地无要求，只要柱体施工完成便可安装使用，更适合于水中及软基等水文地质较差条件下的应用；(3)与预留型钢法、预留洞穿型钢法相比，其属于无损工法，不对结构的受力及外观，无需后期修复；(4)结构简单、可多次摊销，施工成本低；(5)工期更短、更可控。

1 工程概况

象窖河大桥位于广东省潮惠高速公路上，其上部构造采用预应力混凝土先简支后桥面连续组合箱梁;桥墩采用柱式墩、桩基础,桥台采用柱式台、桩基础,下构最大高度23 m，平均高度18 m，7、8号墩为水中墩；桥跨布置为13×25 m。经过多种方案的比较，决定使用钢抱箍法进行墩台盖梁的施工安装，墩柱、盖梁构造及支架见下图；抱箍设计主要包括钢带设计的内容，其中牛腿为小型构件，一般不作变形计算，只作应力计算。

1 施工荷载计算

(1)盖梁自重(混凝土容重取2.6 t/m3)为

[15.2×1.7×1.7-1.75×0.8×1.6] ×2.6=108.38 t

(2)钢模(每平方米100 kg)自重为

0.1×[(11.7+15.2)×0.8+0.9×15.2×2+0.9×1.7×2+11.7×1.7+1.92×1.7×2]=7.84 t

(3)侧模加劲型槽钢(采用10型槽钢，理论线密度为10 kg/m，共40根，每根长2 m)自重为

2×40×0.01=0.80 t

(4)脚手架钢管(采用50钢管，线密度为3.5 kg/m，模板底部10根，每根长4 m；模板两侧护栏20根，每根长1.5 m；模板两侧扶手6根，每根长18 m)自重为

(10×4+20×1.5+6×18)×0.003 5=0.62 t

(5)支垫槽钢(采用10型槽钢，理论线密度10 kg/m，共25根，间距60 cm，每根长2 m)自重为

0.01×2×25=0.5 t

(6)工字钢(采用Q235B60#工字钢，理论线密度为106 kg/m，共2根，每根长18 m)自重为

2×18×0.106=3.82 t

(7)工字钢拉杆(每根直径18 mm，共5根，每根长1.5 m)自重为

5×1.6×0.006 17×=0.02 t

(8)钢模两侧三脚架(单侧重150 kg)自重为

2×0.15=0.3 t

(9)施工活荷载,根据《路桥施工计算手册》P172，施工人员、施工料具运输、堆放荷载，均布荷载取2.5 kPa，振捣混凝土产生的荷载取2.0 kPa。

(10)总的施工荷载为

108.38+7.84+0.80+0.62+0.5+3.82+0.02+0.3=122.38 t

(11)考虑安全系数为1.2，则施工总恒荷载为

122.38×1.2=146.86 t

(12)单个牛腿受力

146.864=36.71 t

2 支垫槽钢受力计算

槽钢采用10型槽钢，钢材采用Q235钢，共38根，每根长2 m。国家标准GB/T 706-2008《热轧型钢》附录A查得：槽钢截面尺寸高100 mm，底宽宽48 mm，腹板厚5.3 mm，截面积12.74 cm2，惯性矩Iz=198.3 cm4，弯曲截面系数Wz=39.7 cm3。槽钢均匀的铺放在工字钢上，两槽钢中心间距60 cm，跨度为l0=1.4 m。槽钢受盖梁自重、模板自重、脚手架钢管自重及施工活荷载重，总受力为

108.38+7.84+0.8+0.62=117.64 t

考虑安全系数1.2，共38根槽钢，每根槽钢所受总荷载为

1.2×117.64/25=5.65

槽钢所受均布荷载：q=5.65/1.4+(2.5+2)×0.6=6.74 kN/m

槽钢受力简图如图2。

图1 槽钢所受均布荷载

(1)槽钢应力计算

槽钢所受的最大弯矩在槽钢的跨中位置，其最大弯矩为

槽钢受最大弯矩截面处的最大应力为

(2)槽钢挠度计算

根据静力计算公式，均布荷载下的槽钢的最大挠度在其跨中，计算公式为

其中：q为槽钢所受的均布荷载； l为槽钢跨度；E为E-Q235钢弹性模量，为210GPa；I为截面惯性矩。

查《路桥施工计算手册》P178，许用挠度fmax=l/400=3.5 mm

则f

经计算可知，该槽钢可用于盖梁支垫。

3 工字钢受力计算

材质为Q235B60#H型钢(A=130.26 cm2，I=74 418.64 cm4；W=2 480.62 cm3，S=1 431.58 cm3，B=1.1 cm，线容重106 kg/m。H型钢上均布铺放槽钢，可将工字钢所受荷载视为等效荷载。工字钢受力简图如图2。

图2

受力长度L=15.2 m，跨度L=9.1 m，弹性模量E=210 GPa

总的施工荷载为：122.38 t。

考虑安全系数1.2，则施工总恒荷载为：122.38×1.2=146.86 t

单根工字钢承受荷载为

146.862=73.43 t

工字钢所受均布荷载为：

q=G/L=734.3/15.2+(2.5+2.0)×1.4=54.61 kN/m

(1)工字钢应力计算

根据静力计算公式，工字钢跨中所受最大弯矩在中间位置

支座处弯矩为

则工字钢受最大弯矩截面处的最大应力为

其中

普通工字钢的允许应力为[σ]=145MPa

(2)工字钢挠度计算

根据静力计算公式，均布荷载下的工字钢的最大挠度在其跨中为

满足要求，该工字钢可用于盖梁支撑。

4 计算钢带对混凝土的压应力

钢带对立柱的压应力可由下式计算求得

μσ1BπD=KG

其中：μ为摩擦系数，取0.30；B为钢带宽度，B=600 mm；D为立柱直径，D=1 400 mm；K为荷载安全系数，取1.2；G为作用在单个抱箍上的荷载，G=734.28 kN

5 钢带内应力的合成

钢带内应力的合成图如图3所示。

图3

化简得：σ2δ=σ1D/2

其中：δ为钢板厚度。

求得σ2=σ1D/(2δ)=1.12×1 400/(2×12)=65.33 MPa<[σ]=215 MPa，满足要求。

其中：σ为查《钢结构设计原理》，厚度≤16 mm的Q235钢抗拉、压、弯强度设计值，为215 Mpa。

6 牛腿螺栓受力计算

(1)牛腿螺栓抗拉承载力计算

单个牛腿受力36.71 t，抱箍体需承受的正向压力为：N=G/0.3=1 223.7 kN

抱箍所受的正压力由M20的高强螺栓的抗剪力产生，查《路桥施工计算手册》第426 页：M20高强螺栓的预拉力：P=155 kN。

螺栓数目m计算

m=N/[P]=1 223.7/155=7.89 个，取计算截面上的螺栓数目m=8个。

故能承担所要求的荷载。

钢带所受拉力：F=σ2A=65.33×12×600×10-3=470.4 kN，则单个螺栓所受拉力为：N=F/8=470.4/8=58.8 kN

其中

Nt为查《路桥施工计算手册》P427，10.9级M20螺栓预拉力P=155 kN，Nt=0.8P=124 kN

(2)牛腿螺栓抗剪承载力计算

已计算得作用在单个牛腿上的竖向荷载为G=36.71 t，螺栓连接方式为双剪结合，一组螺栓所受的竖向总荷载为：T=367.1/8=45.89 kN，单个螺栓所受剪力Q=T/2=22.95 kN。螺栓截面为圆形，螺栓的许用切应力

[τ]=σs/n

其中：σs为材料的屈服极限，10.9级螺栓的屈服极限为940 MPa(摘自GB 3098.1-82)；n为安全系数，静载时取2.5。

则许用应切力：[τ]=σs/n=940/2.5=376 MPa

截面所受的最大切应力为

其中：Ae为螺栓的有效面积

M20高强螺栓的有效面积为246mm2>81.38mm2，故满足要求。

(3)牛腿螺栓紧固力计算

紧固螺栓时要按照钢板容许应力控制紧固力。

考虑2倍的安全系数，紧固力取470.4×2=940.8kN，

每个螺栓紧固力为：940.88=117.6kN。

查《公路桥涵施工技术规范041-2000》P236公式：Tc=KPcd

其中：TC为终拧扭矩(N·M)；K为高强度螺栓连接扭矩系数平均值，范围为0.11～0.15之间，取0.15；PC为高强度螺栓施工预拉力(kN)；D为高强度螺栓公称直径(mm)。

单个螺栓终拧扭矩Tc=KPcd=0.15×117.6×20=352.8N·m,扳手手柄加长到80cm，只需紧固441N的力，体重大于44.1kg的成年人紧固螺栓时脚踩加长手柄，踩不动即能满足要求。

7 抱箍计算

(1)抗滑移计算

M20高强螺栓紧固力为N =117.6kN，单个牛腿由8个螺栓连接，抱箍钢带所受的最大拉力940.8kN，钢带横截面承受的最大正应力

其中：B为钢带高度，600 mm；δ为钢带厚度，12 mm。

则钢板所受墩柱的最大压应力为

其中：D为墩柱直径。

抱箍与墩柱间的最大压力为

Nmax=σ0BπD=2.24×3.14×1 400×600×10-3=5 908.22 kN

取摩擦系数μ=0.30，则抱箍与墩柱之间的最大静摩擦力

Tmax=μNmax=0.30×5 908.22=1 772.47 kN

已计算得单个抱箍所受的竖向荷载为G=734.2 kN

(2)抱箍体剪应力计算

其中：Rmax为最大剪力，为734.2kN；S为抱箍截面积，S=0.6×0.012=0.007 2cm2

根据第四强度理论

满足强度要求。

综上所述，该抱箍方案受力计算均满足要求，可用于象窖河大桥盖梁施工。

8 结 语

公路桥梁工程的建设标准越来越高，相对的工、料、机成本也日渐水涨船高，如何在同等条件下保证高质、高效、低成本便成为各从业单位的共同议题及目标；在这种条件下，钢抱箍工法的产生、应用经过多年的验证证明其工艺特性具备了以上优点，也在近年的盖梁施工中得以广泛应用；对钢抱箍的结构设计进行了详尽的计算，并于工程实际中验证了其可靠性，期望可为今后类似工程提供参考作用。

[1] 公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000)[S].人民交通出版社.

[2] 周水兴，何兆益，邹毅松.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 公路施工手册：桥涵(上、下)[M].北京：人民交通出版社，1999.

[4] 张耀春.钢结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2011.

2015-05-12

U445

C

1008-3383(2015)12-0083-03