钢抱箍制安与支顶系统受力论证

李挺

厦门中平工程监理咨询有限公司（361000）

钢抱箍制安与支顶系统受力论证

李挺

厦门中平工程监理咨询有限公司（361000）

在桥梁施工中，盖梁是桥梁下部构造中的重要组成部分。这里结合工程实例对盖梁钢抱箍的制作、安装、支顶系统及组成构件受力等进行阐述与论证。

盖梁；钢抱箍法；施工工艺；施工验算

1 工程概况及施工方法选择

某大桥及引道工程,引道桥墩（墩柱直径1.4m）盖梁共40道，外型尺寸为:长13.1m，宽1.8m，高1.6m。根据自有钢抱箍数量，采用钢抱箍支顶的施工方法，盖梁模板采用大块钢模板和酚醛板制作。

2 盖梁钢抱箍法施工特点

钢抱箍法的设计原理是在墩柱的适当部位安装钢抱箍,利用高强螺栓拉紧钢抱箍,依靠钢抱箍与墩柱之间的静摩擦力承受支撑托架自身、盖梁模板、钢筋混凝土及施工荷载。由于盖梁的全部施工荷载均由钢抱箍承受,所以钢抱箍与混凝土柱之间的摩擦力是否能承受以上荷载,是确定钢抱箍是否能够安全使用的关键。

钢抱箍法可减少周转材料的一次性投入量，适应性强,施工简便，缩短施工周期，加快施工进度，经济效益显著；不占地面工作面,现场易于清理,材料不易丢失,便于现场管理。但安全风险因点多分散，风险系数随之增高，对施工专业班组的管理水平有一定要求。

3 盖梁钢抱箍施工方法

3.1 承载力试验简述

钢抱箍在正式施工前应进行承载力试验。将经过计算的钢抱箍在离地约80 cm处锁紧，在抱箍两侧对称安放经配套标定过的液压千斤顶和液压油表。试验所取的荷载按如下取值:盖梁每条重939.4 kN，考虑其他荷载（如贝雷架、次龙骨、模板、其他施工荷载等）后每条盖梁重1 400 kN，每个墩柱上的钢抱箍的荷载为700 kN。试验荷载取实际荷载的1.2倍,故试验墩柱的钢抱箍试验荷载为840 kN，每个千斤顶施加荷载为840/2=420 kN。

3.2 钢抱箍法施工

1）根据盖梁设计标高反算出抱箍钢带下沿在墩柱上的位置，并在其上做好标记，以便抱箍准确安装就位。

2）将两半抱箍在牛腿处用螺栓固定成型，置于墩柱下方地面上。

3）将两牛腿处螺栓之间穿一钢丝绳，用吊机勾住钢丝绳将抱箍吊装就位。吊装时注意在两牛腿下方支撑一钢筋，以确保抱箍不变形。

4）箍按墩柱上的标高准确就位后，因此处螺栓所承受的力较大，故需紧固牛腿处的螺栓。为便于施工，需将扳手加长，可加焊50 cm长的Φ28钢筋，方便对螺栓加压上紧。复核两半抱箍接头间隙是否小于2 cm（施工设计要求），直到符合要求为止。

5）把两排贝雷架吊置于墩柱两侧牛腿上，用[12槽钢联系固定好,防止其向两侧倾覆,其上安装盖梁底模板。

6）搭设简易脚手架，供施工时使用。

7）用水准仪测量盖梁底模板标高，如低于设计值可加垫钢板等进行调整。

8）在底模板安装好后，为保证盖梁混凝土浇注完成后底模板不下沉，需用砂袋等进行等载（相等于盖梁重量）预压试验，以消除可能存在的非弹性变形的影响。卸下预压砂袋后，复核底模板标高，依据预压后的实际标高作相应处理后，安装盖梁钢筋和侧模板。

9）盖梁混凝土达到设计强度80%后，拆除底模板下的木楔块，使底模板松脱盖梁底，落在[22槽钢上，用吊机吊离底模板，拆除[22槽钢及贝雷架，最后卸下抱箍。

10）注意事项:①制作抱箍时，应用E50型焊条。焊接操作人员必须持证上岗证，焊接前要做焊接试件，通过力学试验，合格后方可正式上岗操作。②在安装抱箍时,抱箍钢带与墩柱之间加垫3mm胶带,以增大摩擦系数,并起到保护墩柱的作用。③抱箍就位时,需要注意牛腿与盖梁方向垂直，以利于安放贝雷架。

4 模板构件要素

盖梁底模板采用大块2 cm厚酚醛板，酚醛板底下10 cm×10 cm的木方间隔为@50 cm,侧模板采用大块钢模板，外侧加2条[12槽钢@75 cm做竖向加劲肋，2条[12槽钢上下用Φ20对拉杆对拉，以保证模板的刚度。

5 盖梁钢抱箍支顶受力验算

5.1 基本计算资料

引道桥墩（墩柱直径1.4m）盖梁外型尺寸为：长13.1m，宽1.8m，高1.6m。

1）A3钢:[δ]=170mPa，[τ]=100mPa，E=2.06× 105mPa。2）单层贝雷架:[M]=788.2 kN·m,[Q]=245.2 kN。[τ销钉]=500 kN/颗h=1.5m，每片自重为3 kN，每片贝雷片I=250 500 cm4。3）纵梁采用2排单层贝雷架。4）混凝土γ=26 kN/m3。5）安全系数取1.2。6）钢抱箍的钢带宽0.3m，厚度为10mm，使用Q235钢制作。7）横楞[22b型，@40 cm，q=28.4 kg/m,W= 234 cm3，I=2 571 cm4。

5.2 受力计算复核

5.2.1 钢抱箍的验算

1）荷载计算

①盖梁自重:（13.1×1.8×1.6-2×0.8）×26=939.4 kN。

②底模板自重:16.0 kN，侧模板自重:28.0 kN。③纵梁采用2片贝雷架，贝雷架自重:30 kN。

④根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）要求的施工荷载:2.5×13.1×1.8=59.0 kN,倾倒及混凝土振捣荷载；4×13.1×1.8=94.3 kN,合计1 166.7 kN。

⑤安全系数为1.2。故计算荷载为1 400.0 kN。

⑥盖梁的支撑由两条柱子上的钢抱箍组成，故每个钢抱箍的计算荷载为:1 400.0/2=700 kN。

2）钢抱箍的钢带对墩柱的压应力δ1的验算G=μ·δ1·B·π·D

μ——摩擦系数为0.35；B——钢带的宽度为300mm；D——墩柱直径为1 400mm；G——作用在墩柱上的计算荷载。

δ1=G/(μ·B·π·D)=700×1 000/(0.35×300×3.141 5×1 400)=1.52mPa

[δc]——墩柱混凝土的抗压强度容许值，其值不大于0.8Rab。

墩柱混凝土的设计强度为C30，其7d强度Rab为0.7×30=21mPa。

[δc]=21×0.8=16.8mPa∴δ1＜[δc]

3）钢抱箍的钢带内应力δ2验算

t——钢带厚度为10mm；r——墩柱半径700mm。

化简得δ2=δ1·r/t=1.52×700/10=106.4mPa＜[δ] =170mPa

∴钢带内应力符合施工要求

4）在δ2=106.4mPa作用下，半个钢带的伸长量计算及加工长度

半个钢带的伸长量△L=(δ2/E)·π·r

半个钢带加工长度L=π·r-△L=（1-106.4/ 2.06×105）×π×700=2 198mm。

两半抱箍接头间隙取20mm，则L取2 178mm

5）螺栓强度验算

牛腿腹板处采用四根4.6级的螺栓，分两排布置，螺栓直径取30mm。

钢带所受力P=106.4×10×300/1 000=319.2 kN

螺栓设计拉力Nt=Ae×ftb×n=516×170×4/1000= 381.5 kN。

∵P＜Nt∴螺栓符合施工要求

6）钢抱箍的焊缝验算

焊缝采用E43型，手工焊，钢材为Q235钢。按照焊缝传递应力与母材所承受应力相协调原则，由于腹板焊缝传递弯矩很小，可忽略不计，故假设腹板焊缝只承受剪力,翼缘板焊缝承受全部弯矩M，并将M化为一对水平力H=M/h。

将G/4=700/4=175 kN等效为剪力V与弯矩M得:V=G/4=700/4=175 kN，M=G/4×e=175×0.1=17.5 kN·m。

翼缘板焊缝所承受的水平力H=M/h=17.5/ 0.29=60.4 kN（h——牛腿翼缘板中线间的距离）。

①在水平力H作用下，翼缘板焊缝强度

δf1=H/he1Lw1=60.4×1 000/(0.7×10×200)=43.2mPa

he1——焊缝有效宽度，he1=0.7×hf，hf为焊缝焊角尺寸10mm；Lw1——焊缝长度。

②在剪力V作用下，腹板侧焊缝剪应力

τf=V/(2·he2·Lw2)=175×1 000/(2×0.7×10×280)= 44.7mPa

③螺栓压力P由翼板缝及腹板焊缝共同承担，所以在螺栓压力P作用下:δp=P/(∑he·Lw)=319.2×1000/[0.7×10×(200+200+280)]=67.1mPa

④翼缘板焊缝强度:δ翼=（δf12+δp2）1/2=(43.22+ 67.12)1/2=79.8mPa＜βf·ffw=1.22×160=195mPa

⑤腹板焊缝强度:δ腹=[(δp/βf)2+τf2]1/2=[（67.1/ 1.22）2+44.72]1/2=70.9mPa＜ffw=160mPa

βf——正面焊缝强度增大系数为1.22；ffw——角焊缝抗拉、压、剪的强度设计值为160mPa。

综上，钢抱箍符合施工要求。

5.2.2 贝雷架纵梁验算

1）荷载计算

总荷载均匀作用在纵梁上，故q=1 400 kN/13.1m=106.9 kN/m q=106.9 kN/m

2）强度验算

纵梁为两片贝雷架，故

Mmax=2.8×106.9×2.8/2=419.1 kN/m＜[M]= 788.2×2=1 576.4 kN·m。

Qmax=1 400/2-2.8×106.9=400.7 kN＜[Q]=245.2 kN×2=490.4 kN

3）挠度验算

使用结构软件计算得到：f/L=1/73 375＜1/400

5.3 横梁[22槽钢的验算

1）荷载计算

q=1 400 kN/13.1m×0.5m/1.8m=29.7 kN/m q=29.7 kN/m

2）强度验算

Mmax=1/8qL2=1/8×29.7×1.82=12.0 kN/m

σ=Mmax/W=12.0×103/234=51.3mPa＜[σ]=170mPa

3）剪力验算

Q=1/2qL=1/2×29.7×1.8=26.7 kN

Szmax=79×110×110/2-(110-11.5)×(79-9)×(110-11.5)/2=138 371.3mm3

τ=QS/(dI)=26.7×103×138 371.3/(9×2 571×104)= 16.0mPa＜[τ]=100mPa

4）挠度计算

f=5·q·l4/(384·E·I)=5×29.7×103×10-2×1804/(384× 2.06×107×2571)=0.24 cm

f/L=0.24/180=1/750＜1/400

∴横梁[22槽钢符合施工要求

5.4 纵向小楞木方验算

混凝土厚度为1.6m，纵向小楞采用10 cm×10 cm木方@40 cm，[22槽钢@50cm。

Iy=bh3/12=0.1×0.13/12=8.33×10-6m4

Wy=bh2/6=1.67×10-4m3

Sm=0.1×0.05×0.025=1.25×10-4m3

1）荷载计算

q=1 400/(13.1×1.8)×(2.0×0.4)/2=23.75 kN/m q=23.75 kN/m

2）强度、剪力验算

①最大弯矩、最大剪力

Mmax=0.636 1 kN·m；Qmax=7.209 8 kN

②强度和剪力验算

σ=Mmax/Wy=3.816 9mPa＜[σ]=13mPa

τ=Qmax Sm/(Iy b)=1.081 4mPa＜[τ]=2mPa

③挠度验算

f/L=1/99 999＜1/400

∴纵向小楞木方符合施工要求。