盖梁施工抱箍支撑技术力学分析与应用

龚小倞

摘要：本文简要阐述了抱箍法的基本原理，并结合微积分的数学思路分析了盖梁施工抱箍支撑系统的受力情况，介绍了抱箍支撑的施工工艺、控制标准和应用效果，总结了抱箍支撑技术应用中的注意事项，对类似工程的力学分析和同类工程的施工具有一定借鉴意义。

Abstract： This paper briefly describes the basic principle of hoop method， and combined with the mathematical ideas of calculus， analyzes the stress of the hoop support system in coping construction， introduces the construction technology of hoop support， control standard and application effect， summarizes the matters needing attention， which have certain reference value for mechanical analysis of similar engineering and similar engineering construction.

關键词：盖梁；抱箍法；受力分析

Key words： cap beam；hoop method；stress analysis

中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）19-0143-03

0 引言

桥梁盖梁施工支撑系统一直是桥梁施工中的一个关键点，其方案是否合理、设计是否科学不仅直接关系到桥梁的安全和质量，而且还影响到工期和成本。当前国内常用的支撑方法有穿插钢棒法、支架法和抱箍法，三者各有优劣，本文将结合工程实践对抱箍法进行重点分析。

1 工程概况

安康至平利高速公路AP-8标段，起止里程为YK35+296～YK37+887，路线全长2.592km，标段内有4座预应力混凝土分体箱梁桥，分别为段家河大桥（1#、2#）22×25m、马咀大桥（1#、2#）15×40m，单幅合计2300m，其中圆柱式桥墩86个，最高墩身32m，大部分计划采用抱箍法施工，个别墩采用支架法。

2 抱箍法基本原理及优势比较

2.1 力学原理

利用抱箍与墩身混凝土之间产生的静摩擦力来承载盖梁施工，抱箍法的关键是要确保抱箍与混凝土墩身之间产生足够的摩擦力，以实现上部荷载的安全地传递。

2.2 优势比较

相比于穿插钢棒法和支架法，抱箍法有如下优势：一是不受地基因素影响，免去了支架法对地基承载力的要求。二是适用于各种高度的墩身，特别是在高墩施工中相对支架法优势更加明显。三是对墩身不造成任何破坏，克服了穿插钢棒法预留孔洞对墩柱受力性能和外观的影响。四是施工方便，既无需处理预留孔洞，也不需要搭设大量脚手架。

3 拟确定的抱箍结构形式

抱箍的结构形式主要包括箍身的结构和连接板上螺栓的排列。为了便于施工，经过比较，项目部决定采用两块厚度为12.5mm的半圆形柔性钢板做箍身，箍身高度为0.8m，抱箍采用M24高强螺栓连接，连接板焊接处增设三道加劲板，以提高抱箍的整体受力性能。为了提高墩柱与抱箍之间的摩擦力，同时保护好墩身混凝土面，在抱箍与墩身之间加设一层2mm厚橡胶垫，其结构图图1，图2所示。

4 抱箍受力分析

4.1 荷载计算

抱箍法施工时上部荷载主要包括盖梁砼自重、模板自重、施工荷载与其他荷载。其中，盖梁砼自重（以最大盖梁为标准计算）：G1=33.4m3×23kN/m3=759kN；模板自重：G2=82.6kN；施工荷载与其他荷载：G3=25kN。

上部总荷载：G=G1+G2+G3=866.6kN

4.2 正应力分析

单个抱箍承受的支座反力为433.3kN，即每个抱箍与墩身混凝土至少要产生433.3kN的摩擦力才能满足承载力要求。由摩擦力计算公式由f=μN（μ为摩擦系数，经实测约为0.22）可知抱箍对墩身的正压力至少应该为：N=f/μ=433.3kN÷0.22=1969kN。

4.3 抱箍受力分析

抱箍对墩身混凝土产生的正压力其大小取决于连接螺栓承受的拉应力。由于抱箍受到混凝土约束，因此其受力可视为一个不易变形的刚体。由于力的相互作用，抱箍对墩身产生的正压力即为墩身对抱箍的作用力，因此抱箍的整体受力如图3所示，可见抱箍的总体外部受力在任意方向上是相互抵消的，但这种平衡需要通过箍身的内部拉应力来进行传递和完成。

假设箍身单位面积受到的力为P，则箍身总体受力为：N=P×S=P×2πR×0.8=1.6πRP=正压力。

4.4 螺栓受力分析

箍身对混凝土的正压力是由螺栓对箍身施加的拉力实现的，螺栓越紧，拉力越大，正压力也就越大。螺栓是整个受力系统中的最薄弱环节，现以抱箍单侧1/4圆环（AB部分）进行受力分析（如图4所示），显然其受到的应力合力在X轴方向是通过连接螺栓来承受的，即T=f1+f2+…+ fn+…+f+∞=∑fn。

现假设箍身任意竖向微段长度dx范围内受到的合力为dF，即将箍身受力在AB弧长范围内（0，πR/2）进行微分，则dF=dx×0.8×P，其在x轴方向上的分力为df=dF×cosα=dF×cos（L/R），L为α角对应的弧长。

由于抱箍每侧均由8个M24高强螺栓（容许拉应力值为225kN）连接，螺栓需同时承受轴向拉力和上部荷载的竖向剪力作用。

轴向抗拉验算：当螺栓在传递拉应力的时候，以第一排螺栓收到的拉应力最大，为最不利状态，现假设由第一排螺栓承担全部应力，则单个螺栓的拉应力为：N/（8π）=1969kN/（8π）=78.4kN<225kN。即当对螺栓施加的预应力达到78.4kN时即可产生足够的正应力承受上部荷载。

竖向剪力验算：盖梁施工上部荷载基本是由32个螺栓（2个抱箍）平均分担，因此单个螺栓受到的剪力为：G/32=866.6kN/32=27.1kN。M24高强螺栓抗剪容许值为：[NL]=（225kN×0.3×1）/1.7=39.7kN>27.1kN（其中0.3为摩擦系数，1为传力接触面，1.7为安全系数）。

从上述受力分析可以看出当前拟采用的抱箍构造能够满足施工要求。

5 抱箍支撑技术应用

通过分析、验算后，安平高速AP-8标项目大部分圆柱式墩都采用了抱箍支撑技术进行盖梁施工，有效缩短了施工时间，取得了良好效果。

5.1 施工工艺

测量放线→安装钢抱箍→预压进行抱箍承载力试验（第一次）→安装托梁→铺设底模→复核底模→测定轴线→绑扎盖梁钢筋→立侧模→浇筑混凝土→养护→拆除抱箍。

5.2 抱箍安装

抱箍安装前应先在墩柱上确定准确位置，可用盖梁底设计标高减去支撑体系到抱箍顶面的施工高度，再加上预压抱箍沉降值，即可得到安装时抱箍顶面标高，在墩柱上标出抱箍顶面高程线。抱箍吊装时要安排专人稳定抱箍，防止来回晃动擦伤墩身混凝土。经现场总结，抱箍安装偏差最好控制在表1所示范围内。

5.3 对两种支撑方式盖梁施工耗时及外观质量的对比统计（表2）。

6 抱箍施工中应该注意的问题

①抱箍施工螺栓是关键，安装螺栓不宜一次拧紧，应先进行预紧，然后用带响扳手进行终拧，施工前扳手需进行校验。②拧螺栓的顺序为先内排后外排，对称重复进行，各个螺栓受力要均匀。螺栓拧紧后必须用测力扳手进行检测，确保每个螺栓有足够的预紧力。③盖梁混凝土浇筑时，由于抱箍受力会产生变形，螺栓的受力也随之发生变化，因此施工过程中每浇筑一层混凝土均应复拧一次。④每次安装抱箍前都要仔细检查抱箍的变形情况、焊缝的严密情况、螺栓的磨损情况等，严禁“带病”作业。⑤混凝土浇筑前需再次对抱箍进行检查，并用测力扳手对螺栓受拉力进行检测。⑥混凝土浇筑时应安排测量人员对抱箍的变形和沉降进行全过程观测，如发现异常，应立即停止施工，查明原因并加固后方可继续进行。

7 结束语

抱箍法不受地基、水文、墩高等因素影响，适用性强，施工方便，周转快速，可用于各种圆柱形桥墩的盖梁施工，支撑体系几乎没有缺点，具有良好的推广应用价值。

参考文献：

[1]周水兴.路桥施工计算手册[M].人民交通出版社，2010第13次印刷.

[2]梁方铎.桥梁盖梁抱箍模板施工技术的应用[J].建筑技术开发，2011（12）.

[3]黃平，刘春雨，马志飞，王明堂.南水北调中线工程某跨渠桥盖梁抱箍法施工[J].人民长江，2014（10）.