方柱盖梁抱箍优化设计及应用

黄永建

（核工业西南建设集团有限公司，成都610041）

1 引言

抱箍法在圆柱盖梁施工中的应用较为广泛且技术成熟，主要源于圆柱表面为圆弧形，圆形抱箍采用2个半圆形钢模对拼，可以使抱箍弧面与圆柱弧面紧密贴合，并随着对拉螺栓的紧固，可以在钢箍与圆柱之间的全部接触面形成均匀的有效压力，从而产生足够的摩擦力，为盖梁施工提供支撑。

但抱箍法在方柱盖梁施工中应用较少，主要由于方柱表面为平面，与之对应的抱箍表面也是平面，如果方抱箍仅按照常规设计制作，不做任何处理，在进行对拉螺栓紧固加载时，螺栓紧固力只在对拉螺栓位置附近产生较大的压力，无法传递至整个抱箍，从而无法实现抱箍与方柱整个接触面之间力的传递，也难以形成足够的静摩擦力平衡上部荷载。为了解决方柱抱箍螺栓紧固力无法有效传递正压力的问题，对方抱箍进行了优化设计，并在项目上成功应用，取得了较好的效果。

2 方柱抱箍优化设计

2.1 优化设计的原理

借鉴圆柱抱箍圆弧面传递压力的优点，进行方抱箍优化设计时，采用方抱箍圆做法，即：将方抱箍内侧面做成与方柱面贴合的平面钢板，外侧面做成圆弧面钢板，在平面钢板与圆弧面钢板间焊接加筋肋板，形成外圆内方的抱箍；在通过螺栓施加紧固力时，紧固力会通过外圆弧面钢板经加筋肋板传递给内侧平面钢板，实现向接触面施加均匀有效压力的目的，从而形成足够的摩擦力，为盖梁施工提供支撑。

2.2 理论计算

2.2.1 抱箍对工字钢提供的支撑力计算

以天津某高速项目盖梁计算为例，盖梁混凝土52.26 m3，钢筋质量11.07 t，抱箍（含）及以上各项荷载：

盖梁自重：G1=620.63 kN。

15 mm厚竹胶板及10 cm×10 cm方木（44根）自重：G2=17.23 kN。

I40b工字钢（18 m×2根）及10 cm×10 cm方钢（4 m×24根）自重：G3=48.18 kN。

抱箍自重（暂按1.5 t×2个）：G4=29.4 kN。

施工荷载取：G5=90 kN。

振捣混凝土产生的荷载标准值：G6=72 kN。

按照由永久荷载控制的组合，抱箍（含）及以上各项荷载：

Q总=γ1（G1+G2+G3+G4）+γ2（G5+G6）=1 122.64 kN

式中，γ1、γ2为荷载分项系数，γ1取1.35，γ2取0.7×1.4=9.8。

2.2.2 抱箍所受正压分布力计算

抱箍所受正压分布力：

式中，m为由于摩擦作用引起的正压力减小系数，取0.15；r为方抱箍圆做法外圆弧半径，取1.2 m；u为抱箍与墩柱之间的摩擦系数，取0.3；ξ为抱箍与墩柱之间的接触系数，取0.6；代入数据得q=447.36 kN/m2。

2.2.3 抱箍之间连接力计算

4片抱箍之间紧固力相同，即考虑P=P1=P2=P3=P4，则：

代入数据得：P=531.66 kN。

2.2.4 抱箍螺栓数目的确定

根据所选用的螺栓为8.8级M24粗牙螺栓，螺纹间距h为3 mm，螺栓的工程应力面积为353 mm2，保证应力为400 MPa，该类型螺栓的保证应力荷载为：[P]=141.2 kN。需要螺栓个数为：n≥P/[P]=3.76。

2.2.5 螺栓紧固力计算

扭力扳手对螺栓施加的紧固力：

式中，k为扭力扳手做功损失系数，取0.3；L为扳手力臂长度，取300 mm。代入数据得Pb=470 N。

2.2.6 抱箍钢板厚度计算

式中，[σ]为抱箍材料（钢材）容许拉应力；[τ]为抱箍材料（钢材）容许剪应力；h′为抱箍高度，取500 mm。

保险起见，安全系数取1.5，则抱箍钢板厚度应不小于t1、t2中较大值的1.5倍，即：t≥1.5max（t1、t2）=11.40 mm。

结合实施具体情况，抱箍钢板厚度取12 mm。

2.3 抱箍设计参数选择及制作

为便于操作及传力，根据抱箍理论计算确定了抱箍设计参数：方柱抱箍设计成4块进行组拼，抱箍高度50 cm，牛腿宽≥30 cm；抱箍平面钢板、圆弧钢板及加筋肋钢板采用厚度12 mm普通钢板；抱箍片采用螺栓连接，连接钢板采用厚度25 mm普通钢板，并对称预留6个螺栓孔；螺栓采用8.8级M24粗牙螺栓，螺纹间距h为3 mm。根据抱箍设计参数，绘制抱箍制作图，委托有资格的模板加工场按图加工[1]。

3 方柱抱箍的应用

3.1 搭设辅助支架（盘扣支架搭设）

墩柱与墩柱之间搭设满堂盘扣支架，支架上方采用10 cm×10 cm的方木拖住工字钢，间距60 cm。其间距与盘式扣件的顺桥方向排列一致，且与盘式扣件的顶托紧密相接。支架立杆纵横向间距为0.6 m，步距为1.5 m。支架高度不超过8 m时，支架架体四周外立面向内的第一跨每层均设置竖向斜杆，架体整体底层以及顶层均设置竖向斜杆，并在架体内部区域每隔5跨由底至顶纵、横向均设置竖向斜杆。当模板支架的架体高度不超过4个步距时，可不设置顶层水平斜杆；当架体高度超过4个步距时，设置顶层水平斜杆。搭设高度超过8 m的模板支架时，竖向斜杆满布设置，沿高度每隔4～6个标准步距设置水平层斜杆。

3.2 安装方柱抱箍

根据设计高程计算抱箍安装后的顶面高程，用记号笔把它画在墩柱上用作安装抱箍的标记。抱箍安装用吊车配合人工进行。安装前在地面上把抱箍分别拆开，安装时再进行组装。

吊车吊起一侧抱箍，吊装过程中要平衡。在抱箍的内表面缠上一层厚5 mm的土工布，将一侧抱箍吊至预定画线位置用铁丝与墩柱主筋固定位置，再以该侧抱箍为准调整抱箍下方盘口支架高度，吊放安装相邻抱箍，安装过程中抱箍螺栓不宜拧紧，在整套抱箍全部定位完成后对称拧紧螺栓达到设计要求扭力，完成安装，并且抱箍的牛腿要平行桥的方向[2]。

3.3 安装纵梁和横梁

主梁型号根据受力计算确定，利用吊车把纵梁安装在抱箍的牛腿上，并设置4道φ18 mm的圆钢做横向拉杆，将2根大纵梁连接为一体。工字钢安装完毕后，要测量工字钢的顶面高程，两侧工字钢高度要一致，顶部要水平否则要调整。

纵梁安装合格经过验收即可安装横梁。横梁采用长4 m，型号为100 mm×100 mm的方钢，安装间距600 cm，对称安装，一边安装方钢，一边用铁丝把方钢绑扎在工字钢钢梁上。横梁安装完毕要检查横梁的平整度，复核盖梁底高程和横梁高程的高差，检查盖梁底高程误差是否符合要求。

3.4 底铺设模

盖梁底模采用定制钢模板，水平对接，要求拼缝紧密，不允许有错台。底模铺装完毕马上安装安全护栏杆，在盖梁一侧搭建施工安全通道。

3.5 抱箍体系预压试验

施工前，需进行抱箍预压试验。支撑体系安装完成后按照盖梁荷载的1.2倍进行预压，观察抱箍是否有滑移现象。预压试验合格后，方可进行下一步施工。后续盖梁钢筋加工及安装、侧模安装、混凝土浇筑及养护按照常规的盖梁施工即可。

3.6 抱箍拆除

盖梁底模采用与抱箍、主次梁及分配梁同时卸落方式。

先使用吊车钢丝绳吊住抱箍及主龙骨，缓慢松动螺栓使抱箍与墩柱适当松开，轻撬底模板使其与盖梁混凝土分离，再拧松抱箍螺栓使其下降，使底模体系与盖梁脱开，并缓慢下放直至抱箍及其上主梁、底模落地依次拆除临边防护栏杆、底模及其余抱箍构件[3]。模板拆除后，由工长组织及时清理模板，将表面灰浆清理干净后，按规格码放，以便再次使用。使用后拆卸下来的方钢、方木及其构件，将有损伤的构件挑出，重新维修，严重损坏的要剔除更换。对拉螺栓及高强螺栓的螺纹上的锈斑及混凝土浆等要清除干净，用后上油保养。

4 方柱盖梁抱箍法施工的评价

4.1 方柱盖梁抱箍法施工的特点

1）采用“方抱箍圆做法”解决常规方抱箍无法施加均匀有效压力问题，可以在抱箍与方柱接触面产生足够均匀有效压力，从而产生足够的摩擦力，为盖梁施工提供足够支撑。

2）抱箍用材常规（主要材料为钢板、螺栓）、制作简单（模板厂即可照图加工）、造价低廉（每套抱箍为1.5 t）。

3）抱箍转运方便、装拆简单、可多次循环使用。

4）采用抱箍法，无须进行地基处理、减少支架搭设，可以加快施工速度、减少人力投入、降低施工成本。

5）本工法几乎不受沟渠、塘地、雨季及软弱地基的影响。

6）适用于各类方柱盖梁施工，对于高度6 m以上或处于软基地段、涉水路段方柱盖梁施工，其应用效果尤为明显。

4.2 方柱盖梁抱箍法施工的效益分析

采用该方法进行盖梁施工，不用进行地基处理，少量的辅助支架直接搭设在承台上，减少了支架搭设工作量，大大缩短了盖梁施工周期、明显降低成本；方柱抱箍圆做法的搭拆方便、快捷、安全，基本不受场地及雨季影响。其经济效益及工期效益十分明显[4]。

1）经济效益。采用本方法与传统方法相比，可以节约地基处理费、减少支架租赁费及搭设人工费、节约吊车及板车的台班费，根据在天津某高速项目实施的情况分析，平均每座盖梁可节约3 000～4 000元。

2）工期效益。采用本方法进行盖梁施工平均持续时间12 d，相较于传统盘扣支架法，可以节约2～3 d。以天津某高速124座盖梁施工为例，从2021年6月初开始施工，至10月底全部完成，历时仅5个月，基本未受到雨期影响，且资源投入大大减少。如采用传统的工艺进行施工，在投入相等资源情况下，至少需要8个月以上施工周期，且还将受到雨期影响，所以其工期效益十分明显。

5 结语

在工程施工中，面对方柱盖梁施工能否采用抱箍的问题，笔者对方柱抱箍如何有效传力问题进行研究，借鉴圆柱抱箍的原理，采用方柱抱箍“圆做法”从理论上予以顺利解决，通过在项目上进行实践应用，证明了方柱抱箍“圆做法”的成功，并且取得了较好经济效益和工期效益。