桥梁盖梁抱箍法施工应用

刘久意

0 引言

近年来桥梁施工中,常用的盖梁支撑方法有满堂支架法、墩柱预留孔插钢棒法以及抱箍法等。采用满堂支架法,要求对支架地基作相应处理,如果桥下有流水则增加施工难度,当墩柱较高时,要耗费大量的支架,成本较高,生产周期长。墩柱预留孔法,虽然解决了支架法的缺点,但在外观上要预留孔,施工完盖梁后再进行填补,在外观上不易处理,影响墩柱外观质量。为了解决以上问题,抱箍法施工就应运而生了,而且抱箍设计和施工工艺近年来也日趋成熟。

1 抱箍法设计思想

抱箍法是用两段半圆形钢带卡于盖梁下方的墩柱上,钢带两端焊以加劲连接板,并用高强螺栓连接拧紧在一起后,将钢横梁架于加劲板之上,利用钢带与墩柱的摩擦力支承横梁传下的上部荷载(盖梁自重、模板自重、施工荷载等),结构轻巧,无需大量支架,特别是在高墩和桥下有流水时施工极为方便,在墩柱外观质量上也没有影响。

抱箍法的关键是要确保抱箍与墩柱间有足够的摩擦力,以安全地传递荷载,其结构图见图1。

2 抱箍受力分析

根据摩擦力学公式,抱箍与墩柱间的最大静摩擦力F等于抱箍与墩柱间正压力N与摩擦系数μ的乘积,即:

而抱箍所受正压力是由钢带断面承受拉应力后,传递到连接板上的高强螺栓上,最后由高强螺栓来承担,所以高强螺栓必须拧紧以产生足够的拉力。

此外由于上部荷载通过两边连接板,传递到抱箍体上,抱箍钢带内、连接板与钢带焊缝、加强板与连接板焊缝之间产生较大的剪力。

3 抱箍法施工工艺流程

抱箍法施工工艺流程见图2。

4 抱箍法施工控制要点

1)箍身应有适当的强度和刚度,以传递拉力和摩擦力,并支撑上部重量,箍身设计时,要通过受力分析,计算出钢板厚度、高度、加筋板厚度、焊缝长度、高强螺栓的数量和直径大小。

2)箍身钢带制作要紧密贴墩柱,钢带范围不宜设加劲板,为了增大箍身与墩柱混凝土接触的摩擦,抱箍内径宜比圆柱直径大1 cm左右,抱箍与混凝土表面接触处垫5 mm厚的橡胶皮,同时也避免了钢带和混凝土直接接触损伤外观。

3)钢抱箍与墩柱间的正压力是连接螺栓施加的,螺栓应首先进行预紧,然后用带扭力矩的扭力扳手进行检测,确保螺栓建立起规定的预拉力。

4)连接板与箍身钢带、加劲板之间的缝隙必须饱满,为加强连接板的刚度,并能可靠地传力,在竖向每两排螺栓加一道加劲板。

5)由于抱箍连接板上的螺栓是两排以上布置,外排螺栓施压时对箍身产生较大的偏心矩,所以螺栓布置应尽可能紧凑,并且预紧螺栓一定要由里而外的顺序拧紧,最后重返回里排,确保螺栓受力均匀。

6)抱箍加压后通过在抱箍下方作标志,检查抱箍是否有下沉现象,并做好记录。根据计算纵梁下挠虽然满足要求但最好也适当设置预拱度,并在混凝土施工中和施工后作好观测记录,总结预拱度经验值,以利以后指导施工。

5 施工实例

重庆绕城高速公路西段 W4标K79+898何家槽中桥为2-20 m先简支后连续后张法预应力箱梁,下部结构桥墩为双幅三柱式墩,桥墩直径为1.5 m,每墩间距为6.9 m,两端悬臂2.575 m,盖梁单片高160 cm,宽170 cm,长1 895 cm,单片C30混凝土数量49.47 m3,桥下为当地一老河沟,长年有水。桥墩及基础施工完毕后,承包人提出采用抱箍法施工盖梁,采用钢抱箍高40 cm,由12 mm厚A3钢板卷制而成,使用螺栓数目为16颗高强螺栓,螺栓直径为27 mm,纵梁采用两根30工字钢,横梁采用10 cm×10 cm松木方,满铺间距为15 cm。

5.1 根据荷载分布求出抱箍的受力

5.1.1 荷载计算

1)盖梁混凝土自重:G1=49.47×25=1 237 kN。

2)模板,横、纵自重及支撑加固:G2=120 kN(根据模板设计资料)。

3)施工荷载与其他荷载:G3=20 kN。

纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q:

5.1.2 力学计算模型

建立力学模型如图3所示。

5.1.3 结构力学计算

如图3所示结构体系为一次超静定结构。

计算支座反力RC:

由静力平衡方程解得:

由上可知三个抱箍中最大受力在中间的抱箍,以 RC值控制抱箍检算。

5.2 钢带对墩柱的压应力σ1

由式(1)可知 kF=μ σ1Bπ2R。

并可推出 σ1=kF/(μ Bπ2R)=1.11 MPa (2)

其中,μ为摩擦系数,一般取0.3;B为钢带宽度,取400 mm;R为墩柱半径,取750 mm;k为荷载安全系数,取1.2;F为传于抱箍上的上部荷载,即RC=524 kN。

由此可见抱箍对C25混凝土墩身产生的抗压强度远远小于其设计值。

5.3 钢带内拉应力计算

由钢带内应力σ2的合成图可得(见图4):

化简得:σ2R=σ1R/t。

其中,t为钢带厚度,取 12 mm;R为墩柱半径,取750 mm。

求得:σ2=69.38 MPa＜[σ]=140 MPa。

其中,[σ]为A3钢板容许轴向拉应力值,为140 MPa。

5.4 钢带伸长量

其中,E为钢材的弹性模量,为2.1×105MPa。

5.5 螺栓所受拉力

钢带所受拉力 N=σ2Bt=69.38×12×400=333 kN。

因每侧使用螺栓数目为8颗高强螺栓,所以每个螺栓所受拉力 Nt为:

其中,P为φ 27 mm高强螺栓预拉力,为290 kN;0.8为保险系数,由JGJ 82-91钢结构高强度螺栓的设计、施工及验收规程查得。

此外抱箍验算还有钢带、螺栓抗剪计算、连接板焊缝抗剪计算,在这里不作详细介绍。从以上计算可知该抱箍设计满足施工受力要求,并有相当大的安全系数。

6 结语

随着我国高速公路事业的快速发展,桥梁施工技术也在不断的提高,抱箍法施工盖梁作为先进、科学的施工技术也正在工程实践中得到大量应用和推广。

作为施工、监理人员也应尽快掌握抱箍设计理论、验算方法以及施工控制要点,用于指导施工,在保证施工安全的前提下,充分发挥抱箍法施工盖梁的优势。

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