无支架抱箍法盖梁施工验算
2015-10-21梁耿炜
梁耿炜
【摘要】结合揭惠高速A3标盖梁施工,对抱箍法施工中的钢抱箍承载力进行了验算。指出钢抱箍中高强螺栓以受拉为主,通过高强螺栓的预拉力对墩柱产生正压力,进而与墩柱产生摩擦力以平衡上部荷载,提出了正确的钢抱箍承载力计算方法并进行了抱箍试验。
【关键词】钢抱箍;高强度螺栓预拉力;抱箍试验
一、工程概况
由广州市市政集团承建的广东省揭(阳)至惠(来)高速公路第A3合同段,路线全长5.1km,属特大桥标段。本工程中双圆柱式桥墩盖梁采用抱箍法施工,即在已施工完成的墩柱上安装钢抱箍,作为后续盖梁施工作业的承重平台,如图1所示。桥墩立柱中心间距9.1m,盖梁长度11.2m,宽度1.7m,高度1.5m,设计C35混凝土28.56m3。
图1 两圆柱式盖梁抱箍法施工示意图
二、盖梁抱箍法施工结构设计
(一)钢抱箍的工作原理
安装钢抱箍时,通过拧紧螺栓,把预拉力P施加到高强螺栓上(此时两个半圆箍连接处空隙会缩小),则抱箍自身有了水平环向拉力T,这个环向拉力产生了对圆柱的表面正压力N,当上部荷载传递到抱箍上时,这个正压力在抱箍与墩柱之间产生摩阻力F,通过摩阻力来与外部竖向荷载平衡。
(二)抱箍法施工支架体系设计
将两半抱箍用接头处螺栓固定成型,置于墩柱下方地面上。抱箍按墩柱上标高准确就位后,紧固牛腿处螺栓,在抱箍下方加设止挡钢筋,止挡钢筋四角布置,直径25mm,插入立柱孔内20cm,外伸15cm,防止钢抱箍下滑。
钢抱箍上固定卸落砂箱,砂箱固定良好。卸落砂箱支撑贝雷架,每侧贝雷桁片一联,吊装后两联贝雷架通过 [10槽钢架连接牢固。贝雷架安装好后,在其上面每隔50cm铺设5m长[22槽钢,再铺盖梁底模。
(三)抱箍设计
抱箍结构:抱箍的直径略大于圆柱直径,以便安装橡胶垫,抱箍与混凝土接触面要平整,箍身应有适当的强度和刚度,以传递拉力、摩擦力并支撑上部结构重量,直径为130cm的墩柱采用12mm的钢板,抱箍高50cm。牛腿应有足够的强度承受压力,采用20mm的钢板。抱箍与混凝土的接触面处垫5mm厚的橡胶垫,以增大抱箍与混凝土之间的摩擦力及接触的密实度,并保护立柱表面混凝土。螺栓使用16根10.9级M24螺栓。
三、盖梁抱箍法施工承载力计算
(一)、计算参数
(1)、钢筋混凝土容重:26kN/m3
(2)、钢模板板重:0.647 kN/m2
(3)、横梁为[22槽钢,自重28.4 kg/m,每条长5m,共计25条横梁。纵梁为贝雷片,每片 270 kg,盖梁每侧5片,共计10片。
(4)、施工人员及设备荷载标准值:0.1kN/m2
(5)、倾倒混凝土产生荷载标准值:1.0kN/m2
(6)、荷载分项系数:恒载1.2,活载1.4,为偏于安全,计算时将所有荷载按恒载和活载进行叠加组合。
(二)、荷载计算
(1)盖梁砼自重:
(2)模板自重:
(3)横梁自重:
(4)贝雷梁自重:
(5)施工荷载与其它荷载:
(三)、抱箍计算
1、荷载计算
总荷载
每个盖梁按墩柱设两个抱箍体支承上部荷载,由上面的计算可知:
支座反力
每个抱箍承受的竖向荷载为525.5kN,该值即为抱箍体需产生的摩擦力。
2、抱箍受力计算
抱箍所受的摩擦力由钢抱箍对墩柱的正压力产生,而正压力又由钢抱箍M24的高强螺栓的预拉力产生,查《简明施工计算手册》可知,单个M24螺栓的允许抗拉承载力:
式中:P---高强螺栓的预拉力,取225kN;
则
则抱箍每侧8个高强螺栓产生的预拉力
关于水平环向拉力与抱箍对墩柱产生的正压力之间的关系,文献4指出了一个常见误区,即把高强螺栓的预拉力T当作钢抱箍对圆柱的正压力N。其计算出二者之间正确关系应为:
则
可提供的最大摩擦力
式中, ---钢抱箍与橡胶垫摩擦面抗滑系数,参照《桥梁施工工程师手册》,为安全起见,取0.2。
则可产生的最大摩擦力为:
即抱箍可提供的最大摩擦力大于实际竖向荷载,抱箍设计安全。其安全系数为:
四、抱箍试验
为了保证施工安全,检验抱箍的承载力是否能够满足盖梁施工荷载要求,在盖梁施工前要进行抱箍试验。
(一)液压油顶的选择与安装
抱箍设计高度50cm,由直径1.3m两个半圆通过16根M24高强螺栓连接而成,由抱箍计算过程可知单个抱箍承受的荷载为525.5kN。试验时加载量为盖梁施工中受力最大时抱箍的承载力的1.2倍,即为631kN。将两台液压千斤顶安装在两抱箍之间,固定牢固,保证千斤顶垂直度。
(二)承载力试验
检查确认抱箍螺栓扭紧和千斤顶安装牢固后,两台液压千斤顶同时慢慢加压开始抱箍承载力试验,加压时时刻注意千斤顶压力表读数,保证两台千斤顶压力基本一致,不得偏压。慢慢加载至316kN的压力,加载过程中观察抱箍与墩柱之间的相对滑动情况,以及抱箍的变形情况,若没有上述两种情况或者抱箍滑动和变形都很小,則抱箍承载力满足盖梁施工要求。反之,抱箍要重新设计,加大承载能力。保证盖梁施工所需承载力要求,确保施工安全。
结 语
本文通过对钢抱箍进行受力分析,完成了钢抱箍的承载力验算,为钢抱箍的使用提供了依据。并对抱箍进行了试验,确保其安全使用。考虑到抱箍的实际受力状态,本文对高强螺栓的承载力使用抗拉强度而非抗剪强度,如有不妥之处,请同行指正。
参考文献
[1]叶见曙.结构设计原理.人民交通出版社,2014
[2]江正荣,朱国梁.简明施工计算手册.中国建筑出版,2005
[3]杨文渊.桥梁施工工程师手册.人民交通出版社,2003
[4]董中亚等,钢抱箍结构的力学分析与计算,水运工程,2010