橋梁蓋梁抱箍法施工應用

劉久意

0 引言

近年來橋梁施工中,常用的蓋梁支撐方法有滿堂支架法、墩柱預留孔插鋼棒法以及抱箍法等。采用滿堂支架法,要求對支架地基作相應處理,如果橋下有流水則增加施工難度,當墩柱較高時,要耗費大量的支架,成本較高,生產周期長。墩柱預留孔法,雖然解決了支架法的缺點,但在外觀上要預留孔,施工完蓋梁后再進行填補,在外觀上不易處理,影響墩柱外觀質量。為了解決以上問題,抱箍法施工就應運而生了,而且抱箍設計和施工工藝近年來也日趨成熟。

1 抱箍法設計思想

抱箍法是用兩段半圓形鋼帶卡于蓋梁下方的墩柱上,鋼帶兩端焊以加勁連接板,并用高強螺栓連接擰緊在一起后,將鋼橫梁架于加勁板之上,利用鋼帶與墩柱的摩擦力支承橫梁傳下的上部荷載(蓋梁自重、模板自重、施工荷載等),結構輕巧,無需大量支架,特別是在高墩和橋下有流水時施工極為方便,在墩柱外觀質量上也沒有影響。

抱箍法的關鍵是要確保抱箍與墩柱間有足夠的摩擦力,以安全地傳遞荷載,其結構圖見圖1。

2 抱箍受力分析

根據摩擦力學公式,抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力F等于抱箍與墩柱間正壓力N與摩擦系數μ的乘積,即:

而抱箍所受正壓力是由鋼帶斷面承受拉應力后,傳遞到連接板上的高強螺栓上,最后由高強螺栓來承擔,所以高強螺栓必須擰緊以產生足夠的拉力。

此外由于上部荷載通過兩邊連接板,傳遞到抱箍體上,抱箍鋼帶內、連接板與鋼帶焊縫、加強板與連接板焊縫之間產生較大的剪力。

3 抱箍法施工工藝流程

抱箍法施工工藝流程見圖2。

4 抱箍法施工控制要點

1)箍身應有適當的強度和剛度,以傳遞拉力和摩擦力,并支撐上部重量,箍身設計時,要通過受力分析,計算出鋼板厚度、高度、加筋板厚度、焊縫長度、高強螺栓的數量和直徑大小。

2)箍身鋼帶制作要緊密貼墩柱,鋼帶范圍不宜設加勁板,為了增大箍身與墩柱混凝土接觸的摩擦,抱箍內徑宜比圓柱直徑大1 cm左右,抱箍與混凝土表面接觸處墊5 mm厚的橡膠皮,同時也避免了鋼帶和混凝土直接接觸損傷外觀。

3)鋼抱箍與墩柱間的正壓力是連接螺栓施加的,螺栓應首先進行預緊,然后用帶扭力矩的扭力扳手進行檢測,確保螺栓建立起規定的預拉力。

4)連接板與箍身鋼帶、加勁板之間的縫隙必須飽滿,為加強連接板的剛度,并能可靠地傳力,在豎向每兩排螺栓加一道加勁板。

5)由于抱箍連接板上的螺栓是兩排以上布置,外排螺栓施壓時對箍身產生較大的偏心矩,所以螺栓布置應盡可能緊湊,并且預緊螺栓一定要由里而外的順序擰緊,最后重返回里排,確保螺栓受力均勻。

6)抱箍加壓后通過在抱箍下方作標志,檢查抱箍是否有下沉現象,并做好記錄。根據計算縱梁下撓雖然滿足要求但最好也適當設置預拱度,并在混凝土施工中和施工后作好觀測記錄,總結預拱度經驗值,以利以后指導施工。

5 施工實例

重慶繞城高速公路西段 W4標K79+898何家槽中橋為2-20 m先簡支后連續后張法預應力箱梁,下部結構橋墩為雙幅三柱式墩,橋墩直徑為1.5 m,每墩間距為6.9 m,兩端懸臂2.575 m,蓋梁單片高160 cm,寬170 cm,長1 895 cm,單片C30混凝土數量49.47 m3,橋下為當地一老河溝,長年有水。橋墩及基礎施工完畢后,承包人提出采用抱箍法施工蓋梁,采用鋼抱箍高40 cm,由12 mm厚A3鋼板卷制而成,使用螺栓數目為16顆高強螺栓,螺栓直徑為27 mm,縱梁采用兩根30工字鋼,橫梁采用10 cm×10 cm松木方,滿鋪間距為15 cm。

5.1 根據荷載分布求出抱箍的受力

5.1.1 荷載計算

1)蓋梁混凝土自重:G1=49.47×25=1 237 kN。

2)模板,橫、縱自重及支撐加固:G2=120 kN(根據模板設計資料)。

3)施工荷載與其他荷載:G3=20 kN。

縱梁所承受的荷載假定為均布荷載q:

5.1.2 力學計算模型

建立力學模型如圖3所示。

5.1.3 結構力學計算

如圖3所示結構體系為一次超靜定結構。

計算支座反力RC:

由靜力平衡方程解得:

由上可知三個抱箍中最大受力在中間的抱箍,以 RC值控制抱箍檢算。

5.2 鋼帶對墩柱的壓應力σ1

由式(1)可知 kF=μ σ1Bπ2R。

并可推出 σ1=kF/(μ Bπ2R)=1.11 MPa (2)

其中,μ為摩擦系數,一般取0.3;B為鋼帶寬度,取400 mm;R為墩柱半徑,取750 mm;k為荷載安全系數,取1.2;F為傳于抱箍上的上部荷載,即RC=524 kN。

由此可見抱箍對C25混凝土墩身產生的抗壓強度遠遠小于其設計值。

5.3 鋼帶內拉應力計算

由鋼帶內應力σ2的合成圖可得(見圖4):

化簡得:σ2R=σ1R/t。

其中,t為鋼帶厚度,取 12 mm;R為墩柱半徑,取750 mm。

求得:σ2=69.38 MPa＜[σ]=140 MPa。

其中,[σ]為A3鋼板容許軸向拉應力值,為140 MPa。

5.4 鋼帶伸長量

其中,E為鋼材的彈性模量,為2.1×105MPa。

5.5 螺栓所受拉力

鋼帶所受拉力 N=σ2Bt=69.38×12×400=333 kN。

因每側使用螺栓數目為8顆高強螺栓,所以每個螺栓所受拉力 Nt為:

其中,P為φ 27 mm高強螺栓預拉力,為290 kN;0.8為保險系數,由JGJ 82-91鋼結構高強度螺栓的設計、施工及驗收規程查得。

此外抱箍驗算還有鋼帶、螺栓抗剪計算、連接板焊縫抗剪計算,在這里不作詳細介紹。從以上計算可知該抱箍設計滿足施工受力要求,并有相當大的安全系數。

6 結語

隨著我國高速公路事業的快速發展,橋梁施工技術也在不斷的提高,抱箍法施工蓋梁作為先進、科學的施工技術也正在工程實踐中得到大量應用和推廣。

作為施工、監理人員也應盡快掌握抱箍設計理論、驗算方法以及施工控制要點,用于指導施工,在保證施工安全的前提下,充分發揮抱箍法施工蓋梁的優勢。

[2] JTJ 041-2000,公路橋涵施工技術規范[S].

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