抱箍法施工簡支梁橋蓋梁其抱箍承載能力分析

【摘要】抱箍是簡支梁式橋蓋梁施工常用工具，通過抱緊墩柱產(chǎn)生足夠大的摩阻力支撐施工平臺，需要提供持續(xù)且足夠的正壓力能力，其受力復雜，因此提出了抱箍與抱耳整體熱軋工藝，全面梳理了抱箍強度計算內容，首次提出了抱耳強度計算方法。

【關鍵詞】蓋梁; 抱箍; 承載能力; 分析

【中圖分類號】U445.469A

0 引言

簡支梁式橋是不同等級公路工程廣泛采用的常規(guī)結構，其蓋梁的施工方法因墩柱高度、橋位地形條件、地基承載能力、蓋梁自重而不同，當墩柱高度大于10 m，蓋梁常采用抱箍法或穿心鋼棒法形成現(xiàn)澆平臺澆筑蓋梁混凝土。穿心鋼棒法的主要缺陷是需要在柱頂預留較大孔洞，當預留位置與墩柱主筋發(fā)生沖突時，需要局部調整主筋位置，對墩柱結構形成了實質性傷害，影響其耐久性；抱箍法是利用抱箍與墩柱混凝土間摩擦力提供施工平臺支撐力，對結構無任何損傷，其缺點是抱箍抱緊力不足或失效，施工平臺將整體失穩(wěn)傾覆，安全風險較高，但只要抱箍設計正確，現(xiàn)場安裝技術保障措施到位，安全風險完全可控。

1 抱箍的設計要點

1.1 設計步驟

查閱文獻—類似工程比對—擬定結構尺寸—計算分析—樣品試制—驗收—荷載試驗—優(yōu)化改進—定型加工。

1.2 設計要點

1.2.1 采用的技術標準

抱箍外荷載是施工平臺分配梁的支點反力，平臺的支點計算以GB 50068-2018《建筑結構可靠性設計統(tǒng)一標準》、GB 55001-2021《工程結構通用規(guī)范》、GB 50666-2011《混凝土結構工程施工規(guī)范》技術標準為主，包括結構設計以采用GB 50017-2017《鋼結構設計規(guī)范》技術標準為主。

1.2.2 主要結構尺寸擬定

抱箍結構尺寸擬定以參照同類工程采用的抱箍尺寸為主，鑒于其豎向承載能力與墩柱接觸面的大小有關，因此在抱箍高度設計時，通過增加其高度可以提高其承載能力，但由于混凝土表面平整度具有一定的差異性，導致抱箍與混凝表面并非全部密貼，因此不能完全通過提供抱箍的高度，實現(xiàn)其承載能力，類似工程常用高度50 cm，當需要進一步提供其承載能力時，可以適當調整其高度，并通過設置雙抱箍提高承載能力。采用雙抱箍時，單個抱箍的高度按30～50 cm設計。

抱箍的整體結構根據(jù)墩柱截面尺寸，按雙半圓設計，抱箍體加勁肋按構造要求設置。抱耳是整個抱箍傳遞荷載的關鍵，頂面寬度結合卸荷裝置類型、大小確定，能滿足卸荷裝置的安裝要求；頂板下的腹板寬度應能確保高強螺栓安裝，并能滿足高強螺栓布置要求應根據(jù)構造和受力要求；為滿足傳力和構造要求，腹板還需設置足夠強度的加勁肋。

1.2.3 材料和構造要點

抱箍采用Q235鋼，厚度根據(jù)設計方案選用；高強螺栓采用10.9級，規(guī)格、型號按設計方案配置。

抱箍由鋼結構工廠加工，抱耳與抱箍體整體熱軋成型，抱箍體按構造要求設置加勁肋板，采用氣體保護焊，抱耳加勁肋板采用熔透焊。

2 抱箍承載能力設計與復核

2.1 抱箍承載能力分析內容

抱箍承載能力計算內容包括抱箍強度、抱耳強度計算，構件焊縫強度計算，抱耳連接高強螺栓的規(guī)格、型號選配及數(shù)量計算，按時抱箍時高強螺栓的擰緊力矩計算。相關的行業(yè)技術標準并沒有明確規(guī)定抱箍的承載能力計算方法，設計可按照通用技術標準分析其最不利工況下承受的荷載，參考《路橋施工計算手冊》等工具書中的相關內容，計算分析抱箍承載能力［1］，也可建立三維實體模型計算分析其在最不利工況下的應力、變形是否滿足要求。

2.2 結構尺寸擬定與材料規(guī)格性能

3 抱箍對墩柱混凝土壓應力及承載能力要求

抱箍承載能力為抱箍與墩柱混凝土面間的抗滑摩阻力，假定對墩柱混凝土面的壓力為N，當安全系數(shù)取值1.2時［1］，則需滿足μN≥1.2R。

4 抱箍體強度分析

高強螺栓拉力的大小，需要確保抱箍體由此形成的對墩柱正面壓力形成的摩阻力能承擔平臺支座反力，抱箍體需要的拉應力即正應力，而在豎向支座反力作用下，抱箍體承受剪應力。

4.1 正應力計算

4.2 剪應力計算

4.3 抱箍體的組合應力σz計算

4.4 加勁肋板焊縫強度計算

抱箍體加勁肋板為設計構造措施，無需進行強度計算，其質量滿足設計要求和鋼結構加工質量驗收標準即可［5］。

工程結構劉敬楊： 抱箍法施工簡支梁橋蓋梁其抱箍承載能力分析

5 抱耳強度分析

5.1 抱耳腹板強度

抱耳受力復雜，由于高強螺栓群的中心距離抱箍體與抱耳彎折處存在一定距離，在高強螺栓拉力作用下，抱耳腹板承受面外彎拉應力、剪應力作用；施工平臺分配梁結構需要，抱耳面安裝的支座無法靠近墩柱混凝土面，豎向荷載作用點與抱耳根部存在偏移，抱耳腹板正面承受彎剪應力，因此抱耳與抱箍體均要求整體熱軋，提高其承載能力。

假設荷載均由抱耳腹板、頂板、肋板共同承擔［6］；平臺卸荷支座中心距離抱箍體中心10 cm；高強螺栓群中心距離抱箍體中心5 cm，抱耳承載能力是否滿足要求分析如下。

5.1.1 正應力分析

5.1.2 剪應力分析

5.1.3 正應力與剪應力的組合應力

5.2 抱耳肋板及其焊縫強度

抱耳肋板為構造措施，無需進行強度計算。抱耳焊縫包括頂板與抱箍體水平焊縫、頂板與抱耳腹板角焊縫、加勁肋板角焊縫，均為常規(guī)計算方法，無需贅述。

6 高強螺栓承載能力分析

6.1 高強螺栓配置

為確保施工安全，實際可采用18個高強螺栓，單個抱箍體每端抱耳設置9個，若高強螺栓需要數(shù)量多，布置困難，需要改用更大直徑的高強螺栓，若采用M32規(guī)格，理論分析經(jīng)需要7個即可滿足要求，實際每端可設置6個即可。若增大高強螺栓直徑需要的高強螺栓數(shù)量仍然較多，可考慮設置雙抱箍，確保抱箍承載能力，提高平臺穩(wěn)定。

6.2 高強螺栓扭緊力矩計算

6.2.1 螺帽壓力產(chǎn)生的反力矩

6.2.2 螺栓爬升角產(chǎn)生的反力矩

7 結束語

抱箍是路橋工程設置承重平臺的常備工具，應用廣泛，涉及抱箍的專項方案編制均需要提交抱箍承載能力、結構強度的計算評價資料［5-6］，但目前并無針對抱箍的設計標準、計算分析手冊，只能借鑒資料結合工程實踐，梳理了抱箍計算的主要內容，計算方法，提出了抱耳與抱箍體整體熱軋工藝，強度計算方法，并擬定算例參數(shù)對抱耳的強度進行了分析，抱耳表面的組合應力已經(jīng)接近設計應力，在實際使用中應密切關注抱箍的狀態(tài)。

參考文獻

［1］ 中國建筑科學研究院.鋼結構設計規(guī)范：GB 50017—2017［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

［2］ 周水興，何兆益，鄒毅松. 路橋施工計算手冊 ［M］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］ 王成津. 跨公路橋梁高墩柱蓋梁抱箍法設計與應用 ［J］.安徽建筑，2023（11）：166-168.

［4］ 涂偉標，常心煜. 蓋梁抱箍法無支架施工技術要點研究 ［J］.交通世界，2022（27）：54-56.

［5］ 郭慶靜.高速公路蓋梁抱箍法施工平臺優(yōu)化研究 ［J］.黑龍江交通科技，2022（6）：45-47.

［6］ 李恒喜.高速公路雙抱箍法蓋梁施工工藝 ［J］.中國高新技術，2022（11）：53-54.