鋼抱箍制安與支頂系統(tǒng)受力論證

李挺

廈門中平工程監(jiān)理咨詢有限公司（361000）

鋼抱箍制安與支頂系統(tǒng)受力論證

李挺

廈門中平工程監(jiān)理咨詢有限公司（361000）

在橋梁施工中，蓋梁是橋梁下部構(gòu)造中的重要組成部分。這里結(jié)合工程實(shí)例對蓋梁鋼抱箍的制作、安裝、支頂系統(tǒng)及組成構(gòu)件受力等進(jìn)行闡述與論證。

蓋梁；鋼抱箍法；施工工藝；施工驗(yàn)算

1 工程概況及施工方法選擇

某大橋及引道工程,引道橋墩（墩柱直徑1.4m）蓋梁共40道，外型尺寸為:長13.1m，寬1.8m，高1.6m。根據(jù)自有鋼抱箍數(shù)量，采用鋼抱箍支頂?shù)氖┕し椒ǎw梁模板采用大塊鋼模板和酚醛板制作。

2 蓋梁鋼抱箍法施工特點(diǎn)

鋼抱箍法的設(shè)計(jì)原理是在墩柱的適當(dāng)部位安裝鋼抱箍,利用高強(qiáng)螺栓拉緊鋼抱箍,依靠鋼抱箍與墩柱之間的靜摩擦力承受支撐托架自身、蓋梁模板、鋼筋混凝土及施工荷載。由于蓋梁的全部施工荷載均由鋼抱箍承受,所以鋼抱箍與混凝土柱之間的摩擦力是否能承受以上荷載,是確定鋼抱箍是否能夠安全使用的關(guān)鍵。

鋼抱箍法可減少周轉(zhuǎn)材料的一次性投入量，適應(yīng)性強(qiáng),施工簡便，縮短施工周期，加快施工進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)效益顯著；不占地面工作面,現(xiàn)場易于清理,材料不易丟失,便于現(xiàn)場管理。但安全風(fēng)險(xiǎn)因點(diǎn)多分散，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)隨之增高，對施工專業(yè)班組的管理水平有一定要求。

3 蓋梁鋼抱箍施工方法

3.1 承載力試驗(yàn)簡述

鋼抱箍在正式施工前應(yīng)進(jìn)行承載力試驗(yàn)。將經(jīng)過計(jì)算的鋼抱箍在離地約80 cm處鎖緊，在抱箍兩側(cè)對稱安放經(jīng)配套標(biāo)定過的液壓千斤頂和液壓油表。試驗(yàn)所取的荷載按如下取值:蓋梁每條重939.4 kN，考慮其他荷載（如貝雷架、次龍骨、模板、其他施工荷載等）后每條蓋梁重1 400 kN，每個(gè)墩柱上的鋼抱箍的荷載為700 kN。試驗(yàn)荷載取實(shí)際荷載的1.2倍,故試驗(yàn)墩柱的鋼抱箍試驗(yàn)荷載為840 kN，每個(gè)千斤頂施加荷載為840/2=420 kN。

3.2 鋼抱箍法施工

1）根據(jù)蓋梁設(shè)計(jì)標(biāo)高反算出抱箍鋼帶下沿在墩柱上的位置，并在其上做好標(biāo)記，以便抱箍準(zhǔn)確安裝就位。

2）將兩半抱箍在牛腿處用螺栓固定成型，置于墩柱下方地面上。

3）將兩牛腿處螺栓之間穿一鋼絲繩，用吊機(jī)勾住鋼絲繩將抱箍吊裝就位。吊裝時(shí)注意在兩牛腿下方支撐一鋼筋，以確保抱箍不變形。

4）箍按墩柱上的標(biāo)高準(zhǔn)確就位后，因此處螺栓所承受的力較大，故需緊固牛腿處的螺栓。為便于施工，需將扳手加長，可加焊50 cm長的Φ28鋼筋，方便對螺栓加壓上緊。復(fù)核兩半抱箍接頭間隙是否小于2 cm（施工設(shè)計(jì)要求），直到符合要求為止。

5）把兩排貝雷架吊置于墩柱兩側(cè)牛腿上，用[12槽鋼聯(lián)系固定好,防止其向兩側(cè)傾覆,其上安裝蓋梁底模板。

6）搭設(shè)簡易腳手架，供施工時(shí)使用。

7）用水準(zhǔn)儀測量蓋梁底模板標(biāo)高，如低于設(shè)計(jì)值可加墊鋼板等進(jìn)行調(diào)整。

8）在底模板安裝好后，為保證蓋梁混凝土澆注完成后底模板不下沉，需用砂袋等進(jìn)行等載（相等于蓋梁重量）預(yù)壓試驗(yàn)，以消除可能存在的非彈性變形的影響。卸下預(yù)壓砂袋后，復(fù)核底模板標(biāo)高，依據(jù)預(yù)壓后的實(shí)際標(biāo)高作相應(yīng)處理后，安裝蓋梁鋼筋和側(cè)模板。

9）蓋梁混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%后，拆除底模板下的木楔塊，使底模板松脫蓋梁底，落在[22槽鋼上，用吊機(jī)吊離底模板，拆除[22槽鋼及貝雷架，最后卸下抱箍。

10）注意事項(xiàng):①制作抱箍時(shí)，應(yīng)用E50型焊條。焊接操作人員必須持證上崗證，焊接前要做焊接試件，通過力學(xué)試驗(yàn)，合格后方可正式上崗操作。②在安裝抱箍時(shí),抱箍鋼帶與墩柱之間加墊3mm膠帶,以增大摩擦系數(shù),并起到保護(hù)墩柱的作用。③抱箍就位時(shí),需要注意牛腿與蓋梁方向垂直，以利于安放貝雷架。

4 模板構(gòu)件要素

蓋梁底模板采用大塊2 cm厚酚醛板，酚醛板底下10 cm×10 cm的木方間隔為@50 cm,側(cè)模板采用大塊鋼模板，外側(cè)加2條[12槽鋼@75 cm做豎向加勁肋，2條[12槽鋼上下用Φ20對拉桿對拉，以保證模板的剛度。

5 蓋梁鋼抱箍支頂受力驗(yàn)算

5.1 基本計(jì)算資料

引道橋墩（墩柱直徑1.4m）蓋梁外型尺寸為：長13.1m，寬1.8m，高1.6m。

1）A3鋼:[δ]=170mPa，[τ]=100mPa，E=2.06× 105mPa。2）單層貝雷架:[M]=788.2 kN·m,[Q]=245.2 kN。[τ銷釘]=500 kN/顆h=1.5m，每片自重為3 kN，每片貝雷片I=250 500 cm4。3）縱梁采用2排單層貝雷架。4）混凝土γ=26 kN/m3。5）安全系數(shù)取1.2。6）鋼抱箍的鋼帶寬0.3m，厚度為10mm，使用Q235鋼制作。7）橫楞[22b型，@40 cm，q=28.4 kg/m,W= 234 cm3，I=2 571 cm4。

5.2 受力計(jì)算復(fù)核

5.2.1 鋼抱箍的驗(yàn)算

1）荷載計(jì)算

①蓋梁自重:（13.1×1.8×1.6-2×0.8）×26=939.4 kN。

②底模板自重:16.0 kN，側(cè)模板自重:28.0 kN。③縱梁采用2片貝雷架，貝雷架自重:30 kN。

④根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 041-2000）要求的施工荷載:2.5×13.1×1.8=59.0 kN,傾倒及混凝土振搗荷載；4×13.1×1.8=94.3 kN,合計(jì)1 166.7 kN。

⑤安全系數(shù)為1.2。故計(jì)算荷載為1 400.0 kN。

⑥蓋梁的支撐由兩條柱子上的鋼抱箍組成，故每個(gè)鋼抱箍的計(jì)算荷載為:1 400.0/2=700 kN。

2）鋼抱箍的鋼帶對墩柱的壓應(yīng)力δ1的驗(yàn)算G=μ·δ1·B·π·D

μ——摩擦系數(shù)為0.35；B——鋼帶的寬度為300mm；D——墩柱直徑為1 400mm；G——作用在墩柱上的計(jì)算荷載。

δ1=G/(μ·B·π·D)=700×1 000/(0.35×300×3.141 5×1 400)=1.52mPa

[δc]——墩柱混凝土的抗壓強(qiáng)度容許值，其值不大于0.8Rab。

墩柱混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，其7d強(qiáng)度Rab為0.7×30=21mPa。

[δc]=21×0.8=16.8mPa∴δ1＜[δc]

3）鋼抱箍的鋼帶內(nèi)應(yīng)力δ2驗(yàn)算

t——鋼帶厚度為10mm；r——墩柱半徑700mm。

化簡得δ2=δ1·r/t=1.52×700/10=106.4mPa＜[δ] =170mPa

∴鋼帶內(nèi)應(yīng)力符合施工要求

4）在δ2=106.4mPa作用下，半個(gè)鋼帶的伸長量計(jì)算及加工長度

半個(gè)鋼帶的伸長量△L=(δ2/E)·π·r

半個(gè)鋼帶加工長度L=π·r-△L=（1-106.4/ 2.06×105）×π×700=2 198mm。

兩半抱箍接頭間隙取20mm，則L取2 178mm

5）螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算

牛腿腹板處采用四根4.6級的螺栓，分兩排布置，螺栓直徑取30mm。

鋼帶所受力P=106.4×10×300/1 000=319.2 kN

螺栓設(shè)計(jì)拉力Nt=Ae×ftb×n=516×170×4/1000= 381.5 kN。

∵P＜Nt∴螺栓符合施工要求

6）鋼抱箍的焊縫驗(yàn)算

焊縫采用E43型，手工焊，鋼材為Q235鋼。按照焊縫傳遞應(yīng)力與母材所承受應(yīng)力相協(xié)調(diào)原則，由于腹板焊縫傳遞彎矩很小，可忽略不計(jì)，故假設(shè)腹板焊縫只承受剪力,翼緣板焊縫承受全部彎矩M，并將M化為一對水平力H=M/h。

將G/4=700/4=175 kN等效為剪力V與彎矩M得:V=G/4=700/4=175 kN，M=G/4×e=175×0.1=17.5 kN·m。

翼緣板焊縫所承受的水平力H=M/h=17.5/ 0.29=60.4 kN（h——牛腿翼緣板中線間的距離）。

①在水平力H作用下，翼緣板焊縫強(qiáng)度

δf1=H/he1Lw1=60.4×1 000/(0.7×10×200)=43.2mPa

he1——焊縫有效寬度，he1=0.7×hf，hf為焊縫焊角尺寸10mm；Lw1——焊縫長度。

②在剪力V作用下，腹板側(cè)焊縫剪應(yīng)力

τf=V/(2·he2·Lw2)=175×1 000/(2×0.7×10×280)= 44.7mPa

③螺栓壓力P由翼板縫及腹板焊縫共同承擔(dān)，所以在螺栓壓力P作用下:δp=P/(∑he·Lw)=319.2×1000/[0.7×10×(200+200+280)]=67.1mPa

④翼緣板焊縫強(qiáng)度:δ翼=（δf12+δp2）1/2=(43.22+ 67.12)1/2=79.8mPa＜βf·ffw=1.22×160=195mPa

⑤腹板焊縫強(qiáng)度:δ腹=[(δp/βf)2+τf2]1/2=[（67.1/ 1.22）2+44.72]1/2=70.9mPa＜ffw=160mPa

βf——正面焊縫強(qiáng)度增大系數(shù)為1.22；ffw——角焊縫抗拉、壓、剪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為160mPa。

綜上，鋼抱箍符合施工要求。

5.2.2 貝雷架縱梁驗(yàn)算

1）荷載計(jì)算

總荷載均勻作用在縱梁上，故q=1 400 kN/13.1m=106.9 kN/m q=106.9 kN/m

2）強(qiáng)度驗(yàn)算

縱梁為兩片貝雷架，故

Mmax=2.8×106.9×2.8/2=419.1 kN/m＜[M]= 788.2×2=1 576.4 kN·m。

Qmax=1 400/2-2.8×106.9=400.7 kN＜[Q]=245.2 kN×2=490.4 kN

3）撓度驗(yàn)算

使用結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算得到：f/L=1/73 375＜1/400

5.3 橫梁[22槽鋼的驗(yàn)算

1）荷載計(jì)算

q=1 400 kN/13.1m×0.5m/1.8m=29.7 kN/m q=29.7 kN/m

2）強(qiáng)度驗(yàn)算

Mmax=1/8qL2=1/8×29.7×1.82=12.0 kN/m

σ=Mmax/W=12.0×103/234=51.3mPa＜[σ]=170mPa

3）剪力驗(yàn)算

Q=1/2qL=1/2×29.7×1.8=26.7 kN

Szmax=79×110×110/2-(110-11.5)×(79-9)×(110-11.5)/2=138 371.3mm3

τ=QS/(dI)=26.7×103×138 371.3/(9×2 571×104)= 16.0mPa＜[τ]=100mPa

4）撓度計(jì)算

f=5·q·l4/(384·E·I)=5×29.7×103×10-2×1804/(384× 2.06×107×2571)=0.24 cm

f/L=0.24/180=1/750＜1/400

∴橫梁[22槽鋼符合施工要求

5.4 縱向小楞木方驗(yàn)算

混凝土厚度為1.6m，縱向小楞采用10 cm×10 cm木方@40 cm，[22槽鋼@50cm。

Iy=bh3/12=0.1×0.13/12=8.33×10-6m4

Wy=bh2/6=1.67×10-4m3

Sm=0.1×0.05×0.025=1.25×10-4m3

1）荷載計(jì)算

q=1 400/(13.1×1.8)×(2.0×0.4)/2=23.75 kN/m q=23.75 kN/m

2）強(qiáng)度、剪力驗(yàn)算

①最大彎矩、最大剪力

Mmax=0.636 1 kN·m；Qmax=7.209 8 kN

②強(qiáng)度和剪力驗(yàn)算

σ=Mmax/Wy=3.816 9mPa＜[σ]=13mPa

τ=Qmax Sm/(Iy b)=1.081 4mPa＜[τ]=2mPa

③撓度驗(yàn)算

f/L=1/99 999＜1/400

∴縱向小楞木方符合施工要求。