方柱蓋梁抱箍優(yōu)化設計及應用

黃永建

（核工業(yè)西南建設集團有限公司，成都610041）

1 引言

抱箍法在圓柱蓋梁施工中的應用較為廣泛且技術成熟，主要源于圓柱表面為圓弧形，圓形抱箍采用2個半圓形鋼模對拼，可以使抱箍弧面與圓柱弧面緊密貼合，并隨著對拉螺栓的緊固，可以在鋼箍與圓柱之間的全部接觸面形成均勻的有效壓力，從而產生足夠的摩擦力，為蓋梁施工提供支撐。

但抱箍法在方柱蓋梁施工中應用較少，主要由于方柱表面為平面，與之對應的抱箍表面也是平面，如果方抱箍僅按照常規(guī)設計制作，不做任何處理，在進行對拉螺栓緊固加載時，螺栓緊固力只在對拉螺栓位置附近產生較大的壓力，無法傳遞至整個抱箍，從而無法實現(xiàn)抱箍與方柱整個接觸面之間力的傳遞，也難以形成足夠的靜摩擦力平衡上部荷載。為了解決方柱抱箍螺栓緊固力無法有效傳遞正壓力的問題，對方抱箍進行了優(yōu)化設計，并在項目上成功應用，取得了較好的效果。

2 方柱抱箍優(yōu)化設計

2.1 優(yōu)化設計的原理

借鑒圓柱抱箍圓弧面?zhèn)鬟f壓力的優(yōu)點，進行方抱箍優(yōu)化設計時，采用方抱箍圓做法，即：將方抱箍內側面做成與方柱面貼合的平面鋼板，外側面做成圓弧面鋼板，在平面鋼板與圓弧面鋼板間焊接加筋肋板，形成外圓內方的抱箍；在通過螺栓施加緊固力時，緊固力會通過外圓弧面鋼板經加筋肋板傳遞給內側平面鋼板，實現(xiàn)向接觸面施加均勻有效壓力的目的，從而形成足夠的摩擦力，為蓋梁施工提供支撐。

2.2 理論計算

2.2.1 抱箍對工字鋼提供的支撐力計算

以天津某高速項目蓋梁計算為例，蓋梁混凝土52.26 m3，鋼筋質量11.07 t，抱箍（含）及以上各項荷載：

蓋梁自重：G1=620.63 kN。

15 mm厚竹膠板及10 cm×10 cm方木（44根）自重：G2=17.23 kN。

I40b工字鋼（18 m×2根）及10 cm×10 cm方鋼（4 m×24根）自重：G3=48.18 kN。

抱箍自重（暫按1.5 t×2個）：G4=29.4 kN。

施工荷載取：G5=90 kN。

振搗混凝土產生的荷載標準值：G6=72 kN。

按照由永久荷載控制的組合，抱箍（含）及以上各項荷載：

Q總=γ1（G1+G2+G3+G4）+γ2（G5+G6）=1 122.64 kN

式中，γ1、γ2為荷載分項系數(shù)，γ1取1.35，γ2取0.7×1.4=9.8。

2.2.2 抱箍所受正壓分布力計算

抱箍所受正壓分布力：

式中，m為由于摩擦作用引起的正壓力減小系數(shù)，取0.15；r為方抱箍圓做法外圓弧半徑，取1.2 m；u為抱箍與墩柱之間的摩擦系數(shù)，取0.3；ξ為抱箍與墩柱之間的接觸系數(shù)，取0.6；代入數(shù)據得q=447.36 kN/m2。

2.2.3 抱箍之間連接力計算

4片抱箍之間緊固力相同，即考慮P=P1=P2=P3=P4，則：

代入數(shù)據得：P=531.66 kN。

2.2.4 抱箍螺栓數(shù)目的確定

根據所選用的螺栓為8.8級M24粗牙螺栓，螺紋間距h為3 mm，螺栓的工程應力面積為353 mm2，保證應力為400 MPa，該類型螺栓的保證應力荷載為：[P]=141.2 kN。需要螺栓個數(shù)為：n≥P/[P]=3.76。

2.2.5 螺栓緊固力計算

扭力扳手對螺栓施加的緊固力：

式中，k為扭力扳手做功損失系數(shù)，取0.3；L為扳手力臂長度，取300 mm。代入數(shù)據得Pb=470 N。

2.2.6 抱箍鋼板厚度計算

式中，[σ]為抱箍材料（鋼材）容許拉應力；[τ]為抱箍材料（鋼材）容許剪應力；h′為抱箍高度，取500 mm。

保險起見，安全系數(shù)取1.5，則抱箍鋼板厚度應不小于t1、t2中較大值的1.5倍，即：t≥1.5max（t1、t2）=11.40 mm。

結合實施具體情況，抱箍鋼板厚度取12 mm。

2.3 抱箍設計參數(shù)選擇及制作

為便于操作及傳力，根據抱箍理論計算確定了抱箍設計參數(shù)：方柱抱箍設計成4塊進行組拼，抱箍高度50 cm，牛腿寬≥30 cm；抱箍平面鋼板、圓弧鋼板及加筋肋鋼板采用厚度12 mm普通鋼板；抱箍片采用螺栓連接，連接鋼板采用厚度25 mm普通鋼板，并對稱預留6個螺栓孔；螺栓采用8.8級M24粗牙螺栓，螺紋間距h為3 mm。根據抱箍設計參數(shù)，繪制抱箍制作圖，委托有資格的模板加工場按圖加工[1]。

3 方柱抱箍的應用

3.1 搭設輔助支架（盤扣支架搭設）

墩柱與墩柱之間搭設滿堂盤扣支架，支架上方采用10 cm×10 cm的方木拖住工字鋼，間距60 cm。其間距與盤式扣件的順橋方向排列一致，且與盤式扣件的頂托緊密相接。支架立桿縱橫向間距為0.6 m，步距為1.5 m。支架高度不超過8 m時，支架架體四周外立面向內的第一跨每層均設置豎向斜桿，架體整體底層以及頂層均設置豎向斜桿，并在架體內部區(qū)域每隔5跨由底至頂縱、橫向均設置豎向斜桿。當模板支架的架體高度不超過4個步距時，可不設置頂層水平斜桿；當架體高度超過4個步距時，設置頂層水平斜桿。搭設高度超過8 m的模板支架時，豎向斜桿滿布設置，沿高度每隔4～6個標準步距設置水平層斜桿。

3.2 安裝方柱抱箍

根據設計高程計算抱箍安裝后的頂面高程，用記號筆把它畫在墩柱上用作安裝抱箍的標記。抱箍安裝用吊車配合人工進行。安裝前在地面上把抱箍分別拆開，安裝時再進行組裝。

吊車吊起一側抱箍，吊裝過程中要平衡。在抱箍的內表面纏上一層厚5 mm的土工布，將一側抱箍吊至預定畫線位置用鐵絲與墩柱主筋固定位置，再以該側抱箍為準調整抱箍下方盤口支架高度，吊放安裝相鄰抱箍，安裝過程中抱箍螺栓不宜擰緊，在整套抱箍全部定位完成后對稱擰緊螺栓達到設計要求扭力，完成安裝，并且抱箍的牛腿要平行橋的方向[2]。

3.3 安裝縱梁和橫梁

主梁型號根據受力計算確定，利用吊車把縱梁安裝在抱箍的牛腿上，并設置4道φ18 mm的圓鋼做橫向拉桿，將2根大縱梁連接為一體。工字鋼安裝完畢后，要測量工字鋼的頂面高程，兩側工字鋼高度要一致，頂部要水平否則要調整。

縱梁安裝合格經過驗收即可安裝橫梁。橫梁采用長4 m，型號為100 mm×100 mm的方鋼，安裝間距600 cm，對稱安裝，一邊安裝方鋼，一邊用鐵絲把方鋼綁扎在工字鋼鋼梁上。橫梁安裝完畢要檢查橫梁的平整度，復核蓋梁底高程和橫梁高程的高差，檢查蓋梁底高程誤差是否符合要求。

3.4 底鋪設模

蓋梁底模采用定制鋼模板，水平對接，要求拼縫緊密，不允許有錯臺。底模鋪裝完畢馬上安裝安全護欄桿，在蓋梁一側搭建施工安全通道。

3.5 抱箍體系預壓試驗

施工前，需進行抱箍預壓試驗。支撐體系安裝完成后按照蓋梁荷載的1.2倍進行預壓，觀察抱箍是否有滑移現(xiàn)象。預壓試驗合格后，方可進行下一步施工。后續(xù)蓋梁鋼筋加工及安裝、側模安裝、混凝土澆筑及養(yǎng)護按照常規(guī)的蓋梁施工即可。

3.6 抱箍拆除

蓋梁底模采用與抱箍、主次梁及分配梁同時卸落方式。

先使用吊車鋼絲繩吊住抱箍及主龍骨，緩慢松動螺栓使抱箍與墩柱適當松開，輕撬底模板使其與蓋梁混凝土分離，再擰松抱箍螺栓使其下降，使底模體系與蓋梁脫開，并緩慢下放直至抱箍及其上主梁、底模落地依次拆除臨邊防護欄桿、底模及其余抱箍構件[3]。模板拆除后，由工長組織及時清理模板，將表面灰漿清理干凈后，按規(guī)格碼放，以便再次使用。使用后拆卸下來的方鋼、方木及其構件，將有損傷的構件挑出，重新維修，嚴重損壞的要剔除更換。對拉螺栓及高強螺栓的螺紋上的銹斑及混凝土漿等要清除干凈，用后上油保養(yǎng)。

4 方柱蓋梁抱箍法施工的評價

4.1 方柱蓋梁抱箍法施工的特點

1）采用“方抱箍圓做法”解決常規(guī)方抱箍無法施加均勻有效壓力問題，可以在抱箍與方柱接觸面產生足夠均勻有效壓力，從而產生足夠的摩擦力，為蓋梁施工提供足夠支撐。

2）抱箍用材常規(guī)（主要材料為鋼板、螺栓）、制作簡單（模板廠即可照圖加工）、造價低廉（每套抱箍為1.5 t）。

3）抱箍轉運方便、裝拆簡單、可多次循環(huán)使用。

4）采用抱箍法，無須進行地基處理、減少支架搭設，可以加快施工速度、減少人力投入、降低施工成本。

5）本工法幾乎不受溝渠、塘地、雨季及軟弱地基的影響。

6）適用于各類方柱蓋梁施工，對于高度6 m以上或處于軟基地段、涉水路段方柱蓋梁施工，其應用效果尤為明顯。

4.2 方柱蓋梁抱箍法施工的效益分析

采用該方法進行蓋梁施工，不用進行地基處理，少量的輔助支架直接搭設在承臺上，減少了支架搭設工作量，大大縮短了蓋梁施工周期、明顯降低成本；方柱抱箍圓做法的搭拆方便、快捷、安全，基本不受場地及雨季影響。其經濟效益及工期效益十分明顯[4]。

1）經濟效益。采用本方法與傳統(tǒng)方法相比，可以節(jié)約地基處理費、減少支架租賃費及搭設人工費、節(jié)約吊車及板車的臺班費，根據在天津某高速項目實施的情況分析，平均每座蓋梁可節(jié)約3 000～4 000元。

2）工期效益。采用本方法進行蓋梁施工平均持續(xù)時間12 d，相較于傳統(tǒng)盤扣支架法，可以節(jié)約2～3 d。以天津某高速124座蓋梁施工為例，從2021年6月初開始施工，至10月底全部完成，歷時僅5個月，基本未受到雨期影響，且資源投入大大減少。如采用傳統(tǒng)的工藝進行施工，在投入相等資源情況下，至少需要8個月以上施工周期，且還將受到雨期影響，所以其工期效益十分明顯。

5 結語

在工程施工中，面對方柱蓋梁施工能否采用抱箍的問題，筆者對方柱抱箍如何有效傳力問題進行研究，借鑒圓柱抱箍的原理，采用方柱抱箍“圓做法”從理論上予以順利解決，通過在項目上進行實踐應用，證明了方柱抱箍“圓做法”的成功，并且取得了較好經濟效益和工期效益。