抱箍法施工簡(jiǎn)支梁橋蓋梁其抱箍承載能力分析

【摘要】抱箍是簡(jiǎn)支梁式橋蓋梁施工常用工具，通過(guò)抱緊墩柱產(chǎn)生足夠大的摩阻力支撐施工平臺(tái)，需要提供持續(xù)且足夠的正壓力能力，其受力復(fù)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(qiáng)度計(jì)算內(nèi)容，首次提出了抱耳強(qiáng)度計(jì)算方法。

【關(guān)鍵詞】蓋梁; 抱箍; 承載能力; 分析

【中圖分類號(hào)】U445.469A

0 引言

簡(jiǎn)支梁式橋是不同等級(jí)公路工程廣泛采用的常規(guī)結(jié)構(gòu)，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(dāng)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(tái)澆筑蓋梁混凝土。穿心鋼棒法的主要缺陷是需要在柱頂預(yù)留較大孔洞，當(dāng)預(yù)留位置與墩柱主筋發(fā)生沖突時(shí)，需要局部調(diào)整主筋位置，對(duì)墩柱結(jié)構(gòu)形成了實(shí)質(zhì)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(tái)支撐力，對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)任何損傷，其缺點(diǎn)是抱箍抱緊力不足或失效，施工平臺(tái)將整體失穩(wěn)傾覆，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，但只要抱箍設(shè)計(jì)正確，現(xiàn)場(chǎng)安裝技術(shù)保障措施到位，安全風(fēng)險(xiǎn)完全可控。

1 抱箍的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)步驟

查閱文獻(xiàn)—類似工程比對(duì)—擬定結(jié)構(gòu)尺寸—計(jì)算分析—樣品試制—驗(yàn)收—荷載試驗(yàn)—優(yōu)化改進(jìn)—定型加工。

1.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.2.1 采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

抱箍外荷載是施工平臺(tái)分配梁的支點(diǎn)反力，平臺(tái)的支點(diǎn)計(jì)算以GB 50068-2018《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、GB 55001-2021《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》、GB 50666-2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為主，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以采用GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為主。

1.2.2 主要結(jié)構(gòu)尺寸擬定

抱箍結(jié)構(gòu)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(guān)，因此在抱箍高度設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)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(dǎo)致抱箍與混凝表面并非全部密貼，因此不能完全通過(guò)提供抱箍的高度，實(shí)現(xiàn)其承載能力，類似工程常用高度50 cm，當(dāng)需要進(jìn)一步提供其承載能力時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)整其高度，并通過(guò)設(shè)置雙抱箍提高承載能力。采用雙抱箍時(shí)，單個(gè)抱箍的高度按30～50 cm設(shè)計(jì)。

抱箍的整體結(jié)構(gòu)根據(jù)墩柱截面尺寸，按雙半圓設(shè)計(jì)，抱箍體加勁肋按構(gòu)造要求設(shè)置。抱耳是整個(gè)抱箍傳遞荷載的關(guān)鍵，頂面寬度結(jié)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(yīng)能確保高強(qiáng)螺栓安裝，并能滿足高強(qiáng)螺栓布置要求應(yīng)根據(jù)構(gòu)造和受力要求；為滿足傳力和構(gòu)造要求，腹板還需設(shè)置足夠強(qiáng)度的加勁肋。

1.2.3 材料和構(gòu)造要點(diǎn)

抱箍采用Q235鋼，厚度根據(jù)設(shè)計(jì)方案選用；高強(qiáng)螺栓采用10.9級(jí)，規(guī)格、型號(hào)按設(shè)計(jì)方案配置。

抱箍由鋼結(jié)構(gòu)工廠加工，抱耳與抱箍體整體熱軋成型，抱箍體按構(gòu)造要求設(shè)置加勁肋板，采用氣體保護(hù)焊，抱耳加勁肋板采用熔透焊。

2 抱箍承載能力設(shè)計(jì)與復(fù)核

2.1 抱箍承載能力分析內(nèi)容

抱箍承載能力計(jì)算內(nèi)容包括抱箍強(qiáng)度、抱耳強(qiáng)度計(jì)算，構(gòu)件焊縫強(qiáng)度計(jì)算，抱耳連接高強(qiáng)螺栓的規(guī)格、型號(hào)選配及數(shù)量計(jì)算，按時(shí)抱箍時(shí)高強(qiáng)螺栓的擰緊力矩計(jì)算。相關(guān)的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有明確規(guī)定抱箍的承載能力計(jì)算方法，設(shè)計(jì)可按照通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析其最不利工況下承受的荷載，參考《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》等工具書(shū)中的相關(guān)內(nèi)容，計(jì)算分析抱箍承載能力［1］，也可建立三維實(shí)體模型計(jì)算分析其在最不利工況下的應(yīng)力、變形是否滿足要求。

2.2 結(jié)構(gòu)尺寸擬定與材料規(guī)格性能

3 抱箍對(duì)墩柱混凝土壓應(yīng)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(duì)墩柱混凝土面的壓力為N，當(dāng)安全系數(shù)取值1.2時(shí)［1］，則需滿足μN(yùn)≥1.2R。

4 抱箍體強(qiáng)度分析

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

4.1 正應(yīng)力計(jì)算

4.2 剪應(yīng)力計(jì)算

4.3 抱箍體的組合應(yīng)力σz計(jì)算

4.4 加勁肋板焊縫強(qiáng)度計(jì)算

抱箍體加勁肋板為設(shè)計(jì)構(gòu)造措施，無(wú)需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，其質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求和鋼結(jié)構(gòu)加工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)即可［5］。

工程結(jié)構(gòu)劉敬楊： 抱箍法施工簡(jiǎn)支梁橋蓋梁其抱箍承載能力分析

5 抱耳強(qiáng)度分析

5.1 抱耳腹板強(qiáng)度

抱耳受力復(fù)雜，由于高強(qiáng)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(qiáng)螺栓拉力作用下，抱耳腹板承受面外彎拉應(yīng)力、剪應(yīng)力作用；施工平臺(tái)分配梁結(jié)構(gòu)需要，抱耳面安裝的支座無(wú)法靠近墩柱混凝土面，豎向荷載作用點(diǎn)與抱耳根部存在偏移，抱耳腹板正面承受彎剪應(yīng)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(shè)荷載均由抱耳腹板、頂板、肋板共同承擔(dān)［6］；平臺(tái)卸荷支座中心距離抱箍體中心10 cm；高強(qiáng)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(yīng)力分析

5.1.2 剪應(yīng)力分析

5.1.3 正應(yīng)力與剪應(yīng)力的組合應(yīng)力

5.2 抱耳肋板及其焊縫強(qiáng)度

抱耳肋板為構(gòu)造措施，無(wú)需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)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(jì)算方法，無(wú)需贅述。

6 高強(qiáng)螺栓承載能力分析

6.1 高強(qiáng)螺栓配置

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

6.2 高強(qiáng)螺栓扭緊力矩計(jì)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(jié)束語(yǔ)

抱箍是路橋工程設(shè)置承重平臺(tái)的常備工具，應(yīng)用廣泛，涉及抱箍的專項(xiàng)方案編制均需要提交抱箍承載能力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算評(píng)價(jià)資料［5-6］，但目前并無(wú)針對(duì)抱箍的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)算分析手冊(cè)，只能借鑒資料結(jié)合工程實(shí)踐，梳理了抱箍計(jì)算的主要內(nèi)容，計(jì)算方法，提出了抱耳與抱箍體整體熱軋工藝，強(qiáng)度計(jì)算方法，并擬定算例參數(shù)對(duì)抱耳的強(qiáng)度進(jìn)行了分析，抱耳表面的組合應(yīng)力已經(jīng)接近設(shè)計(jì)應(yīng)力，在實(shí)際使用中應(yīng)密切關(guān)注抱箍的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

［1］ 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50017—2017［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017.

［2］ 周水興，何兆益，鄒毅松. 路橋施工計(jì)算手冊(cè) ［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(shè)計(jì)與應(yīng)用 ［J］.安徽建筑，2023（11）：166-168.

［4］ 涂偉標(biāo)，常心煜. 蓋梁抱箍法無(wú)支架施工技術(shù)要點(diǎn)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(tái)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(guó)高新技術(shù)，2022（11）：53-54.