高速公路墩柱盖梁抱箍法设计与施工
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摘要： 在建筑施工行业里，尤其桥梁施工方面，地形、地质较差时桥的桥墩、盖梁采用抱箍施工较多，但抱箍施工的安全性、可靠性最重要。体现在抱箍施工的设计、检算和加固。现结合某高速公路大桥盖梁施工，阐述抱箍施工的设计、检算及加固。
关键词：盖梁；抱箍设计；抱箍受力验算；加固
Abstract: In the construction industry, especially the bridge construction, terrain, geological poor bridge piers, coping with hoop construction is more, but the security, reliability, hoop construction is the most important. Reflected in the design, calculation and construction of the hoop reinforcement. The combination of bent cap construction of a highway bridge, the design, construction and check of the hoop reinforcement.
Keywords: coping; hoop design; hoop stress check calculation of reinforcement
中图分类号：U445文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1工程概况
某大桥跨越水道和通道，为21—20m大桥。桥址处鱼塘遍布，地形平坦，地势较低，属河口冲积平原区，线路与河流正交。上部结构采用20m预应力砼宽幅空心板，先简支后桥面连续方案；下部构造为全幅宽整体三柱墩、坐板式桥台，桩基础。盖梁长25.7m,高1.5m，宽1.6m。由于现场地形、地质情况的限制，其盖梁施工采用抱箍法施工最为合理。
2计算说明
盖梁抱箍施工图如下：
2.1设计计算原则
2.1.1在满足结构受力情况下考虑挠度变形控制。
2.1.2综合考虑结构的安全性。
2.1.3采取比较符合实际的力学模型。
2.1.3尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。
2.2对部分结构的不均布，不对称性采用较大的均布荷载。
2.3本计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。以做安全储备。
2.4抱箍加工完成实施前，必须先进行压力试验，变形满足要求后方可使用。
3横梁计算
采用间距0.3m的16cm×14cm的方木作横梁，横梁长2.5m，共布设横梁86个。盖梁悬出端底模下设特制三角支架，每个重约10kN。
3.1荷载计算
盖梁砼自重：G1=60m3×26kN/m3=1560kN；模板钢摸自重：G2=186kN (根据模板设计资料)
侧模支撑自重：G3=15kN；三角支架自重：G4=10kN；施工荷载与其它荷载：G5=25kN
横梁上的总荷载：GH=G1+G2+G3+G4+G5=1560+185+15+10+25=1795kN
qH=1795/25.7=70kN/m
横梁采用间距0.3m的方木，则作用在单根横梁上的荷载 GH’=70×0.3=21kN
作用在横梁上的均布荷载为： qH’= GH’/lH=21/1.6=14kN/m(式中：lH为横梁受荷段长度，为1.6m)
3.2力学模型
如图2-2所示。
图2-2 横梁计算模型
3.3横梁抗弯与挠度验算
横梁的弹性模量E=10×103MPa；惯性矩：；抗弯模量：
最大弯矩：Mmax= qH’lH 2/8=14×1.62/8=4.5kN·m
σ= Mmax/Wx=4.5/(523)=8.6MPa
最大挠度：
4纵梁计算
4.1荷载计算
4.1.1横梁方木自重：0.38 kN
4.1.2工字钢自重：G7=73.84×13×4×9.8/1000=37.6kN
纵梁上的总荷载： GZ=1795+0.38+37.6=1833kN
纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q： q= GZ/L=1833/25.7=72kN/m
4.2力学计算模型
建立力学模型如图2-3所示。
图2-3 纵梁计算模型图
4.3结构力学计算
图2-3所示结构体系为静定结构。
4.3.1计算支座反力RA、RB
由静力平衡方程解得：
4.3.2纵梁端最大位移
＝-44573/24EI ()＝-0.02m
4.3.3纵梁中间最大位移
4.3.4工字钢的弯矩检算
4.4 纵梁结构强度验算
4.4.1根据以上力学计算得知，最大弯矩出现在A、B支座，代入q后，MAB=554kN·m
4.4.2工字钢的允许弯矩计算
40B型工字钢WX=1139.0cm3 σ=（554×103）/（1139×2×10-6）=243 MPa
A3钢弯曲应力[σ]=145Mpa＜σ
4.5 关于纵梁计算挠度的说明
由于计算挠度和弯矩都不能满足要求。
计算时按最大挠度在梁中间考虑，但在盖梁的端部也产生较大挠度，因此在盖梁施工过程中必须在盖梁的端部，两个墩柱之间的中部工字钢下必须加支撑，防止盖梁沉降，还应在最先施工的纵梁上的端部、支座位置、中部等部位设置沉降监测测点，监测施工过程中的沉降和变形情况，据此调整纵梁或设置预留拱度。
4.6 纵梁的支撑和检算
4.6.1纵梁的支撑
纵梁的最大挠度发生在中间，因此两个墩柱之间的中部工字钢下必须加支撑，支撑采用10#槽钢两个焊接起来，在每两个墩柱之间支撑四个点。纵梁的端部，每个端部支撑两个点。加支撑后纵梁的挠度和弯矩都能满足要求。为了加强工字钢的整体性，在两个工字钢之间每两米设一根拉条，两工字钢之间采用角钢三角连接，增加其整体性。
4.6.2支撑检算
槽钢的长度3.62m，荷载P=q×l=72×9.25=666KN，槽钢采用10#验算其稳定。
查得10#槽钢截面最小回转半径：r=3.94cm=0.0394m
杆件长细比：λ=l/r=3.62/0.0394=91.9
从〈〈路桥施工计算手册〉〉中查得ψ=0.651查得10#槽钢截面A=0.001274m2,两个槽钢焊接起来支撑四点，那么A=8×0.001274=0.0102 m2
强度验算：σa=P/A=666/0.0102=65294.1Kpa查得钢材的极限值[σ]=215Mpa=215000Kpa,那么σa
稳定验算：σa=P/（ψA）=666/（0.651×0.0102）=100298.2Kpa
[σ]=215Mpa=215000Kpa,那么σa
5抱箍计算
5.1抱箍基本参数的确定
5.1.1 计算模型的建立
抱箍体所承受的压力N1、N2为纵梁及其以上所有荷载产生的和力，用抱箍体支承上部荷载，抱箍桶壁与墩柱之间产生的摩擦力f抵抗压力N1、N2，由f=μNf知，f由作用在抱箍桶上的垂直压力产生，采用抱箍桶之间的高强螺栓的拉力T1、T2对抱箍桶施工压力。
5.1.2 荷载计算：
由以上计算可知：支座反力RA=643kN ；RB=283×2=566kN
以最大值643KN为抱箍体需承受的竖向压力N进行计算。
5.1.3 力学计算：
5.1.3.1计算拉力T1，砼与钢之间设一层橡胶，摩擦系数按橡胶与钢之间的摩擦系数取μ=0.25，由f=μNf，垂直压力：
5.1.3.2 M27高强螺栓的允许承载力： [NL]=P·μ·n/K=270×0.3×1/1.7=47.6kN
5.1.3.3 抱箍螺栓数目的确定：m=Tf/[Nl]=643/47.6=14个
5.1.3.4 抱箍高度： 抱箍高h=0.6m。12个高强螺栓。
5.2 螺栓轴向受拉计算
砼与钢之间设一层橡胶，按橡胶与钢之间的摩擦系数取μ=0.25计算
抱箍产生的压力Pb= N/μ=643kN/0.25=2572kN由高强螺栓承担。
则：Nf=Pb=2572kN
抱箍的压力由12条10.9级M27的高强螺栓的拉力产生。
即每条螺栓拉力为：N1=Pb/12=2572/12=215kN
故高强螺栓满足强度要求（注：安全系数取1.7，那么[P]=159KN,12个高强螺栓不能满足要求）。根据现场情况采用两个抱箍上下抱箍，其高度1.2m，高强螺栓24个满足要求。
5.3求螺栓需要的力矩M
采用两个抱箍那么每个螺栓的拉力为
N′=Pb/24=2572/24=107KN
5.3.1 由螺帽压力产生的反力矩M1=u1N1×L1
u1=0.15钢与钢之间的摩擦系数；L1=0.019力臂；M1=0.15×107×0.019=0.305KN.m
5.3.2 M2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°
M2=μ1×N′cos10°×L2+N′sin10°×L2[式中L2=0.014(L2为力臂)]
=0.15×107×cos10°×0.014+107×sin10°×0.014=0.481 (KN·m)
M=M1+M2=0.305+0.481=0.786(KN·m)=79(kg·m) 所以要求螺栓的扭紧力矩M≥79(kg·m)
5.4抱箍体的应力计算：
采用一个抱箍时的检算
5.4.1抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力P1=6N1=6×215=1290（KN）
抱箍壁采用面板δ10mm的钢板，抱箍高度为0.6m。 则抱箍壁的竖向截面积：S1=0.01×0.6=0.006 (m2)
σ=P1/S1=1290/0.006=215 (MPa)＞[σ]=140MPa不满足设计要求。
所以采用两个抱箍
抱箍壁采用面板δ10mm的钢板，抱箍高度为1.2m。 则抱箍壁的纵向截面积：S1=0.01×1.2=0.012 (m2)
σ=P1/S1=1290/0.012=108(MPa)＜[σ]=140MPa 满足设计要求。
5.4.2 抱箍体剪应力
τ=（1/2RA）/（2S1）=（1/2×643）/（2×0.006）=26.8MPa
根据第四强度理论 σW=（σ2+3τ2）1/2=（2152+3×26.82）1/2=220MPa＞[σW]=145MPa不满足强度要求。
所以采用两个抱箍
τ=（1/2RA）/（2S1）=（1/2×643）/（2×0.012）=13.4MPa
根据第四强度理论σW=（σ2+3τ2）1/2=（1082+3×13.42）1/2=110MPa< [σW]=145Mpa 满足设计要求。
5.5两个抱箍连接说明：
由于一个抱箍不能满足要求，因此采用两个抱箍连接起来使用，连接时先将第一个抱箍安装，在墩柱顶安装两个滑轮将第二个抱箍拉紧于第一个抱箍之下，让其密贴然后安装第二个抱箍。再检查两个抱箍是否密贴，如果还有缝隙用钢板加紧。
6 抱箍试验：
在抱箍使用前，先应做加载试验，试验布置图如图所示：
报箍试验示意图
6.1 先将上、下两抱箍，按设计要求紧固螺栓，在千斤顶与上抱箍、下抱箍之间设置钢垫板，安装加载设备。
6.2 加载过程控制：先加载到RA/2即322KN，稳定一段时间后，进行观察；再加载到RA即643KN，稳定一段时间，再进行观察。
6.3 在抱箍加载过程中注意观察：（1）抱箍体与墩柱有无滑动现象。（2）抱箍体各焊接部分有无变形开裂现象。
6.4 卸载应均匀进行，卸载后，检查：（1）砼表面有无变化。（2）抱箍体各部分有无残余变形。
6.5 千斤顶选用根据加载力的需要选择（我们选用1500KN的千斤顶）。
6.6 最终根据试验情况确定抱箍的使用是否满足使用要求。
7 结论
抱箍施工中设计、检算、选材最为关键。设计、检算必须逐步进行；在施工前必须做试验，保证抱箍施工的安全性。通过实践验证，本工程抱箍施工方法是成功的，值得在相似工程中予以推广。