盖梁抱箍施工法的设计及检算

盖梁抱箍施工法的设计及检算
——抱箍法在天生河大桥的施工
江珠高速公路项目经理部郭刚军
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。

现结合江珠高速公路天生河大桥盖梁施工，谈一下抱箍施工的设计、检算及加固。

关键词：抱箍设计抱箍受力验算加固
1 工程概况
天生河大桥跨越天生河水道和通道，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 计检算说明
盖梁抱箍施工图如下：
立面图
纵横梁顶平面图
侧面图
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
3.1.1盖梁砼自重：G 1=60m 3
×26kN/m 3
=1560kN
3.1.2模板钢摸自重：G 2=186kN (根据模板设计资料) 3.1.3侧模支撑自重：G 3=15kN 3.1.4三角支架自重：G 4=10kN 3.1.5施工荷载与其它荷载：G 5=25kN
横梁上的总荷载：G H =G 1+G 2+G 3+G 4+G 5=1560+185+15+10+25=1795kN q H =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 G H ’=70×0.3=21kN
作用在横梁上的均布荷载为：
q H ’= G H ’/l H =21/1.6=14kN/m(式中：l H 为横梁受荷段长度，为1.6m)
3.2力学模型 如图2-2所示。

q '=14KN/m
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=10×103
MPa;
惯性矩：43
365912cm bh I ===; 抗弯模量：32
5236
cm bh W X == 最大弯矩：M max = q H ’l H 2
/8=14×1.62
/8=4.5kN ·m
σ= M max /W x =4.5/(523)=8.6MPa<[σw ]=13MPa (可) 最大挠度：
)
(004.0400
6
.1400][0016.0365910103846.110145.2384'm ax 0434
可m l f m EI l q f H H ===∠=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==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：G 7=73.84×13×4×9.8/1000=37.6kN
纵梁上的总荷载：
G Z =1795+0.38+37.6=1833kN
纵梁所承受的荷载假定为均布荷载q ： q= G Z /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。

q=72kN/m
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R A 、R B 由静力平衡方程解得：
4.3.2纵梁端最大位移
)
134(2433223-+=l
a l a EI qal f KN l a ql R A 643)25.96.31(225.972)1(22
2=+⨯⨯↑=+=
KN
l a ql R B 283)25.96.31(225.972)1(222
22=-⨯⨯↑=-=
=-44573/24EI (↓) =-0.02m
4.3.3纵梁中间最大位移
)(075.02
22781238425.972538454
4↓=⨯⨯⨯⨯⨯==m EI ql f
4.3.4工字钢的弯矩检算
m KN qa Mac ⋅=⨯-=-=4672
6.37222
2
m KN l a ql Mab ⋅=-⨯=-=554)25
.96.31(825.972)1(82
2
222222 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
M AB =554kN ·m
4.4.2工字钢的允许弯矩计算
40B 型工字钢W X =1139.0cm 3
σ=（554×103）/（1139×2×10-6）=243 MPa A 3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。

)
125.96.3325.96.34(2425.96.3723
3223-⨯+⨯⨯⨯=EI
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
=P/A=666/0.0102=65294.1Kpa
强度验算：σ
a
<[σ]强度满足要查得钢材的极限值[σ]=215Mpa=215000Kpa,那么σ
a
求。

=P/（ψA）=666/（0.651×0.0102）=100298.2Kpa 稳定验算：σ
a
[σ]=215Mpa=215000Kpa,那么σ
<[σ]稳定满足要求。

a
5 抱箍计算
盖梁抱箍图如下：
抱箍立面图
抱箍平面图
说明:
1.图中尺寸除注明外均以毫米计。

2.钢抱箍制作直径必须准确,使其周长略小于墩身周长。

在内面垫约 5毫米橡胶,用螺栓将两片钢抱箍抱死于墩身上,每个螺
栓上扭紧力矩不小于79kg.m ,在其上搭设横梁,铺设底模。

5.1 抱箍基本参数的确定： 5.1.1 计算模型的建立：
T
2
本图尺寸均以厘米计。

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=μN f 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R A =643kN
R B =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=μN f ，垂直压力：
kN f
N f 257225
.0643
==
=
μ
121214''T T T T T N f =+++= kN N T f f 6434
2572
4==
= 5.1.3.2 M27高强螺栓的允许承载力：
[N L ]=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=T f /[N l ]=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P b = N/μ=643kN/0.25=2572kN 由高强螺栓承担。

则：N f =P b =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：N 1=P b /12=2572/12=215kN<[P]=270kN
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 ′=P b /24=2572/24=107KN
5.3.1 由螺帽压力产生的反力矩M 1=u 1N 1×L 1
u 1=0.15钢与钢之间的摩擦系数 L 1=0.019力臂
M 1=0.15×107×0.019=0.305KN.m
5.3.2 M 2为螺栓爬升角产生的反力矩,升角为10°
M 2=μ1×N ′cos10°×L 2+N ′sin10°×L 2 [式中L 2=0.014(L 2为力臂)]
=0.15×107×cos10°×0.014+107×sin10°×0.014 =0.481 (KN ·m)
M=M 1+M 2=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P
1=6N
1
=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：S
1
=0.01×0.6=0.006 (m2)
σ=P
1/S
1
=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：S
1
=0.01×1.2=0.012 (m2)
σ=P
1/S
1
=1290/0.012=108(MPa)＜[σ]=140MPa
满足设计要求。

5.4.2 抱箍体剪应力
τ=（1/2R
A ）/（2S
1
）
=（1/2×643）/（2×0.006）=26.8MPa<[τ]=85MPa
根据第四强度理论
σ
W =（σ2+3τ2）1/2=（2152+3×26.82）1/2=220MPa＞[σ
W
]=145MPa
不满足强度要求。

所以采用两个抱箍
τ=（1/2R
A ）/（2S
1
）
=（1/2×643）/（2×0.012）=13.4MPa<[τ]=85MPa
根据第四强度理论
σ
W =（σ2+3τ2）1/2=（1082+3×13.42）1/2=110MPa< [σ
W
]=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。

/2即322KN，稳定一段时间后，进行观察；再6.2 加载过程控制：先加载到R
A
加载到R
即643KN，稳定一段时间，再进行观察。

A
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。

本工程抱箍施工方法是成功的，工字钢的选材方面有点欠缺，要通过加固来弥补。

参考文献
1.周水兴，何兆益，邹毅松，等.路桥施工计算手册.人民交通出版社.2001.
2.公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）.
3.张来仪，景瑞，等.结构力学.建筑工业出版社出版.1997.。