抱箍在桥梁施工中的应用

抱箍在桥梁施工中的应用

摘要简述抱箍在桥梁盖梁施工中的应用方法及原理，概括抱箍在应用时要进行的力学计算，为今后类似施工提供计算参考依据。

关键词抱箍盖梁摩擦力应用计算

1抱箍应用原理

抱箍施工原理是通过在墩柱适当部位安装抱箍并通过螺栓使之与墩柱夹紧，利用抱箍与墩柱之间的竖向摩擦力，支撑抱箍上的盖梁及临时施工设施。

抱箍施工关键是保证抱箍与墩柱之间有足够的摩擦力，使抱箍在荷载作用下安全传递荷载，不至沿墩柱向下滑动。

1.1 抱箍结构形式

抱箍的结构形式主要涉及箍身结构形式和连接板上螺栓排列方式。

1.1.1 箍身结构形式

为保证抱箍工作时能够提供足够摩擦力，抱箍与墩身必须紧密相贴。墩柱在施工时很难保证是正圆，且不同高度墩身不圆度也是不同的，因此为了适应不同截面墩身，抱箍箍身一方面采用不设环间加劲的柔性箍身，另一方面，可在箍身内侧贴一柔性橡胶垫，这样箍身是柔性的，在外部螺栓作用下可与墩柱墩身紧密相贴。

1.1.2 连接板上螺栓排列方式

箍身与墩身之间静摩擦力为正压力在墩身方向投影与摩擦力系数的乘积，因此只有在正压力方向与墩身方向垂直时才能达到最大静摩擦力。因此螺栓排列方向应保证水平。为了保证抱箍与墩身之间能有足够的摩擦力，需提供足够的正压力，即保证一定的螺栓数量。如果单从连接板与箍身受力考虑，连接板上螺栓最好竖向排成一排，但这必然造成抱箍自身高度增大，减小抱箍能应用的高度范围，且增大抱箍自重，减小能承受的极限荷载。因此，一般采用足够厚度的连接板并设置必要的加劲板，将连接板上的螺栓在竖向布置成2~3排。这也保证了技术上的可行性。

2抱箍受力计算

抱箍在受力时一般不考虑变形，只进行应力计算，确定需要的螺栓个数或者能承受的最大荷载。

2.1 螺栓个数计算

抱箍与墩柱间最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数乘积，即F=f×N。

式中F——抱箍与墩柱间最大静摩擦力；

f——抱箍与墩柱间静摩擦系数；

N——抱箍与墩柱间正压力。

而正压力N是由螺栓的预紧力产生的，根据“抱箍”的结构形式，假定每排螺栓个数为n，连接板上螺栓分布两排，则螺栓总数为4n，若每个螺栓预紧力为F1，则“抱箍”与墩柱间的总正压力N=4×n×F1。

对于抱箍这样的结构，为减少螺栓个数，可采用材质为45号钢，直径30mm的大直径螺栓或M27高强度螺栓。每个螺栓的允许拉力[F]=As×[G]，

式中：As——螺栓的横截面积，As=πd2/4

[G]——钢板允许应力，对于45号钢，[G]=2000Kg/cm2=2.0t/ cm2

于是，[F]=πd2/4×[G]= 3.14×32/4×2.0=14.13t。

取F1=14t。

钢材与混凝土间的摩擦系数约为0.3～0.4，取f=0.3

于是抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为(2个墩柱，2个抱箍，8个螺栓)： F=f ×N=f ×8×n ×F 1=0.3×8×n ×14=33.6n 若临时设施及盖梁重量为G,则每个抱箍承受的荷载为Q=G/2。 取安全系数为λ=2 则有Q=F/λ 即G/2=33.6n/2，n=0.03G 。故可取n=ROUND(0.03G+1,0)，ROUND()函数是取整函数。

2.2 应力计算 抱箍在施工时主要承受上部盖梁钢筋、混凝土、模板重量及木方和工字钢重量。由于木方的力学传递性能较好，可将上部荷载看做均布荷载分布在工字钢上作用于抱箍。作用方式如下图： 2.2.1 施工荷载计算 施工荷载主要包括盖梁混凝土和钢筋笼自重，钢模自重，工字钢自重，施工活载。 假定一个盖梁混凝土方量为C40混凝土30m 3，混凝土平均密度为2.5t/m 3,则混凝土自重为2.5×30=75t 。盖梁钢模密度为0.1t/m 2，总的面积为30m 2，则模板自重为3t 。钢筋笼总重为3t 。工字钢自重为3t 。施工活载包括施工操作工人，混凝土动载，振捣时产生的动载，总荷载为1t 。则总的施工荷载为Q=75+3+3+3+1=85t 。考虑施工安全系数，采用1.2，则施工总荷载为Q ’=1.2×85=102t 。单个加劲板受力为Q ’/4=25.5t 。

同时应考虑工字钢型号尺寸选择。假定两墩柱中心线距离为8m ，工字钢两侧各悬臂伸出距离为1m ，则受力总长度为10m ，均布荷载为q=102×1000×10/10=102KN/m 。在如图所示施工情况下，工字钢所产生最大弯矩Mmax=(ql 2/8)×(1-4a 2/l 2)=765KN·m 。若采用四根工字钢，工字钢抗弯强度为M ，则应保证Mmax ＜4M 。且应保证所选工字钢承重极限大于施工总荷载。

2.2.2 抱箍对墩柱压应力计算 箍身对墩柱的压应力1σ可由下式计算求得： 1μσB πD =KG

其中： μ——摩阻系数，取0.35

B ——箍身宽度，B=300mm

D ——立柱直径，D=1200mm

K ——荷载安全系数，取1.2

G ——作用在单个抱箍上的荷载，G=510KN

则σ1=KG/μB πD=1.2×510×1000/（0.35×300×3.14×1200）=1.55MPa ＜

[σ]=22.4MPa ，满足要求。

其中[σ]为混凝土墩柱抗压强度容许值，其值不大于0.8R a b ,墩柱混凝土抗压强度容许值为40Mpa ，轴心抗压强度R a b =0.7×40=28Mpa ，0.8R a b =0.8×28=22.4Mpa 。 2.2.3 抱箍内应力验算 箍身内应力σ2的合成图如下：

2σ1

σX

D/2Y Bδ

Bδ

2σ 化简得σ2δ=σ1D/2

其中：δ——钢板厚度，取10mm 。

求得σ2=(1.55×1200/2)/10=93MPa ＜f=215MPa ，满足要求。

f ——查《钢结构设计规范GB500172003》，Q235钢抗压、弯、拉强度设计值为215MPa 。 2.2.4 螺栓受力验算 2.2.4.1加劲板螺栓抗拉承载力计算 加劲板腹板采用8根10.9级M24高强螺栓，螺栓直径为24mm 。钢带所受拉力：F=σ2δB=93×10×300×-310=279kN ，则单个螺栓所受拉力为：N=F/8=279/8=34.875kN

其中：

N t —10.9级M24高强螺栓设计拉力。查《钢结构设计规范GB500172003》10.9级M24螺栓预拉力P=225kN ，N t =0.8P=180kN

2.2.4.2螺栓抗剪承载力计算 已计算得作用在单个加劲板上的竖向荷载为G=25.5吨，螺栓连接方式为双剪结合。 单个螺栓所受的竖向总荷载为：T=255/8=31.875kN ，单个螺栓所受剪力

Q=T/2=15.9375kN 。

螺栓截面为圆形，故其截面所受的最大切应力为：

τmax =4Q/3Ae

其中：

Ae —M24螺栓的有效面积，为3532mm

则τmax =4Q/3Ae =（4×15.9375×1000）/(3×353)=60.2Mpa 。

螺栓的许用切应力：[τ]=σs/n

其中：

σs —材料的屈服极限，10.9级螺栓的屈服极限为940Mpa （摘自GB 3098.1--82） n —安全系数，静载时取2.5。

则许用应切力：[τ]=σs/n =940/2.5=376Mpa 。

故τmax<[τ]，满足条件。

2.2.5 螺栓紧固力计算 紧固螺栓时要按照钢板容许应力控制紧固力。

考虑2倍的安全系数，紧固力取279×2=558kN ，

每个螺栓紧固力为：558/8=69.75kN 。

查《公路桥涵施工技术规范041-2000》 P236公式：T C =KP C D 其中：

T C —终拧扭矩（N·M ）

K —高强度螺栓连接扭矩系数平均值，范围为0.11～0.15之间，取0.15。

P C —高强度螺栓施工预拉力（kN ）

D —高强度螺栓公称直径（mm ）

单个螺栓终拧扭矩T C =KP C D=0.15×69.75×24=251.1N·m,扳手手柄加长到80cm ，只需紧固313.875N 的力即可满足要求，紧固螺栓时可脚踩加长手柄，踩不动即能满足要求。

2.2.6 抱箍抗滑移验算

M24高强螺栓紧固力为N =69.75kN ，单个牛腿由8个螺栓连接，则抱箍钢带所受的最大拉力：F=8N=558kN ，钢带横截面承受的最大正应力：

σmax=F/(B×δ)= 558/(300×10)×1000=186Mpa 。

其中：

B —钢带高度

δ—钢带厚度

则钢板所受墩柱的最大压应力为：