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，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：

立面图模板钢抱箍1200墩身底模纵梁2][4018500 底模横梁 160X140X2500方木

纵横梁顶平面图1203工字钢纵梁φ1.2φ1.2φ1.2横梁@0.25米抱箍

侧面图拉条站带80X60X2500方木@160X140X2500方木@模板1220X2440X15竹胶板100X100X2500方木@工子钢40B型1200说明:1、除抱箍尺寸以米计外其余单 位以毫米计。 2、在横梁与底模之间设纵向的 方木楔块以 调整盖梁底2%的 横向坡度与安装误差。

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

2500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：G3

3

1=60m×26kN/m=1560kN

3.1.2模板钢摸自重：G2=186kN (根据模板设计资料) 3.1.3侧模支撑自重：G3=15kN 3.1.4三角支架自重：G4=10kN 3.1.5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。

q '=14KN/mHA横梁,方木,EIBRARB1.6m2.5m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：Ibh3123659cm4; 抗弯模量：Wbh2X6523cm3 最大弯矩：Ml 2

2

max= qH’H/8=14×1.6/8=4.5kN·m

σ= Mmax/Wx=4.5/(523)=8.6MPa<[σw]=13MPa (可) 最大挠度：

m41.00.16m

lqH'lH2.5141031.1.6fmax0.0016m[f]00.004m(可)384EI3841010365940040044 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。

q=72kN/mCARAEIBRBL=9.25m

a=3.6m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：

qla729.253.62(1)2(1)3KN2l29.25qla2729.253.62RB(12)(1)283KN22l9.252RA4.3.2纵梁端最大位移

qal3a2a3f(4331)24EIl2l

723.69.25343.6233.63(1)24EI9.2529.253=-44573/24EI (↓) =-0.02m

4.3.3纵梁中间最大位移

5ql45729.254f0.075m()

384EI38422278124.3.4工字钢的弯矩检算

qa2723.62Mac467KNm

22ql2a22729.2523.622Mab(12)(1)554KNm 288l9.254.4 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<[σ]强度满足要

求。

稳定验算：σa=P/（ψA）=666/（0.651×0.0102）=100298.2Kpa

[σ]=215Mpa=215000Kpa,那么σa<[σ]稳定满足要求。

5 抱箍计算

盖梁抱箍图如下：

1032010120032017012017070140抱箍立面图70150160φ30孔15070

3203201230730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。 3073000

5.1 抱箍基本参数的确定： 5.1.1 计算模型的建立：

7.27.2φ27N1N2NfhT1T1Nf'f160fT2本图尺寸均以厘米计。T2

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=3kN

RB=283×2=566kN

以最大值3KN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：

Nff32572kN 0.25Nf425723kN 4 NfT1T2T1'T2'4T1 Tf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]=3/47.6=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=3kN/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<[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′=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）

=（1/2×3）/（2×0.006） =26.8MPa<[τ]=85MPa 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）

=（1/2×3）/（2×0.012） =13.4MPa<[τ]=85MPa 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：

墩柱上抱箍千斤顶油表下抱箍油表油泵油泵系 梁

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3KN，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。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.