盖梁双抱箍设计与施工

一、引言

  在道路桥梁工程施工中，盖梁的施工方法很多。抱箍法能够解决地基承载力不足或水中墩盖梁施工的困难,越来越多地受到人们的青睐，有些工程有条件采用满堂支架施工的盖梁也因为双抱箍施工法安全、方便、经济、周转快而采用该方法施工。

二、双抱箍施工方法的特点

1、可以解决满堂支架对地基承载力要求较高和水中墩施工的困难。

2、可以克服牛腿预留孔倾斜和影响墩柱美观的弊端。

3、双抱箍和盖梁底模板可以在地面上安装，用手拉葫芦或滑轮组顺着墩柱提升就位。拆除底模时，抱箍下落到一定高度后可做为盖梁底部缺陷修补的脚手架，可以节约机械安装拆除盖梁底模的大量费用。

三、双抱箍承重原理

   在盖梁施工时，用半圆形钢带抱紧墩柱，在钢带两端焊接牛腿，将盖梁底模的承重横梁架在牛腿上，利用上下层钢带抱紧墩柱所产生的摩擦力来承担盖梁自重、模板自重、施工荷载等重量，起到了支架的作用。

四、抱箍受力简化

  我们假设抱箍为柔性弹体，墩柱支撑抱箍的压力就象是气球内的气体对球壁产生的压力一样，那么钢带内张应力与钢带受到墩柱的支撑应力有下列关系式

由图2可得  

N=∫0π/2σ1HRsinθdθ=σ2Hh………………………………………………………①

σ1———钢带受到墩柱的支撑应力

σ2————钢带内张应力

N——墩柱对钢带的支撑力

H——双钢带高度

h——钢带厚度

R——钢带半径

如果σ1HR为常数上式①可积分为σ2=σ1R/h

下面来证明σ1HR为常数，在钢带上任意位置截取无限小的一段弧AB 作为研究对象    

T=σ2Hh    N=σ1HR△θ

如上图在抱箍上截取无限小段钢带，则弧AB的中分点在法向上所受合力

σ1HR△θ=2σ2Hhsinθ…………………………………………………②（式中符号同上）

HR和2σ2Hh为常数

上式说明只要截取无限小段钢带长度相等，则该段面积相等，那么这两段钢带受到墩柱的法向支撑力就相等，及σ1HR为常数。证明了上式①的积分是正确的。

在设计抱箍的过程中，为了使抱箍的受力更符合假设的理论状态，宜在钢带内壁加一层10mm厚的夹线黑色橡胶板，并用螺钉固定在钢带上面。为了防止黑色橡胶摩擦墩柱留下黑印，在黑色橡胶板内壁粘了一层5mm厚的白色优质橡胶板。这样设计的目的是使抱箍受到墩柱的压力均匀一致，不致于由于钢带受力不均造成墩柱砼表面局部压碎或刻痕。在钢带与砼面中间加橡胶板同时可以增大摩擦系数。

五、抱箍设计

抱箍设计主要包括两方面的内容：钢带与墩柱的摩擦力设计和钢带与牛腿的焊接设计。因牛腿为小型构件一般不作变形验算。

1、设计荷载

设计荷载以通启高速公路TQ-10标段竖海河大桥盖梁施工为例。

盖梁自重527.5KN，底模自重13.2KN，侧模自重28.6KN，横梁采用36a工字钢两根18.4KN,施工荷载20.2KN，设计荷载G =607.5KN

2、钢带与墩柱摩擦力计算

双钢带对墩柱的压应力公式: σ1μΗ2Rπ=KG 

μ——橡胶板与砼的磨擦系数取0.65 

H——双钢带宽度取500+300=800mm

R——抱箍半径本工程取550mm

G----牛腿受到的设计荷载607.5KN

K——荷载安全系数取4 （本工程取4倍安全系数是为高墩盖梁采用抱箍法施工提供工程实例，所以安全系数取得较大）

支架兼起高空作业施工脚手架的作用，一 般在设计时,盖梁高度在2～5m取2倍安全系数；5～15m高度取2.5倍；15～30m高度取3倍；30m以上取4倍的安全系数。 

[σ2] 一般墩柱砼抗压强度容许值不大于0.8Rab，本工程为C30砼。

0.8 Rab =0.8×21.0Mpa=16.8MPa

    σ1`=1.352Mpa<[σ2]=16.8MPa钢带握紧墩柱不致于压碎砼

σ2===74.363、在σ2=74.36MPa的应力作用下，半幅钢带伸长量ΔL=σ2πR/E。

钢带加工长度L（半幅钢带）

L=πr-ΔL =（1-）×3.14×0.55=1.727m

式中E为钢带设计弹性模量2.06×105MPa

抱箍对接处间隙取20mm,则钢带下料长度为1.707m.

4、牛腿处对拉螺杆采用8根4.6级螺栓,采用一排布置,螺栓直径取30mm.

 P=Aσ2=74.36×10×800/1000=594.9KN———钢带所受拉力

Nt=Al××n=561×170×8/1000=763.01KN——螺栓设计拉力

A-----钢带截面面积

Al ----螺栓有效截面面积

----4.6级螺栓抗拉设计强度170Mpa.

      n——每端用8根螺栓固定

p＜Nt螺栓有足够的安全系数，完全满足设计要求。

六、牛腿焊缝设计

本次改进设计后，拉杆采用单排紧靠抱箍的设计方案，拉杆间距为10cm，螺栓传递弯矩很小，可忽略不计。假设腹板焊缝只承受剪力，翼缘焊缝承受全部弯矩，经过计算很容易满足设计要求，并且在有些论文中已有介绍，这里没有列举验算过程。

七、双抱箍法施工

1、根据盖梁设计标高算出上抱箍牛腿顶面高程，并在墩柱上做好标记，以便抱箍准确就位。

2、将上下抱箍在墩柱根部用螺栓固定成型，把两根36a工字钢横梁吊置于抱箍牛腿上面，用拉杆将横梁略加固定，防止横梁侧向倾到。横梁上安装盖梁底模。在墩柱顶部安装起吊扁担，低盖梁采用手拉葫芦提升抱箍和盖梁底模就位。高盖梁采用滑轮组提升抱箍和盖梁底模就位。

3、抱箍按墩柱上标高记录准确就位，就要紧固上下抱箍牛腿处螺栓。因为螺栓紧固很重要。为便于施工，需将扳手柄加长，加焊一根50cm长、Φ28的钢筋。紧固时，由两人用力踩加长杆，直到踩不动为止。并复核抱箍接头隙是否小于等于2cm（设计要求），直到符合设计要求为止。

4、设置安全脚手架，供施工人员上下盖梁。

5、用水准仪测量盖梁底模标高，如低于设计值可在底模下加垫相应厚度的钢板调整。

6、将盖梁钢筋笼吊装于底模上，然后安装侧模，浇注混凝土。

7、拆除模板时，先拆侧模，然后用钢丝绳将横梁、底模、抱箍固定于盖梁上，松开抱箍牛腿螺栓，使盖梁底模和抱箍沿墩柱滑下，下落到一定高度后可作为盖梁底部缺陷修补脚手架，修补完毕后卸下底模及抱箍。模板检修后进行下一片盖梁施工。

八、注意事项

1、在抱箍设计中，焊条采用E50型。

2、抱箍就位时，注意牛腿方向，便于安放横梁。

3、上下层抱箍要靠紧，使上下抱箍同时受力。

4、焊接操作人员必须具有相应的上岗证，施焊前要做好焊接试件，力学试验合格后方可焊接操作。

九、经济效益和社会效益

通过以上论证和通启高速TQ-10标段实际施工验证，我们看到双抱箍盖梁施工方法简单，而且安全系数大，可以满足30m以上高墩盖梁施工的安全要求。为以后高墩盖梁施工提供了一次施工实例。