方形抱箍在灌河大桥引桥盖梁施工中的应用

方形抱箍在灌河大桥引桥盖梁施工中的应用摘要：方形抱箍作为盖梁施工中支撑模板的一种新方式，在灌河大桥引桥盖梁施工首次应用，介绍了这种抱箍的设计构思、结构受力计算、荷载试验、应用效果及技术经济比较等方面的情况。关键词：方形抱抱箍盖梁施工构思与设计应用效果1概述抱箍作为盖梁施施工的一种支支撑方式，具具有结构轻便便，加工制作作简单，成本本低廉等优点点，近年来被被广泛应用于于桥梁施工中中，但由于结结构受力分析析困难，仅以以圆形形式在在圆形墩柱的的桥梁施工中中出现，方形形抱箍一直未未见应用。灌河大桥是江苏苏省连盐高速速公路上的一一座特大型桥桥梁，其引桥桥墩柱为八棱棱柱截面，截截面尺寸为120×1140cm，四角设计计有25×400cm倒角，所有有墩柱均不设设承台，仅在在两墩柱间设设系梁，由于于桥址处地基基为典型的软软基，承载力力较差，墩柱柱高度偏大，盖盖梁施工如采采用满堂支架架法，则须对对支架地基进进行分层处理理，如处理不不当，将会导导致支架地基基的不均匀沉沉降，进而影影响到盖梁的的施工质量；；另一方面，地地基处理与支支架的搭设施施工周期长，不不利于加快施施工进度，成成本也较高，并并且建设单位位对混凝土工工程外观要求求很高，不主主张在墩柱上上留孔洞或预预埋牛腿。基基于这些原因因，通过认真真分析研究和和比较，灌河河大桥引桥盖盖梁施工首次次采用了方形形抱箍。2设计构思针对方形抱箍在在受力和构造造两个方面的的特点，从受受力特点入手手进行分析，并并对构造形式式进行比较，从从而得出采用用的形式。2.1要点点分析2.1.1须详详细计算荷载载，以精确确确定每个墩柱柱上抱箍需要要提供的支撑撑力。支撑力力可按下式计计算：F=k（G1++G2+G3+G4）/2（1）式中：F—每个个墩柱上支撑撑力；kk—保证系数，取取1.5；GG1—盖梁自重（不不包括墩顶分分），本例为为823kN；GG2—模板、支撑撑钢横梁重量量，本例为114kN；GG3—施工荷载，本本例为45kN；G4—抱箍自重重，设计前估估算为15kN；计算F=7488kN。2.1.2抱箍箍要有足够的的摩擦面，才才能提供足够够的支撑力。2.1.3由于于方形抱箍对对墩柱面产生生压力的方式式与圆形抱箍箍不同，抱箍箍背框要有足足够的刚度，使使用时方不致致产生太大变变形，确保摩摩擦面有效发发挥作用。2.1.4抱箍箍的组拼尺寸寸（内侧）应应略小于墩柱柱的截面尺寸寸，所以连接接法兰必须有有适当的压紧紧间隙，但不不宜太大，以以1cm为宜。2.1.5为保保证抱箍摩擦擦面对墩柱面面产生足够且且合理的压力力，法兰连接接螺栓的规格格、数量及扭扭力的确定也也是一个重要要的问题。2.2形式式选择根据墩柱截面形形状，首先选选择了内侧组组装形式与墩墩柱面吻合的的八角形式，如如图1所示，抱箍箍由两部分组组成，组装后后有八个摩擦擦面。此种形形式相当于圆圆形抱箍的延延续，存在一一定的弊病，第第一由于墩柱柱采用多套模模板施工，截截面尺寸存在在微小差异，因因此不能保证证抱箍与墩柱柱完全吻合，也也就不能保证证摩擦面有效效发挥作用（尤尤其法兰侧的的摩擦面几乎乎没有效用）；；其次极易对对墩柱棱角造造成破坏。因因此放弃此种种形式。组装结构形式图组装图组装结构形式图组装图图1抱箍形形式A通过抱箍形式AA的分析，认认为八个摩擦擦面很难保证证全部有效利利用，从而又又设想了第二二种形式，如如图2所示，抱箍箍由四部分组组成，组装后后有四个摩擦擦面，与墩柱柱四个大面对对应设置，摩摩擦面宽度小小于墩柱面宽宽度，倒角不不设摩擦面。此此种形式虽能能够克服对墩墩柱棱角造成成破坏的缺陷陷，但由于四四个法兰在拼拼装时不易控控制压紧间隙隙的均衡性，很很难保证摩擦擦面与墩柱面面完全接触，更更易造成摩擦擦失效、抱箍箍下滑，另外外此种形式组组装后的整体体性也差，所所以也放弃了了。组装结构形式图组装图组装结构形式图组装图图2抱箍形形式B经过对上述两种种形式的分析析，最终确定定方形抱箍采采用如图3所示的形式式，抱箍由两两部分组成，组组装后有四个个摩擦面，摩摩擦面的设置置与形式B相同。这种种形式能够很很好的解决形形式A、B存在的缺陷陷，并且操作作相对简便，整整体性好。摩擦面墩柱轮廓线摩擦面支撑法兰背框组装结构形式图摩擦面墩柱轮廓线摩擦面支撑法兰背框组装结构形式图组装图图3抱箍形形式C(采用形式)3设计计算3.1根据抱箍箍所需提供的的支撑力，计计算摩擦面积积，确定摩擦擦面尺寸。F=μN（2）式中：F—每个个墩柱上支撑撑力。μ—钢与砼的摩摩擦系数，根根据《中型砌砌块设计与施施工规程JGJ5--80》及现场试试验，本例取取值0.5。N—抱箍对墩柱柱面产生的压压力。计算N=14996KN。由于墩柱混凝土土的设计强度度为30MPa，抱箍对墩墩柱面的压应应力不宜太大大，否则会产产生压痕影响响外观，甚至至造成墩柱破破坏，同时压压应力太大，摩摩擦面就会很很小，相应抱抱箍的总体结结构尺寸也会会很小，对背背框和法兰的的设计就会带带来很高的要要求（小尺寸寸，大刚度），因因此确定抱箍箍对墩柱产生生的压应力不不超过σ=1MPa，以此原则则计算摩擦总总面积。A=N/σ（3）式中：A—摩擦擦总面积。NN—抱箍对墩柱柱面产生的压压力。σ—抱箍对墩柱柱面产生的压压应力。计算A=1.55m2。考虑结构的需要要，抱箍的高高度定为100cm，相应摩擦擦面的高度也也为100cm，宽度定为60cm和50cm（分别小于于对应墩柱面面宽度10cm）。实际摩擦面总面面积A1=2×（0.6+00.5）×1=2..2m2，大于计算算值1.5m2，抱箍对墩墩柱实际产生生的压应力要要小于1MPa，是有利的的。3.2根据抱箍箍对墩柱面产产生的压力N的计算结果果，推算法兰兰的连接压紧紧力，从而确确定法兰连接接螺栓的规格格、数量和终终拧扭力。首先计算法兰的的连接压紧力力，如图4所示。图4法兰连接压压紧力计算图图示(尺寸单位：mm)Nˊ=2Fˊccos45°°（4）式中：Fˊ—法法兰的连接压压紧力。Nˊ—每个摩擦面面的压力，Nˊ=N/4==1496//4=3744KN。计算Fˊ=2664KN。初步考虑采用普普通螺栓，并并考虑采用乙乙字型梅花扳扳手人工施拧拧，为方便操操作和保证足足够的压紧力力，螺栓规格格不宜太小，数数量要适中，这这样扭力也不不会太大。设设计时按每个个法兰18套M24普通螺栓考考虑，据此进进行验算。每套螺栓的施工工预拉力PC=Fˊ/18=114.7KNN，远小于螺螺栓的允许预预拉力。下面面计算螺栓的的终拧扭力，首首先通过公式式（5）计算螺栓栓的终拧扭矩矩。TC=K·PCC·d(55)式中：TC—终终拧扭矩（N·m）。K—螺栓的扭矩矩系数，0.11～0.15，取0.15。PC—螺栓的施施工预拉力（KN）。d—螺栓公称直直径（mm）。计算TC=522.9N·m。按规格长度455cm的扳手计算算终拧扭力如如下：T=TC/L（6）式中：T—终拧拧扭力（N）。L—扳手力臂长长度（m），取0.35m。计算T=1511.1N（合15.4公斤力），人人工施拧较易易达到。通过上述计算，虽虽然螺栓的施施工预拉力远远小于允许预预拉力（59.9KKN），但终拧拧扭力已经达达到151.11N，如果减少少螺栓数量，势势必增加终拧拧扭力，人工工在高空施拧拧就很难满足足要求了，因因此就按初步步设想确定每每个法兰采用用18套M24螺栓，施工工终拧扭力151.11N。3.3为保证摩摩擦面与墩柱柱面的有效接接触，背框要要有足够的刚刚度，通过对对背框变形（挠挠度）验算，确确定背框的选选材。法兰的的压紧间隙为为1cm，背框变形形不超过5mm是可以接受受的。按墩柱柱截面尺寸估估算长边背框框长度约为220cm，三层背框框，偏安全考考虑，采用计计算模式为简简支梁跨中集集中荷载。图5背框计算图图示(尺寸单位：mm)采用公式（7）验验算背框变形形，计算背框框惯性矩，确确定背框选材材。f=Pl3/448EI（7）式中：f—背框框跨中变形，取5mm。P—每层背背框跨中集中中力，P=Nˊ/3=1224.7KNN。l—背框框长度。E—钢材弹性模模量。I—惯性矩。计算I=2.66×107mm4，22号槽钢的惯惯性矩与此相相近，设计确确定采用，最最终设计结构构如图4所示，长边边背框长度215cm，实际效果果是偏安全的的。4荷载试验4.1试验方方法根据现场情况，确确定试验地点点为拌合站料料场的砼地坪坪，利用墩柱柱首件施工的的试验柱，荷荷载采用现场场整捆钢筋（每每捆约2.36t）。具体试试验步骤为先先将抱箍安装装在试验墩柱柱上，在抱箍箍上放卸落千千斤顶，然后后搭设两根钢钢横梁（由两两根长度8m的40b工字钢组合合），两端悬悬挑，在钢横横梁上堆载试试压，如图6。图6抱箍荷载试试验示意图4.2试验情况况第一次试验，将将荷载加至56.6t（23捆钢筋+两根钢横梁梁）时出现异异常，试验墩墩柱下地基发发生破坏，试试验墩柱整体体下沉，试验验不成功。第二次试验，在在砼地坪上铺铺设2.5cm厚钢板，将将试验墩柱移移至钢板上进进行，加载至至75.5t（31捆钢筋+两根钢横梁梁），进行24小时观测，抱抱箍未发生下下滑，试验成成功。5细节优化5.1试验虽虽然成功，但但发现存在几几个问题。①、螺栓在拆装装两次以后损损坏比较严重重，多数有滑滑扣现象。②、试验后抱箍箍背框已有微微小变形，多多次使用必然然不能保证足足够的压紧间间隙。③、单个抱箍的的形式在有下下滑趋势时，缺缺乏有效的自自锁功能。分析原因如下：：问题①认为有两两个原因，一一是普通螺栓栓材质较差，丝丝扣易损坏；；二是试验在在地面进行，螺螺栓施拧较易易进行，并且且扳手采用了了加长柄，实实际终拧扭力力已经大于设设计值。问题②也有两个个原因，一是是实际终拧扭扭力已经大于于设计值，二二是背框刚度度稍弱。问题③是由于抱抱箍高度较大大（100cm），在有下下滑趋势时产产生导向作用用，造成抱箍箍均匀下滑，不不能自锁。5.2针对原原因分析，采采取如下几点点优化措施：：①、采用高强螺螺栓，解决螺螺栓材质差的的问题。②、采用电动扭扭矩扳手，能能够保证与设设计相符的终终拧扭力。③、将背框内侧侧加焊钢板，提提高背框刚度度。④、将单个抱箍箍改为两个抱抱箍叠放降低低单个抱箍的的高度，削弱弱导向作用，提提高自锁性能能。6最终加工形式式最终加工形式如如图7，实际重量1.9t，略大于设设计计算时的的估算值，不不会对计算结结果有大的影影响，另改为为双层叠放，背背框增加为四四层，是比设设计有利的。图7抱箍实物照照片7方形抱箍施工工7.1施工工程序方形抱箍的施工工程序如图8。地基整平地基整平安装钢横梁安装抱箍搭设辅助支架进行盖梁施工安装卸落千斤顶图8抱箍施工程程序图7.2施工工方法7.2.1采用用人工将要施施工的盖梁下下方地基大致致整平，保证证辅助支架立立柱位置标高高一致即可。7.2.2在平平整号的地基基上人工搭设设钢管辅助支支架，辅助支支架的作用是是给抱箍安装装提供一个临临时支撑，方方便安装，在在盖梁施工时时不受力。辅辅助支架的顶顶标高控制在在抱箍的下缘缘。7.2.3首先先用16t汽车吊起吊吊一半抱箍，落落于辅助支架架上，再起吊吊另一半上支支架，两半抱抱箍大致就位位后，对正法法兰，穿入高高强螺栓，用用电动扭矩扳扳手将螺栓逐逐个拧紧，注注意两个法兰兰要对称进行行，然后安装装第二层抱箍箍。7.2.4抱箍箍安装后，在在抱箍上安装装卸落千斤顶顶，采用双32t机械千斤顶顶。7.2.5在千千斤顶上安装装钢横梁，钢钢横梁采用双双40b工字钢组合合，两根横梁梁设置对拉杆杆，确保钢横横梁的稳定。7.2.6在钢钢横梁上铺设设底模进行盖盖梁施工。7.3施工工情况施工情况见图99，在实际施施工时，摩擦擦面采用了单单层土工布覆覆面，这样既既增加了摩擦擦系数，又对对墩柱面起到到一定的保护护作用。在第第一次施工时时进行了预压压试验，未见见异常后展开开正式施工。图9抱箍施工照照片灌河大桥引桥共共74片盖梁，投投入5套抱箍，配配套的辅助钢钢管支架（仅仅用作脚手）6.5t，32t机械千斤顶40个，电动扭扭矩扳手2把，每套抱抱箍使用次数数已超过10次，未出现现任何异常现现象，抱箍性性能非常稳定定。8与满堂碗扣扣支架的经济济技术比较根据实际情况，如如不采用方形形抱箍，一般般将采用传统统的满堂式碗碗扣支架，为为满足施工需需要，同样需需投入5套支架，高高度按12m考虑。按照照以往施工经经验进行地基基处理和支架架布置，形式式如图10，一套支架架的投入情况况如表1，据此进行行比较。灰土地基灰土地基碗扣支架墩柱图10假定支架架布置形式一套支架投入情情况表1序号项目规格及数量备注1地基16m×6m××0.5m==48m3采用8%灰土地地基2碗扣支架1.8m立杆888根×100.67kgg/根=94755kg1、立杆采用66×1.8mm+1.2mm组合；2、立杆在盖梁梁下方按60cm见方布置，两两侧按1.2m间距布置；；3、横杆按1..2m层距布置；；4、上下采用660cm可调托座。5、下托采用330cm×330cm×110cm砼垫块。1.2m立杆148根×7..41kg//根=10977kg1.2m横杆520根×5..12kg//根=22622kg0.6m横杆2120根×22.82kgg/根=59788kg可调顶托96个×7.22kg/个=691kkg可调顶托148个×7..2kg/个=10666kg砼垫块148块×0..009m33/块=1.333m38.1技术比较较方形抱箍与满堂堂碗扣支架的的技术比较见见表2。方形抱箍与满堂堂碗扣支架的的技术比较表表2相关比较内容方形抱箍满堂碗扣支架1、地基处理人工简单整平。处理复杂，要求求高。2、辅助支架需要，但很简单单。无。3、安装或搭设设抱箍安装简便，省省时。支架搭设简便，但但费时。4、工作情况性能稳定，很安安全。性能稳定，安全全，但受地基基影响大。5、拆除抱箍拆除简便，省省时。支架拆除简便，但但费时。8.2经济比较较按灌河大桥全部部引桥盖梁施施工对方形抱抱箍与满堂式式碗扣支架进进行经济比较较，比较结果果见表3。方形抱箍与满堂堂碗扣支架经经济比较表3方形抱箍满堂碗扣支架1、抱箍（摊消消50%）：1.9t×5××2×52000元/t×0..5=494400元。1、支架（含顶顶底托，摊消消35%）：20.6t×55×60000元/t×0..35=2116300元2、辅助支架（摊摊消35%）：6.5t×39900元/t×0..35=88873元2、砼垫块（更更换4次）：1.33m33×5×4××320元/m3=8512元3、千斤顶（摊摊消35%）：40个×6500元/个×0.355=91000元3、地基处理：：48m3灰土××30元/m3×74次=1065560元4、电动扳手（摊摊消35%）：2把×12000元/把×0.355=840元4、支架安装：：40个人工×335元×74次=1036600元5、地基处理：：0.5个人工××35元×74次=1295元5、支架拆除：：40个人工×335元×74次=1036600元6