桥梁盖梁抱箍法施工技术

摘要:本文结合河北沿海高速第四合同段的施工实际,详细阐述了抱箍法盖梁施工的工作原理,施工工艺及过程控制等。

关键词:盖梁 抱箍 原理 施工 工艺

1 引言

沿海高速沧州歧口至海丰段第四合同段K41+190长芦盐场大桥设计为12×20如采用满堂支架,则将浪费大量人力、物力搭设支架、生产周期长、安全性差,且当桥下基础条件较差,如有流水或墩柱较高时,都将增加施工的难度及危险性;若采用预留孔法,施工工艺有了很大进步,但有些问题难以避免,如预留孔倾斜、墩柱外观感较差、对墩柱整体产生一定程度的破坏等。抱箍法具有施工简单,适应性强,节省投资,施工周期短等优点,在河北沿海高速第一合同段的桥梁盖梁施工中广泛使用并取得了明显的效果。

2 抱箍法简述

抱箍法,就是在盖梁施工时,用两段半圆型钢箍卡于其下墩柱上,钢箍两端焊以牛腿,将横梁架于外伸牛腿上,利用钢箍与墩柱的摩擦力支承横梁传下的上部荷载――盖梁自重、模板自重、施工荷载等。抱箍图示如下:

3 抱箍使用的理论依据

3.1箍身的结构形式

抱箍安装在墩柱上时必须与墩柱密贴,这是个基本要求。由于墩柱截面不可能绝对圆,各墩柱的不圆度是不同的,即使同一墩柱的不同截面其不圆度也千差万别。因此,为适应各种不圆度的墩身,抱箍的箍身采用不设环向加劲的柔性箍身,即用不设加劲板的钢板作箍身。这样,在施加预拉力时,由于箍身是柔性的,容易与墩柱密贴。在施工当中,为保证密贴的效果和避免钢箍和混凝土表面刚性接触造成损伤,在抱箍与墩柱之间垫以5mm厚橡胶垫。

3.2 连接板上螺栓的排列

抱箍上的连接螺栓,其预拉力必须能够保证抱箍与墩柱间的摩擦力能可靠地传递荷载。因此,要有足够数量的螺栓来保证预拉力。如果单从连接板和箍身的受力来考虑,连接板上的螺栓在竖向上最好布置成一排。但这样一来,箍身高度势必较大。尤其是盖梁荷载很大时,需要的螺栓较多,抱箍的高度将很大,将加大抱箍的投入,且过高的抱箍也会给施工带来不便。因此,只要采用厚度足够的连接板并为其设置必要的加劲板,一般均将连接板上的螺栓在竖向上布置成两排。这样做在技术上是可行的,实践也证明是成功的。

3.3连接螺栓数量的计算

抱箍与墩柱间的最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积,即f=μ×N

式中 f――抱箍与墩柱间的最大静摩擦力;

N――抱箍与墩柱间的正压力;

μ――抱箍与墩柱间的静摩擦系数。

抱箍与墩柱间的正压力N由螺栓的预紧力产生的,根据抱箍的结构形式,修正每排螺栓个数为n,则螺栓总数为4 n,若每个螺栓预紧力为F,则抱箍与墩柱间的总正压力为N=4×n×F。

在实际施工中采用45 号钢的M30 大直径螺栓。

式中:As ――螺栓的横截面积,As=πd2/4

每个螺栓的允许拉力为[F]=As×[σ]

[σ]―钢材允许应力。对于45号钢,[σ]=210MPa。

于是,[F]=[σ]πd2=210×3.14×302/4=148.4 kN

钢材与砼间的摩擦系数为0.3～0.4,取f=0.3,于是抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为f=μ×N=μ×4×n×F=0.3×4×n×148.4=178.04n

若临时设施及盖梁重量为G,对于双柱式盖梁结构则每个抱箍承受的荷载为Q=G/2。

取安全系数为λ=1.3,则有Q=f/λ即G/2=178.04n/1.3;n=0.00365×G

河北沿海高速第四合同段在抱箍设计中采用自重最大的K40+200.392北疏港互通分离式立交桥桥墩盖梁进行计算。临时荷载及盖梁自重为:675.3KN。

根据公式

n=0.00365×G=0.00365×675.3=2.47

取n=3排,抱箍高度采用30cm,经实践证明抱箍的承载力能够满足施工需要。

抱箍具体设计如下图:

4、横梁受力验算

抱箍法施工中另一关键受力结构是横梁,横梁必须具备足够的强度和刚度以承受盖梁荷载和抵抗变形。在施工中选用两条I45a “工”字钢共同承受荷载,具体结构见下图。

4.1荷载集度q的确定

K40+200.392北疏港互通分离式立交桥盖梁长L为13.355m,宽1.4m,高1.4 m,立柱间距为6.8m。临时荷载及重力为G=675.3KN。两条“工”字钢共同承受荷载,对其中一条“工”字钢进行验算即可,按常规取1.2的安全系数。因此荷载集度为:q=1.2 G /L/2,经计算得30.34KN/m

4.2 应力验算

对于I45a工字钢,查«路桥施工计算手册»附表3-31可知:E=2.1×105Mpa, Ix=32241 cm4,w=1432.9cm3,施工过程中跨中弯矩最大为最不利荷载进行计算。

4.2.1“工”字钢应力验算σ= M/w ≤[σ]

式中:

M─受力弯矩,取最大弯矩Mmax

w─截面抵抗矩

[σ]─容许应力,查规范得210Mpa

经计算得Mmax= ql2/8=30.34×6.82/=175.4 KNm

σ= M/w =175.4 KNm /1432.9cm3=122.4Mpa≤[σ]=210Mpa 满足要求

4.2.2挠度验算

施工过程中,最大挠度会发生跨中。

fmax= 5ql4/384EI ≤[f]

式中:q─均布荷载

l─计算跨径

E─弹性模量

I─惯性矩

[f] ─容许挠度,查规范得:

经计算fmax=5×30.34×6.84/384/210000/32241=12.48mm

5 抱箍法施工工艺流程及过程控制

5.1抱箍法施工工艺流程如下:

抱箍加工抱箍拼装抱箍吊装安装横梁及垫木安装盖梁底模板吊装钢筋笼安装盖梁侧模板盖梁砼施工。

5.2抱箍法施工过程控制要点:

5.2.1根据盖梁设计标高反算出抱箍钢带下沿在墩柱上的位置并在其上做好标记,以便抱箍准确就位。

5.2.2将两半抱箍用牛腿处螺栓固定成型,置于墩柱下方地面上。

5.2.3在两牛腿处螺栓之间穿一钢丝绳,用吊车钩住钢丝绳将抱箍吊装就位.吊装时,注意在两牛腿板下方撑一钢筋,以确保抱箍不变形。

5.2.4抱箍按墩柱上标高准确就位后,就要紧固牛腿处螺栓.因为此处螺栓承受力较大,为便于施工,需将扳手把加长.可加焊一50cm长,Φ28的钢筋.紧固时,由两人踩加长的钢筋,直到踩不动为止.再复核两半抱箍接头间隙是否小于等于2cm(设计要求),直到符合要求为止。

5.2.5把两根I45a横梁吊置于抱箍两侧牛腿上,用拉杆在两端将两者拉紧,防止其向两侧顷覆,在其上安放横梁、支架和底模。

5.2.6搭设简易脚手架,供施工时工人上下。

5.2.7用水准仪测设盖梁底模标高,如低于设计值可加垫相应钢板调整。

5.2.8拆除模板时,先拆侧模,然后用钢丝绳将横梁工字钢,底模固定于盖梁上,松开抱箍牛腿螺栓,使抱箍沿墩柱滑下,最后卸下横梁及底模。

6 报箍法施工的注意事项

6.1 墩柱混凝土强度在养生达到设计强度的75%以上后方可进行。

6.2抱箍就位时,需注意牛腿与盖梁方向垂直,以得于安入横梁。

6.3抱箍内直径宜比圆柱直径大1～2cm;抱箍与砼接触面处垫5mm 左右的橡胶板,以增大抱箍与砼之间的摩擦力及接触密实程度。

6.4由于抱箍连接板是直接承受螺栓拉力的构件,要有足够的强度和刚度,根据理论计算及实践经验,以采用厚度为24mm～30mm 的钢板为宜。

7 结束语

河北沿海高速第一合同段共有大桥2座,桥墩盖梁在施工中全部采用抱箍法进行。由于技术先进,管理有方,不但保证了工程质量而且比原计划提前一个月完成了全部盖梁的施工任务,取得了良好的经济效益和社会效益。

通过以上论述可以看出在采用抱箍法施工中只要对抱箍进行合理的设计,严格按照操作规程施工,不但可以提高施工效率和经济效益,而且能够保证工程质量,是一种比较理想的盖梁施工支撑方法,值得推广使用。