蓋梁施工的幾種支撐體系
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
4、抱箍法
其力學(xué)原理：是利用在墩柱上的適當(dāng)部位安裝抱箍并使之與墩柱夾緊產(chǎn)生的最大靜摩擦力，來克服臨時設(shè)施及蓋梁的重量。
抱箍法的關(guān)鍵是要確保抱箍與墩柱間有足夠的摩擦力，以安全地傳遞荷載。下面就此問題進行討論。
4．1 抱箍的結(jié)構(gòu)形式
抱箍的結(jié)構(gòu)形式涉及箍身的結(jié)構(gòu)形式和連接板上螺栓的排列。
4．1．1 箍身的結(jié)構(gòu)形式
抱箍安裝在墩柱上時必須與墩柱密貼，這是個基本要求。由于墩柱截面不可能絕對圓，各墩柱的不圓度是不同的，即使同一墩柱的不同截面其不圓度也千差萬別。因此，為適應(yīng)各種不圓度的墩身，抱箍的箍身宜采用不設(shè)環(huán)向加勁的柔性箍身，即用不設(shè)加勁板的鋼板作箍身。這樣，在施加預(yù)拉力時，由于箍身是柔性的，容易與墩柱密貼。
4．1．2 連接板上螺栓的排列
抱箍上的連接螺栓，其預(yù)拉力必須能夠保證抱箍與墩柱間的摩擦力能可靠地傳遞荷載。因此，要有足夠數(shù)量的螺栓來保證預(yù)拉力。如果單從連接板和箍身的受力來考慮，連接板上的螺栓在豎向上最好布置成一排。但這樣一來，箍身高度勢必較大。尤其是蓋梁荷載很大時，需要的螺栓較多，抱箍的高度將很大，將加大抱箍的投入，且過高的抱箍也會給施工帶來不便。因此，只要采用厚度足夠的連接板并為其設(shè)置必要的加勁板，一般均將連接板上的螺栓在豎向上布置成兩排。這樣做在技術(shù)上是可行的，實踐也證明是成功的。因此，抱箍采用如圖4所示的結(jié)構(gòu)形式。
4．2 連接螺栓數(shù)量的計算
抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力等于正壓力與摩擦系數(shù)的乘積，即F=f×N
式中 F－抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力；
N－抱箍與墩柱間的正壓力；
f－抱箍與墩柱間的靜摩擦系數(shù)。
而正壓力N與螺栓的預(yù)緊力是對平衡力，根據(jù)抱箍的結(jié)構(gòu)形式，假定每排螺栓個數(shù)為n，則螺栓總數(shù)為4 n，若每個螺栓預(yù)緊力為F1，則抱箍與墩柱間的總正壓力為N＝4×n×F1。
對于抱箍這樣的結(jié)構(gòu)，為減少螺栓個數(shù)，可采用材質(zhì)為45號鋼，直徑30mm的大直徑螺栓或M27高強度螺栓。但采用M27高強度螺栓有兩個缺點：一是高強度螺栓經(jīng)過一次加力松弛循環(huán)后一般不能再用，這與抱箍需多次重復(fù)使用的要求不相符；再次安裝抱箍時需更換新螺栓，加大了投入；二是市場上沒有M27高強度螺栓，必須到專門的廠家購買，不能滿足隨時更換的要求。因此，一般均采用材質(zhì)45號鋼的M30大直徑螺栓。每個螺栓的允許拉力為[F]＝As×[σ]
式中As —螺栓的橫截面積，As＝πd2/4
[σ]—鋼材允許應(yīng)力。對于45號鋼，[σ]＝2000kg/cm2。
于是，[F]＝[σ]πd2/4＝2.0×3.14×32/4=14.13 t；取F1＝14 t
鋼材與混凝土間的摩擦系數(shù)為0.3～0.4，取f＝0.3
抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力為F＝f×N＝f×4×n×F1＝0.3×4×n×14=16.8n
若臨時設(shè)施及蓋梁重量為G，則每個抱箍承受的荷載為Q＝G／2。
取安全系數(shù)為λ＝2，則有Q＝F／λ即G／2＝16.8n/2；n=0.06×G
故可取n為整數(shù)。
可見，抱箍法從理論上是完全可行的。
4．3 抱箍法施工的注意事項
4．3．1 抱箍結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意的問題
（1）箍身應(yīng)有適當(dāng)強度和剛度，以傳遞拉力、摩擦力并支承上部結(jié)構(gòu)重量，可采用厚度為10mm～20mm的鋼板。
（2）由于抱箍連接板是直接承受螺栓拉力的構(gòu)件，要有足夠的強度和剛度，根據(jù)理論計算及實踐經(jīng)驗，以采用厚度為24mm～30mm的鋼板為宜。
（3）由于抱箍連接板上螺栓按雙排布置，外排螺栓施壓時對箍身產(chǎn)生較大的偏心力矩，對箍身傳力有不利影響，因此，螺栓布置應(yīng)盡可能緊湊，以剛好能滿足施工及傳力要求為宜。
（4）為加強抱箍連接板的剛度并可靠地傳遞螺栓拉力，在豎直方向上，每隔2～3排螺栓應(yīng)給連接板設(shè)置一加勁板。
4．3．2 施工中應(yīng)注意的問題
（1）抱箍與墩柱間的正壓力是由連接螺栓施加的，螺栓應(yīng)首先進行預(yù)緊，然后再用經(jīng)校驗過的帶響板手進行終擰。預(yù)緊及終擰順序均為先內(nèi)排后外排，以使各螺栓均勻受力并確保螺栓的拉力值。
（2）澆筑蓋梁混凝土?xí)r，由于抱箍受力后產(chǎn)生變形，螺栓的拉力值會發(fā)生變化。因此，在澆筑蓋梁的全過程中應(yīng)反復(fù)對螺栓進行復(fù)擰，即每澆筑一層混凝土均應(yīng)對螺栓復(fù)擰一次。
綜上所述，只要采取適當(dāng)措施，抱箍法是完全可行的。抱箍法有很多優(yōu)點，第一，抱箍法是臨時荷載及蓋梁重量直接傳給墩柱，對地基無任何要求；第二，抱箍的安裝高度可隨墩柱高度變化，不需要額外的調(diào)節(jié)底模高度的墊木或分配梁；第三，抱箍法適應(yīng)性強，不論水中岸上、有無系梁，只要是圓形墩柱就可采用；第四，抱箍法節(jié)省人力物力是顯而易見的，因此從經(jīng)濟上講是最合算的；第五，抱箍法不會破壞墩柱外觀，而且抱箍法施工時支架不存在非彈變形，不用進行預(yù)壓。
5、工程應(yīng)用
正在修建揚州西北繞城高速公路京杭運河特大橋西岸引橋墩柱直徑1.4m，中心距7.2m；蓋梁長12.0m，寬1.7m，高1.6m，混凝土量31.2m3，墩柱平均高8.0m；跨度30m，最大縱坡2％。引橋共48個墩柱，24個蓋梁。蓋梁施工共采用4套底模2套側(cè)模，共需4套支撐設(shè)備。最初擬定的方案為支架法。支架為滿堂支架，平均每個支架高8m，長14.4m，支架寬4.8m，經(jīng)計算得知，如用萬能桿件，每套支架需桿件約13T，橫向分配梁需方木約2 m3，縱向分配梁需方木為2.1m3；支架基| 表1 兩種施工方法材料及工期對比
對比內(nèi)容 施工方法
支架法 “抱箍”法
一個蓋梁施工周期 12 d 9 d
全部蓋梁支撐萬能桿件(租賃) 52 t 0
設(shè)備所有鋼材(其中工字鋼租賃) 12.8t
基礎(chǔ)硬化砼 40 m3 0
分配梁方木 16.4m3 8.4 m3
蓋梁支撐設(shè)備投入的資金 4.1萬元 2.7萬元
6、總結(jié)
通過上面的分析可知，抱箍法具有施工簡單，適應(yīng)性強，節(jié)省投資，施工周期短等優(yōu)點。由于其他支撐體系的優(yōu)點抱箍法都有，而其它支撐體系的缺點抱箍法幾乎都沒有。因此，抱箍法是值得大力推廣的蓋梁施工支撐體系。
其力學(xué)原理：是利用在墩柱上的適當(dāng)部位安裝抱箍并使之與墩柱夾緊產(chǎn)生的最大靜摩擦力，來克服臨時設(shè)施及蓋梁的重量。
抱箍法的關(guān)鍵是要確保抱箍與墩柱間有足夠的摩擦力，以安全地傳遞荷載。下面就此問題進行討論。
4．1 抱箍的結(jié)構(gòu)形式
抱箍的結(jié)構(gòu)形式涉及箍身的結(jié)構(gòu)形式和連接板上螺栓的排列。
4．1．1 箍身的結(jié)構(gòu)形式
抱箍安裝在墩柱上時必須與墩柱密貼，這是個基本要求。由于墩柱截面不可能絕對圓，各墩柱的不圓度是不同的，即使同一墩柱的不同截面其不圓度也千差萬別。因此，為適應(yīng)各種不圓度的墩身，抱箍的箍身宜采用不設(shè)環(huán)向加勁的柔性箍身，即用不設(shè)加勁板的鋼板作箍身。這樣，在施加預(yù)拉力時，由于箍身是柔性的，容易與墩柱密貼。
4．1．2 連接板上螺栓的排列
抱箍上的連接螺栓，其預(yù)拉力必須能夠保證抱箍與墩柱間的摩擦力能可靠地傳遞荷載。因此，要有足夠數(shù)量的螺栓來保證預(yù)拉力。如果單從連接板和箍身的受力來考慮，連接板上的螺栓在豎向上最好布置成一排。但這樣一來，箍身高度勢必較大。尤其是蓋梁荷載很大時，需要的螺栓較多，抱箍的高度將很大，將加大抱箍的投入，且過高的抱箍也會給施工帶來不便。因此，只要采用厚度足夠的連接板并為其設(shè)置必要的加勁板，一般均將連接板上的螺栓在豎向上布置成兩排。這樣做在技術(shù)上是可行的，實踐也證明是成功的。因此，抱箍采用如圖4所示的結(jié)構(gòu)形式。
4．2 連接螺栓數(shù)量的計算
抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力等于正壓力與摩擦系數(shù)的乘積，即F=f×N
式中 F－抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力；
N－抱箍與墩柱間的正壓力；
f－抱箍與墩柱間的靜摩擦系數(shù)。
而正壓力N與螺栓的預(yù)緊力是對平衡力，根據(jù)抱箍的結(jié)構(gòu)形式，假定每排螺栓個數(shù)為n，則螺栓總數(shù)為4 n，若每個螺栓預(yù)緊力為F1，則抱箍與墩柱間的總正壓力為N＝4×n×F1。
對于抱箍這樣的結(jié)構(gòu)，為減少螺栓個數(shù)，可采用材質(zhì)為45號鋼，直徑30mm的大直徑螺栓或M27高強度螺栓。但采用M27高強度螺栓有兩個缺點：一是高強度螺栓經(jīng)過一次加力松弛循環(huán)后一般不能再用，這與抱箍需多次重復(fù)使用的要求不相符；再次安裝抱箍時需更換新螺栓，加大了投入；二是市場上沒有M27高強度螺栓，必須到專門的廠家購買，不能滿足隨時更換的要求。因此，一般均采用材質(zhì)45號鋼的M30大直徑螺栓。每個螺栓的允許拉力為[F]＝As×[σ]
式中As —螺栓的橫截面積，As＝πd2/4
[σ]—鋼材允許應(yīng)力。對于45號鋼，[σ]＝2000kg/cm2。
于是，[F]＝[σ]πd2/4＝2.0×3.14×32/4=14.13 t；取F1＝14 t
鋼材與混凝土間的摩擦系數(shù)為0.3～0.4，取f＝0.3
抱箍與墩柱間的最大靜摩擦力為F＝f×N＝f×4×n×F1＝0.3×4×n×14=16.8n
若臨時設(shè)施及蓋梁重量為G，則每個抱箍承受的荷載為Q＝G／2。
取安全系數(shù)為λ＝2，則有Q＝F／λ即G／2＝16.8n/2；n=0.06×G
故可取n為整數(shù)。
可見，抱箍法從理論上是完全可行的。
4．3 抱箍法施工的注意事項
4．3．1 抱箍結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意的問題
（1）箍身應(yīng)有適當(dāng)強度和剛度，以傳遞拉力、摩擦力并支承上部結(jié)構(gòu)重量，可采用厚度為10mm～20mm的鋼板。
（2）由于抱箍連接板是直接承受螺栓拉力的構(gòu)件，要有足夠的強度和剛度，根據(jù)理論計算及實踐經(jīng)驗，以采用厚度為24mm～30mm的鋼板為宜。
（3）由于抱箍連接板上螺栓按雙排布置，外排螺栓施壓時對箍身產(chǎn)生較大的偏心力矩，對箍身傳力有不利影響，因此，螺栓布置應(yīng)盡可能緊湊，以剛好能滿足施工及傳力要求為宜。
（4）為加強抱箍連接板的剛度并可靠地傳遞螺栓拉力，在豎直方向上，每隔2～3排螺栓應(yīng)給連接板設(shè)置一加勁板。
4．3．2 施工中應(yīng)注意的問題
（1）抱箍與墩柱間的正壓力是由連接螺栓施加的，螺栓應(yīng)首先進行預(yù)緊，然后再用經(jīng)校驗過的帶響板手進行終擰。預(yù)緊及終擰順序均為先內(nèi)排后外排，以使各螺栓均勻受力并確保螺栓的拉力值。
（2）澆筑蓋梁混凝土?xí)r，由于抱箍受力后產(chǎn)生變形，螺栓的拉力值會發(fā)生變化。因此，在澆筑蓋梁的全過程中應(yīng)反復(fù)對螺栓進行復(fù)擰，即每澆筑一層混凝土均應(yīng)對螺栓復(fù)擰一次。
綜上所述，只要采取適當(dāng)措施，抱箍法是完全可行的。抱箍法有很多優(yōu)點，第一，抱箍法是臨時荷載及蓋梁重量直接傳給墩柱，對地基無任何要求；第二，抱箍的安裝高度可隨墩柱高度變化，不需要額外的調(diào)節(jié)底模高度的墊木或分配梁；第三，抱箍法適應(yīng)性強，不論水中岸上、有無系梁，只要是圓形墩柱就可采用；第四，抱箍法節(jié)省人力物力是顯而易見的，因此從經(jīng)濟上講是最合算的；第五，抱箍法不會破壞墩柱外觀，而且抱箍法施工時支架不存在非彈變形，不用進行預(yù)壓。
5、工程應(yīng)用
正在修建揚州西北繞城高速公路京杭運河特大橋西岸引橋墩柱直徑1.4m，中心距7.2m；蓋梁長12.0m，寬1.7m，高1.6m，混凝土量31.2m3，墩柱平均高8.0m；跨度30m，最大縱坡2％。引橋共48個墩柱，24個蓋梁。蓋梁施工共采用4套底模2套側(cè)模，共需4套支撐設(shè)備。最初擬定的方案為支架法。支架為滿堂支架，平均每個支架高8m，長14.4m，支架寬4.8m，經(jīng)計算得知，如用萬能桿件，每套支架需桿件約13T，橫向分配梁需方木約2 m3，縱向分配梁需方木為2.1m3；支架基| 表1 兩種施工方法材料及工期對比
對比內(nèi)容 施工方法
支架法 “抱箍”法
一個蓋梁施工周期 12 d 9 d
全部蓋梁支撐萬能桿件(租賃) 52 t 0
設(shè)備所有鋼材(其中工字鋼租賃) 12.8t
基礎(chǔ)硬化砼 40 m3 0
分配梁方木 16.4m3 8.4 m3
蓋梁支撐設(shè)備投入的資金 4.1萬元 2.7萬元
6、總結(jié)
通過上面的分析可知，抱箍法具有施工簡單，適應(yīng)性強，節(jié)省投資，施工周期短等優(yōu)點。由于其他支撐體系的優(yōu)點抱箍法都有，而其它支撐體系的缺點抱箍法幾乎都沒有。因此，抱箍法是值得大力推廣的蓋梁施工支撐體系。
