鋼抱箍在高樁碼頭工程中的設計與應用

摘 要：高樁碼頭作為碼頭的一種主要結構形式，在施工中經常遇到，鋼抱箍是高樁碼頭、橋梁等工程中常用的一種結構支撐構件，特別適用于樁基為預應力混凝土管樁（PHC樁），上部現澆混凝土結構施工的支撐系統。文中介紹了鋼抱箍在高樁碼頭施工中的應用，為類似工程施工提供參考。

關鍵詞：鋼抱箍；高樁碼頭；設計；應用；

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-12-00-02

鋼抱箍是高樁碼頭、橋梁等工程中常用的一種結構支撐構件，特別適用于樁基為預應力混凝土管樁（PHC樁）時，上部現澆混凝土結構施工的支撐系統。它是利用擰緊高強連接螺栓在鋼抱箍和被抱箍體之間產生的壓力以及摩擦力來承受上部荷載的。它具有裝拆簡便、不留痕跡、可重復使用等特點。

一、鋼抱箍的應用需求

現階段高樁碼頭以其工程造價低、工期短逐漸成為碼頭結構的主要形式。高樁碼頭樁基主要包括鋼管樁和PHC樁兩種型式，傳統高樁碼頭上部結構現澆鋼筋混凝土施工一般在鋼管樁外壁焊接鋼制牛腿作為臨時承重的施工結構，這在一定程度上破壞了鋼管樁的原有防腐涂層，由于已經破壞的鋼管樁防腐涂層在施工現場難以復原，故施工后牛腿割除位置的鋼管樁使用壽命必定會縮短。隨著施工技術的不斷革新，鋼抱箍逐漸成為了臨時承重的施工結構的新寵。

二、鋼抱箍結構的構造

鋼抱箍由兩塊鋼板彎成兩個半圓箍拼裝而成。半圓箍連接處，設置剛度足夠大的豎向聯接件，并用高強螺栓連接，連接的聯接件間留3～5cm間隙；兩個半圓箍中間位置，設“П”型鋼牛腿，作為支撐上部荷載的支座；鋼抱箍內面粘貼厚5mm左右的橡膠墊，它既增大了接觸面間的摩阻力，也保護了被抱箍體的外表面。鋼抱箍高度為H，內徑為r，板厚為b3；牛腿高度為h，寬度為B，長度為L。

三、綱抱箍設計制作

（一）鋼抱箍的工作原理

在連接處的高強螺栓上施加預拉力T，則抱箍自身有了水平環向拉力T，這個環向拉力伴生了對管樁表面的正壓力N。當在牛腿上施加豎直向下的外荷載KP后，正壓力N即產生了平衡外部荷載的摩阻力F。

（二）抱箍設計思路

抱箍的設計應以自重盡量輕，高度盡量矮為原則，這樣有利于現場人工安裝，提高施工工效。鋼抱箍的設計即為通過鋼抱箍在外部偏心荷載KP作用的工況下，推導預拉力T（即水平環向拉力T）、正壓力N、摩阻力F的關系式，分析計算在偏心荷載作用下鋼抱箍在豎直面上的應力t的個參數，確定連接處高強螺栓的個數、布置以及需要施加的預拉力值，分析在鋼抱箍設計與施工中的需要注意的問題。

（三）受力驗算

抱箍的受力原理是利用抱箍與樁接觸面產生的最大靜摩擦力來克服上部傳遞下來的荷載，抱箍的受力驗算主要是對箍身鋼板的內應力驗算、連接螺栓的的抗拉強度驗算及抱箍焊縫強度驗算。

1、荷載計算

下面以北海某高樁碼頭現澆系纜墩為例進行荷載驗算，結構尺寸9m×9m×2m，澆筑分層1m。該抱箍為鋼板抱箍，材料使用Q235鋼，抱箍沿豎向每根管樁單層設置。整個抱箍分對稱的兩個半圓，抱箍內徑1000mm，高300mm，厚12mm，連接板300×300mm，板厚12mm，連接板在外側加焊加勁板，抱箍之間由10個10.9級M30螺栓連接，另外2個螺栓備用。為保證抱箍與管樁密貼，并增加摩擦力，在抱箍與鋼護筒之間墊以5mm橡膠皮。抱箍構造圖如下：

抱箍所受荷載主要包括：系纜墩砼自重；側模及底模自重；施工荷載；抱箍自重。每個抱箍所受荷載為：453.05KN。

（1）螺栓數目計算及強度驗算

根據《鋼結構設計規范（GB50017-2003）》，螺栓數目通過計算螺栓抵抗剪應力確定。

M30螺栓受剪承載力設計值：

式中：P—高強螺栓的預拉力，取355KN；

μ—摩擦系數取0.3；

—傳力摩擦面數目，取1；

則：

螺栓數目n計算

個，取10個。

螺栓所承受的剪力：

螺栓軸向拉力：

抱箍與鋼護筒之間墊以橡膠皮或剎車皮后摩擦力系數取μ=0.5計算。

抱箍產生的壓力，由高強螺栓承擔，則：

（2）螺栓力矩計算

每條螺栓所受的拉力為

1）由螺帽壓力產生的反力矩

u1=0.15鋼與鋼之間的摩擦系數，。

所以

螺栓爬升角產生的反力矩為M2，升角為10°，

M2=μ1×Ntcos10°×+Ntsin10°×

所以M=M1+M2=0.78

即要求螺栓的扭緊力矩M≥78kg·m。

（3）連接板焊縫驗算

連接板與抱箍面板采用對接焊縫，連接板長。

焊縫截面幾何特征：，，，

，

。

焊縫最大內應力：

，滿足要求。

，滿足要求。

折算應力：

，滿足要求。

（4）牛腿焊縫驗算

鋼抱箍牛腿與抱箍面板采用對接焊接，焊縫長度300mm，焊縫厚度8mm。焊縫截面幾何特性同連接板，因此焊縫強度也滿足要求。

（5）母材強度驗算

抱箍面板采用Q235鋼。

拉應力，滿足要求。

剪應力，滿足要求。

2、現場試驗

在抱箍加工完第一個時，要對抱箍進行現場試驗，以檢驗抱箍加工精度以及實際承受荷載的能力。為盡量模擬現場施工環境，試驗過程中要注意以下幾點：

（1）試驗用樁頭應帶防腐涂層；

（2）抱箍與樁之間墊一層麻布片并用海水濕透.麻布片的主要作用是：①保護樁表面涂層；②增大抱箍與樁間摩擦；③填充抱箍與樁間空隙，增大接觸面。

（3）采用扭矩扳手控制螺栓扭矩；

（4）加載前后各測量抱箍頂至樁頂間距離一次，以檢驗抱箍是否發生位移，也可以用百分表精確測量；

（5）加載時保持兩臺千斤頂要同步加載。

四、鋼抱箍安裝過程控制要點

（一）抱箍安裝時應注意以下幾點：

1、控制好抱箍安裝標高；

2、安裝前在樁上裹一層麻布片；

3、設定好扭矩扳手扭矩控制值，并且每次開始使用扭矩扳手前檢查扭矩設定值是否正確，在螺栓擰緊時嚴格按設定扭矩控制，不得欠擰或超擰。

（二）鋼抱箍使用時注意事項

1、每個抱箍邊敲邊擰緊螺桿，專人復查擰緊是否到位：

2、回收利用之前，一定要整修完好；

3、所有的抱箍在投入使用前，內側、沿口的毛刺都要打磨過，防止發生虛緊；

4、在澆混凝土時全程觀測不同荷載的抱箍。

五、結束語

采用鋼抱箍作為懸空柱形上部結構的施工方法，施工方便，使用周轉材料少，功效高，現場易于清理，材料不易丟失，易于現場管理，能有效提高施工質量和進度，經濟效益明顯。鋼抱箍法在高樁碼頭現澆上部結構、鋼管樁夾樁、橋梁蓋梁施工等工程施工中具有較高應用價值，特別是在PHC高樁碼頭上部結構現澆工程或圓柱形上部結構現澆工程施工過程中更能顯示出其優越性。

參考文獻：

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