蓋梁施工抱箍支撐技術力學分析與應用

龔小倞

摘要：本文簡要闡述了抱箍法的基本原理，并結合微積分的數學思路分析了蓋梁施工抱箍支撐系統的受力情況，介紹了抱箍支撐的施工工藝、控制標準和應用效果，總結了抱箍支撐技術應用中的注意事項，對類似工程的力學分析和同類工程的施工具有一定借鑒意義。

Abstract： This paper briefly describes the basic principle of hoop method， and combined with the mathematical ideas of calculus， analyzes the stress of the hoop support system in coping construction， introduces the construction technology of hoop support， control standard and application effect， summarizes the matters needing attention， which have certain reference value for mechanical analysis of similar engineering and similar engineering construction.

關鍵詞：蓋梁；抱箍法；受力分析

Key words： cap beam；hoop method；stress analysis

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）19-0143-03

0 引言

橋梁蓋梁施工支撐系統一直是橋梁施工中的一個關鍵點，其方案是否合理、設計是否科學不僅直接關系到橋梁的安全和質量，而且還影響到工期和成本。當前國內常用的支撐方法有穿插鋼棒法、支架法和抱箍法，三者各有優劣，本文將結合工程實踐對抱箍法進行重點分析。

1 工程概況

安康至平利高速公路AP-8標段，起止里程為YK35+296～YK37+887，路線全長2.592km，標段內有4座預應力混凝土分體箱梁橋，分別為段家河大橋（1#、2#）22×25m、馬咀大橋（1#、2#）15×40m，單幅合計2300m，其中圓柱式橋墩86個，最高墩身32m，大部分計劃采用抱箍法施工，個別墩采用支架法。

2 抱箍法基本原理及優勢比較

2.1 力學原理

利用抱箍與墩身混凝土之間產生的靜摩擦力來承載蓋梁施工，抱箍法的關鍵是要確保抱箍與混凝土墩身之間產生足夠的摩擦力，以實現上部荷載的安全地傳遞。

2.2 優勢比較

相比于穿插鋼棒法和支架法，抱箍法有如下優勢：一是不受地基因素影響，免去了支架法對地基承載力的要求。二是適用于各種高度的墩身，特別是在高墩施工中相對支架法優勢更加明顯。三是對墩身不造成任何破壞，克服了穿插鋼棒法預留孔洞對墩柱受力性能和外觀的影響。四是施工方便，既無需處理預留孔洞，也不需要搭設大量腳手架。

3 擬確定的抱箍結構形式

抱箍的結構形式主要包括箍身的結構和連接板上螺栓的排列。為了便于施工，經過比較，項目部決定采用兩塊厚度為12.5mm的半圓形柔性鋼板做箍身，箍身高度為0.8m，抱箍采用M24高強螺栓連接，連接板焊接處增設三道加勁板，以提高抱箍的整體受力性能。為了提高墩柱與抱箍之間的摩擦力，同時保護好墩身混凝土面，在抱箍與墩身之間加設一層2mm厚橡膠墊，其結構圖圖1，圖2所示。

4 抱箍受力分析

4.1 荷載計算

抱箍法施工時上部荷載主要包括蓋梁砼自重、模板自重、施工荷載與其他荷載。其中，蓋梁砼自重（以最大蓋梁為標準計算）：G1=33.4m3×23kN/m3=759kN；模板自重：G2=82.6kN；施工荷載與其他荷載：G3=25kN。

上部總荷載：G=G1+G2+G3=866.6kN

4.2 正應力分析

單個抱箍承受的支座反力為433.3kN，即每個抱箍與墩身混凝土至少要產生433.3kN的摩擦力才能滿足承載力要求。由摩擦力計算公式由f=μN（μ為摩擦系數，經實測約為0.22）可知抱箍對墩身的正壓力至少應該為：N=f/μ=433.3kN÷0.22=1969kN。

4.3 抱箍受力分析

抱箍對墩身混凝土產生的正壓力其大小取決于連接螺栓承受的拉應力。由于抱箍受到混凝土約束，因此其受力可視為一個不易變形的剛體。由于力的相互作用，抱箍對墩身產生的正壓力即為墩身對抱箍的作用力，因此抱箍的整體受力如圖3所示，可見抱箍的總體外部受力在任意方向上是相互抵消的，但這種平衡需要通過箍身的內部拉應力來進行傳遞和完成。

假設箍身單位面積受到的力為P，則箍身總體受力為：N=P×S=P×2πR×0.8=1.6πRP=正壓力。

4.4 螺栓受力分析

箍身對混凝土的正壓力是由螺栓對箍身施加的拉力實現的，螺栓越緊，拉力越大，正壓力也就越大。螺栓是整個受力系統中的最薄弱環節，現以抱箍單側1/4圓環（AB部分）進行受力分析（如圖4所示），顯然其受到的應力合力在X軸方向是通過連接螺栓來承受的，即T=f1+f2+…+ fn+…+f+∞=∑fn。

現假設箍身任意豎向微段長度dx范圍內受到的合力為dF，即將箍身受力在AB弧長范圍內（0，πR/2）進行微分，則dF=dx×0.8×P，其在x軸方向上的分力為df=dF×cosα=dF×cos（L/R），L為α角對應的弧長。

由于抱箍每側均由8個M24高強螺栓（容許拉應力值為225kN）連接，螺栓需同時承受軸向拉力和上部荷載的豎向剪力作用。

軸向抗拉驗算：當螺栓在傳遞拉應力的時候，以第一排螺栓收到的拉應力最大，為最不利狀態，現假設由第一排螺栓承擔全部應力，則單個螺栓的拉應力為：N/（8π）=1969kN/（8π）=78.4kN<225kN。即當對螺栓施加的預應力達到78.4kN時即可產生足夠的正應力承受上部荷載。

豎向剪力驗算：蓋梁施工上部荷載基本是由32個螺栓（2個抱箍）平均分擔，因此單個螺栓受到的剪力為：G/32=866.6kN/32=27.1kN。M24高強螺栓抗剪容許值為：[NL]=（225kN×0.3×1）/1.7=39.7kN>27.1kN（其中0.3為摩擦系數，1為傳力接觸面，1.7為安全系數）。

從上述受力分析可以看出當前擬采用的抱箍構造能夠滿足施工要求。

5 抱箍支撐技術應用

通過分析、驗算后，安平高速AP-8標項目大部分圓柱式墩都采用了抱箍支撐技術進行蓋梁施工，有效縮短了施工時間，取得了良好效果。

5.1 施工工藝

測量放線→安裝鋼抱箍→預壓進行抱箍承載力試驗（第一次）→安裝托梁→鋪設底模→復核底模→測定軸線→綁扎蓋梁鋼筋→立側模→澆筑混凝土→養護→拆除抱箍。

5.2 抱箍安裝

抱箍安裝前應先在墩柱上確定準確位置，可用蓋梁底設計標高減去支撐體系到抱箍頂面的施工高度，再加上預壓抱箍沉降值，即可得到安裝時抱箍頂面標高，在墩柱上標出抱箍頂面高程線。抱箍吊裝時要安排專人穩定抱箍，防止來回晃動擦傷墩身混凝土。經現場總結，抱箍安裝偏差最好控制在表1所示范圍內。

5.3 對兩種支撐方式蓋梁施工耗時及外觀質量的對比統計（表2）。

6 抱箍施工中應該注意的問題

①抱箍施工螺栓是關鍵，安裝螺栓不宜一次擰緊，應先進行預緊，然后用帶響扳手進行終擰，施工前扳手需進行校驗。②擰螺栓的順序為先內排后外排，對稱重復進行，各個螺栓受力要均勻。螺栓擰緊后必須用測力扳手進行檢測，確保每個螺栓有足夠的預緊力。③蓋梁混凝土澆筑時，由于抱箍受力會產生變形，螺栓的受力也隨之發生變化，因此施工過程中每澆筑一層混凝土均應復擰一次。④每次安裝抱箍前都要仔細檢查抱箍的變形情況、焊縫的嚴密情況、螺栓的磨損情況等，嚴禁“帶病”作業。⑤混凝土澆筑前需再次對抱箍進行檢查，并用測力扳手對螺栓受拉力進行檢測。⑥混凝土澆筑時應安排測量人員對抱箍的變形和沉降進行全過程觀測，如發現異常，應立即停止施工，查明原因并加固后方可繼續進行。

7 結束語

抱箍法不受地基、水文、墩高等因素影響，適用性強，施工方便，周轉快速，可用于各種圓柱形橋墩的蓋梁施工，支撐體系幾乎沒有缺點，具有良好的推廣應用價值。

參考文獻：

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