禤 亮 高國順

沙河大橋墩柱高且有部分處于水中,蓋梁施工難度較大。因抱箍法較其他施工方法具有施工簡單,適應性強,不破壞立柱及模板,受力均勻性好,節(jié)省投資,施工周期短等優(yōu)點,擬采用其作為支撐體系。但在施工前須進行結構設計、受力分析和驗算,以確保抱箍支撐體系在蓋梁施工過程中具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。

1 工程概況

K72+535沙河大橋起點樁號為K72+292.24,終點樁號為K72+777.76,橋長485.52 m,交角為90°。下部構造采用柱式墩或肋臺,鉆孔灌注樁,上部構造為24 m×20 m預應力空心板梁。沙河大橋有46片蓋梁,蓋梁尺寸為1 269 cm×150 cm×130 cm。

2 抱箍法支撐結構設計及所用材料

抱箍采用兩塊半圓弧形鋼板(板厚δ=20 mm)制成,抱箍高0.4 cm,用16根M27的高強螺栓連接。抱箍緊箍在墩柱上產(chǎn)生摩擦力提供上部結構的支撐反力,是主要的支撐受力結構。兩根長12 m 40a工字鋼作縱梁,之間用法蘭螺桿夾緊立柱。抱箍作為縱梁的底支撐?？v梁上面鋪設單根長2.6 m 14工字鋼作橫梁(墩柱外側各設3根,兩墩柱之間設置7根)。

3 抱箍法受力分析

蓋梁施工過程中在不考慮風力的影響下抱箍法支撐體系主要所受荷載為:蓋梁鋼筋混凝土重量、模板、縱梁、橫梁自重、施工人員、機具重量、振搗混凝土產(chǎn)生的荷載、混凝土澆筑產(chǎn)生的沖擊荷載。

4 抱箍法支撐體系驗算

4.1 荷載計算

總長 L=12.69 m,40a工字鋼懸臂 L1=2.6 m,墩柱凈距L2=5.6 m。

1)蓋梁混凝土重量:q1=23×26=598 kN。

2)模板、支架自重。

a.蓋梁兩側各設置一根40a工字鋼作為施工縱梁,長12 m。

b.縱梁上鋪設14工字鋼作為施工橫梁,每根長2.6 m,墩柱外側各設3根,兩墩柱之間設置7根。

c.方木上鋪設蓋梁定型鋼模板,荷載按1.5 kN/m2計算,定型鋼模板為51.93 m2。

3)施工人員、機具重量,查《路橋施工計算手冊》荷載按2.5 kN/m2計算。

4)查《路橋施工計算手冊》振搗混凝土產(chǎn)生的荷載為2 kN/m2,混凝土澆筑產(chǎn)生的沖擊荷載為2 kN/m2。

5)荷載分項系數(shù):靜荷載為1.2,活荷載為 1.4。

4.2 橫梁、縱梁及抱箍驗算

4.2.1 橫梁驗算

橫梁受力簡圖見圖1。

14工字鋼的截面矩 w=102 cm3,慣性矩 I=712 cm4,彈性模量 E=2.1×105N/mm2。

作用于橫梁上的荷載:

Q橫=[(q1+q3+q4+q5)×1.2+q6×1.4]/(12×1.5)=54.5 kN/m2。

間距按0.9 m計算,橫梁所受荷載 q橫=54.5×0.9=49.1 kN/m。

彎矩 M=1/2×q橫×L3×x×[(1-a/x)×(1+2a/L3)-x/L3]。

其中,a=0.15 m,L3=1.2 m,當 x=1.1 m時彎矩、撓度最大,M=5.3 kN?m。

應力 σ=M/w=5.3×103/102=52.0 MPa＜[σ]=215 MPa。

14工字鋼作橫梁滿足施工要求。

4.2.2 縱梁驗算

主梁受力簡圖見圖2。

40a工字鋼的截面矩 w=1 090 cm3,慣性矩 I=21 720 cm4,彈性模量 E=2.1×105N/mm2。

作用于縱梁上的荷載:

縱梁間距按1.5 m計算,縱梁所受荷載 q主=55.6×1.5=83.4 kN/m。

彎矩 M=1/2×q主×L4×x×[(1-a/x)×(1+2a/L4)-x/L4]。

其中,a=2.6 m,L4=6.8 m,當 x=a+L4/2=2.6+6.8/2=6 m時彎矩、撓度最大,彎矩 M=1/2×83.4×6.8×6×[(1-2.6/6)×(1+5.2/6.8)-6/6.8]=200.2 kN?m。

應力 σ=M/w=200.2×103/1 090=183.7 MPa＜[σ]=215 MPa。

12 m長40a工字鋼作縱梁能滿足施工要求。

4.2.3 抱箍驗算

1)抱箍承載力計算。

a.荷載計算。

每個蓋梁按墩柱設2個抱箍體支撐上部荷載,由上面的計算可知:

支座反力 RA=RB=[(q1+q2+q3+q4+q5)×1.2+q6×1.4]/2=[(598+16.224+5.7+77.9+47.6)×1.2+76.1×1.4]/2=500.4 kN。

該值即為抱箍體需產(chǎn)生的摩擦力。

b.抱箍受力計算。

抱箍體需承受的豎向壓力N=RA=500.4 kN。

抱箍所受的豎向壓力由M27的高強螺栓的抗剪力產(chǎn)生,查《鋼結構高強度螺栓連接的設計、施工及驗收規(guī)程》:

M27螺栓的允許承載力:

螺栓數(shù)目按m=16計算:

則每個高強螺栓提供的抗剪力:

16個M27高強螺栓能承擔所要求的荷載。

混凝土與鋼抱箍之間的摩擦系數(shù)取μ=0.3計算。

抱箍產(chǎn)生的壓力 Pb=N/μ=500.4/0.3=1 668 kN,由高強螺栓承擔。

則:N′=Pb=1 668 kN。

抱箍的壓力由16個M27高強螺栓的拉力產(chǎn)生,即每個螺栓拉力為:

其中,N′為軸心力;n1為所有螺栓數(shù)目,取16個;n為一端螺栓φ數(shù)目,取8個;A為φ 27高強螺栓截面面積,A=5.73 cm2。

故M27高強螺栓滿足強度要求。

由螺帽壓力產(chǎn)生的反力矩 M1=μ1N1×L1。

其中,μ1為鋼與鋼之間的摩擦系數(shù),μ1=0.15;Li為力臂,L1=0.018 m。

M2為螺栓爬升角產(chǎn)生的反力矩,升角為10°。

其中,力臂 L2=0.012 m。

所以要求螺栓的扭緊力矩 M≥68.2 kg?m。

抱箍鋼帶對墩柱的壓應力計算。

壓應力公式:σ1μ BπD=KG。

其中,μ為摩擦系數(shù),μ=0.3;B為鋼帶寬度,B=400 mm;D為墩柱直徑,D=1 200 mm;G為牛腿受到的設計荷載;K為荷載安全系數(shù),靜荷載為1.2,活荷載為1.4;[σ]為墩柱混凝土抗壓強度容許值不大于0.8。本橋梁墩柱為C30混凝土:

鋼帶握緊墩柱不致于壓碎混凝土。

2)抱箍體的應力計算。

a.抱箍壁受拉產(chǎn)生拉應力。

拉力P1=8N1=8×104.3=834.4 kN。

抱箍壁采用面板δ=20 mm的鋼板,抱箍高度為0.4 m。

則抱箍壁的縱向截面面積:S1=0.02×0.4=0.008 m2。

滿足設計要求。

b.抱箍體剪應力。

根據(jù)第四強度理論:

抱箍體滿足強度要求。

結論:按照以上布置的14工字鋼橫梁、抱箍、2根12 m長40a工字鋼縱梁均能滿足要求。

5 結語

橋梁蓋梁采用抱箍法支撐體系施工是當前蓋梁施工方法中較為先進的一種。其施工方便,鋼抱箍可以人工自由提升,不破壞立柱及模板等優(yōu)點得到了廣泛的認同,但在抱箍施工前一定要做好抱箍法支撐體系的結構設計、受力分析和驗算,并充分考慮施工中所受各種荷載對支撐體系的影響,這樣才能確保蓋梁施工質量、安全目標的實現(xiàn)。

[1] 劉 薇,徐發(fā)祥,張云蓮.某高架橋現(xiàn)澆箱梁模板支撐體系的設計驗算[J].山西建筑,2008,34(6):304-305.

[2] JTJ 041-2000,橋涵施工技術規(guī)范[S].