摘 要：高樁碼頭作為碼頭的一種主要結(jié)構(gòu)形式，在施工中經(jīng)常遇到，鋼抱箍是高樁碼頭、橋梁等工程中常用的一種結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件，特別適用于樁基為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC樁），上部現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工的支撐系統(tǒng)。文中介紹了鋼抱箍在高樁碼頭施工中的應(yīng)用，為類似工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼抱箍；高樁碼頭；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；

中圖分類號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件，特別適用于樁基為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC樁）時(shí)，上部現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工的支撐系統(tǒng)。它是利用擰緊高強(qiáng)連接螺栓在鋼抱箍和被抱箍體之間產(chǎn)生的壓力以及摩擦力來(lái)承受上部荷載的。它具有裝拆簡(jiǎn)便、不留痕跡、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。

一、鋼抱箍的應(yīng)用需求

現(xiàn)階段高樁碼頭以其工程造價(jià)低、工期短逐漸成為碼頭結(jié)構(gòu)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(tǒng)高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)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(shí)承重的施工結(jié)構(gòu)，這在一定程度上破壞了鋼管樁的原有防腐涂層，由于已經(jīng)破壞的鋼管樁防腐涂層在施工現(xiàn)場(chǎng)難以復(fù)原，故施工后牛腿割除位置的鋼管樁使用壽命必定會(huì)縮短。隨著施工技術(shù)的不斷革新，鋼抱箍逐漸成為了臨時(shí)承重的施工結(jié)構(gòu)的新寵。

二、鋼抱箍結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

鋼抱箍由兩塊鋼板彎成兩個(gè)半圓箍拼裝而成。半圓箍連接處，設(shè)置剛度足夠大的豎向聯(lián)接件，并用高強(qiáng)螺栓連接，連接的聯(lián)接件間留3～5cm間隙；兩個(gè)半圓箍中間位置，設(shè)“П”型鋼牛腿，作為支撐上部荷載的支座；鋼抱箍?jī)?nèi)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(hù)了被抱箍體的外表面。鋼抱箍高度為H，內(nèi)徑為r，板厚為b3；牛腿高度為h，寬度為B，長(zhǎng)度為L(zhǎng)。

三、綱抱箍設(shè)計(jì)制作

（一）鋼抱箍的工作原理

在連接處的高強(qiáng)螺栓上施加預(yù)拉力T，則抱箍自身有了水平環(huán)向拉力T，這個(gè)環(huán)向拉力伴生了對(duì)管樁表面的正壓力N。當(dāng)在牛腿上施加豎直向下的外荷載KP后，正壓力N即產(chǎn)生了平衡外部荷載的摩阻力F。

（二）抱箍設(shè)計(jì)思路

抱箍的設(shè)計(jì)應(yīng)以自重盡量輕，高度盡量矮為原則，這樣有利于現(xiàn)場(chǎng)人工安裝，提高施工工效。鋼抱箍的設(shè)計(jì)即為通過(guò)鋼抱箍在外部偏心荷載KP作用的工況下，推導(dǎo)預(yù)拉力T（即水平環(huán)向拉力T）、正壓力N、摩阻力F的關(guān)系式，分析計(jì)算在偏心荷載作用下鋼抱箍在豎直面上的應(yīng)力t的個(gè)參數(shù)，確定連接處高強(qiáng)螺栓的個(gè)數(shù)、布置以及需要施加的預(yù)拉力值，分析在鋼抱箍設(shè)計(jì)與施工中的需要注意的問題。

（三）受力驗(yàn)算

抱箍的受力原理是利用抱箍與樁接觸面產(chǎn)生的最大靜摩擦力來(lái)克服上部傳遞下來(lái)的荷載，抱箍的受力驗(yàn)算主要是對(duì)箍身鋼板的內(nèi)應(yīng)力驗(yàn)算、連接螺栓的的抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算及抱箍焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算。

1、荷載計(jì)算

下面以北海某高樁碼頭現(xiàn)澆系纜墩為例進(jìn)行荷載驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)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(shè)置。整個(gè)抱箍分對(duì)稱的兩個(gè)半圓，抱箍?jī)?nèi)徑1000mm，高300mm，厚12mm，連接板300×300mm，板厚12mm，連接板在外側(cè)加焊加勁板，抱箍之間由10個(gè)10.9級(jí)M30螺栓連接，另外2個(gè)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(hù)筒之間墊以5mm橡膠皮。抱箍構(gòu)造圖如下：

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

（1）螺栓數(shù)目計(jì)算及強(qiáng)度驗(yàn)算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）》，螺栓數(shù)目通過(guò)計(jì)算螺栓抵抗剪應(yīng)力確定。

M30螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值：

式中：P—高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力，取355KN；

μ—摩擦系數(shù)取0.3；

—傳力摩擦面數(shù)目，取1；

則：

螺栓數(shù)目n計(jì)算

個(gè)，取10個(gè)。

螺栓所承受的剪力：

螺栓軸向拉力：

抱箍與鋼護(hù)筒之間墊以橡膠皮或剎車皮后摩擦力系數(shù)取μ=0.5計(jì)算。

抱箍產(chǎn)生的壓力，由高強(qiáng)螺栓承擔(dān)，則：

（2）螺栓力矩計(jì)算

每條螺栓所受的拉力為

1）由螺帽壓力產(chǎn)生的反力矩

u1=0.15鋼與鋼之間的摩擦系數(shù)，。

所以

螺栓爬升角產(chǎn)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(yàn)算

連接板與抱箍面板采用對(duì)接焊縫，連接板長(zhǎng)。

焊縫截面幾何特征：，，，

，

。

焊縫最大內(nèi)應(yīng)力：

，滿足要求。

，滿足要求。

折算應(yīng)力：

，滿足要求。

（4）牛腿焊縫驗(yàn)算

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

（5）母材強(qiáng)度驗(yàn)算

抱箍面板采用Q235鋼。

拉應(yīng)力，滿足要求。

剪應(yīng)力，滿足要求。

2、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在抱箍加工完第一個(gè)時(shí)，要對(duì)抱箍進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以檢驗(yàn)抱箍加工精度以及實(shí)際承受荷載的能力。為盡量模擬現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，試驗(yàn)過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)：

（1）試驗(yàn)用樁頭應(yīng)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(hù)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(cè)量抱箍頂至樁頂間距離一次，以檢驗(yàn)抱箍是否發(fā)生位移，也可以用百分表精確測(cè)量；

（5）加載時(shí)保持兩臺(tái)千斤頂要同步加載。

四、鋼抱箍安裝過(guò)程控制要點(diǎn)

（一）抱箍安裝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、控制好抱箍安裝標(biāo)高；

2、安裝前在樁上裹一層麻布片；

3、設(shè)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(shè)定值是否正確，在螺栓擰緊時(shí)嚴(yán)格按設(shè)定扭矩控制，不得欠擰或超擰。

（二）鋼抱箍使用時(shí)注意事項(xiàng)

1、每個(gè)抱箍邊敲邊擰緊螺桿，專人復(fù)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(nèi)側(cè)、沿口的毛刺都要打磨過(guò)，防止發(fā)生虛緊；

4、在澆混凝土?xí)r全程觀測(cè)不同荷載的抱箍。

五、結(jié)束語(yǔ)

采用鋼抱箍作為懸空柱形上部結(jié)構(gòu)的施工方法，施工方便，使用周轉(zhuǎn)材料少，功效高，現(xiàn)場(chǎng)易于清理，材料不易丟失，易于現(xiàn)場(chǎng)管理，能有效提高施工質(zhì)量和進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)效益明顯。鋼抱箍法在高樁碼頭現(xiàn)澆上部結(jié)構(gòu)、鋼管樁夾樁、橋梁蓋梁施工等工程施工中具有較高應(yīng)用價(jià)值，特別是在PHC高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆工程或圓柱形上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆工程施工過(guò)程中更能顯示出其優(yōu)越性。

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