熊凱

（中交二航局成都城市建設工程有限公司，四川成都610218）

0 引言

抱箍支架作為一種圓柱墩經常使用的支架結構，在城市橋梁建設中不斷得到認可和使用。但抱箍支架的設計及施工仍然存在諸多問題，如何正確認識抱箍支架的設計理念與施工技術，仍需要工程技術人員在實踐中不斷總結，以求更加安全經濟地設計及使用該類型的支架結構。

1 工程概況

天府農博園金馬河大橋位于四川省成都市，橋梁長度700m，分左右幅設計，幅寬均為20m，橋梁上部結構采用預應力混凝土簡支小箱梁，跨徑為40m。橋梁下部基礎采用排樁地系梁結構，單幅單排設置4 根鉆孔樁，樁徑2.0m，樁長25～35m 不等，樁頂設貫通系梁，每根樁上接直徑1.8m 的實心圓柱墩，墩頂設置一字型蓋梁，蓋梁高1.6m，寬2.5m，長20.518m，單根蓋梁混凝土80.47m3。

2 抱箍支架結構設計

2.1 抱箍支架設計的要點

抱箍支架設計主要考慮以下因素：

其一，抱箍通過與墩柱的靜摩擦傳力，因此要確定墩柱與抱箍鋼帶之間的摩擦系數。在參照相關規(guī)范、實例進行取值設計后，要通過荷載試驗對摩擦系數進行驗證。

其二，抱箍以上的荷載通過抱箍牛腿及抱箍鋼帶傳遞到墩柱上，對牛腿的設計要考慮強度與剛度的要求，控制牛腿的變形量，否則將引起支架失穩(wěn)。

其三，抱箍通過螺栓的預緊力形成對墩柱的壓應力，進而產生摩擦力。需要保證螺栓群的壓應力能夠有效通過抱箍鋼帶傳遞到墩柱上，因此兩塊抱箍半圓弧鋼帶在受力狀態(tài)時，螺栓連接面板應有一定的間隙。

其四，抱箍鋼帶應滿足強度、剛度的要求，但又需要有適宜的變形能力，以使抱箍在受力變形后能盡可能與墩柱貼合緊密，保證摩擦力能夠有效傳遞，即抱箍鋼帶在滿足受力要求下，板厚不宜太厚。

2.2 抱箍支架結構的組成

抱箍結構采用兩塊板厚為12mm 的半圓弧型鋼板制作，抱箍高50cm，采用24 根M24×110mm、性能等級為8.8S 級的高強度大六角頭螺栓連接，每端12 根，按4×3 陣列布置。牛腿腹板厚度為20mm，水平翼緣板上下面各1 道，厚度20mm，中間增設1 道加勁板，厚度20mm。抱箍截面圖如圖1所示。

圖1 抱箍截面圖

抱箍直徑1.8m。卸荷砂箱采用壁厚2cm、直徑Φ 24cm 及Φ33cm 鋼管，20mm 厚鋼板制作。主橫梁在墩柱兩側各布置一根50a 工字鋼，采用螺桿對拉靠緊墩柱，防止傾倒。型鋼與混凝土接觸點采用木楔隔離保護混凝土面。

分配梁為14 號工字鋼，間距30cm，分配梁上鋪設蓋梁組合鋼底模。蓋梁支架立面圖如圖2所示，平面圖如圖3所示。

圖2 蓋梁支架立面圖

圖3 蓋梁支架平面圖

2.3 結構受力分析

抱箍支架上部荷載通過底模板及分配梁傳遞到主承重梁上，然后再通過卸荷砂箱傳遞到抱箍牛腿上，最后通過抱箍與墩柱的摩擦力將所有荷載傳遞到墩柱上。

蓋梁鋼筋混凝土自重取26kN/m3，支架模板自重216kN，施工人員及設備荷載3kN/2，結構重要性系數γ0取1.1，可變荷載調整系數γL取1，施工平臺寬度5.5m，長度22.92m，墩柱混凝土強度等級為C40。

根據建筑結構荷載規(guī)范，將結構自重看作永久荷載，分項系數取1.35；將施工人員及設備荷載看作可變荷載，分項系數取1.4；按照承載能力極限狀態(tài)計算荷載的基本組合：

抱箍承受總荷載G=1.1×[（26×80.47+216）×1.35+3×22.92×5.5×1.4]=4010.104kN

單個抱箍承受荷載G0=4010.104/4=1002.526kN

2.3.1 單層抱箍鋼帶對墩柱的壓應力

抱箍承受荷載由抱箍與墩柱的摩擦力提供，鋼帶與混凝土的摩擦系數取0.35，根據受力平衡關系可得出抱箍對墩柱的壓力產生的摩擦力等于抱箍承受的荷載。

式（1）中：σ1為抱箍對墩柱的壓應力；μ 為抱箍鋼帶與墩柱混凝土的摩擦系數，取0.35；B 為抱箍高度，取500mm；D 為墩柱直徑，取1800mm。

由此計算出：

σ1=G0/(μπBD)=1002.526×103/(0.35×3.14×500×1800)=1.014N/mm2≤fc=19.1N/mm2，fc為混凝土軸心抗壓強度設計值。

2.3.2 單層抱箍鋼帶內應力

抱箍鋼帶受到墩柱相應的壓力由鋼帶本身承受，根據力的平衡原理可得出：

式（2）中：σ2為抱箍鋼帶的內應力；t 為抱箍鋼帶厚度。

由此計算出：

式（3）中：f 為鋼材抗拉強度設計值。

2.3.3 鋼帶下料長度L（半個）

為保證抱箍在承受荷載后兩個螺栓面之間仍有間隙，完全將抱箍牛腿承受的荷載傳遞到墩柱上，鋼帶在變形后，仍滿足兩個螺栓面之間縫隙為20mm，因此計算抱箍鋼帶下料長度如下：

式（4）～（5）中：ΔL 為鋼帶承受理論荷載后的伸長量；E 為鋼材彈性模量，取206GPa；d 為兩個螺栓面之間的縫隙，取20mm。

2.3.4 鋼帶連接螺栓驗算

抱箍鋼帶所受的拉力與螺栓群提供的拉力相平衡，由此計算出：

式（8）中：P 為一個高強螺栓預拉力設計值，取175kN。

Nt=38.025kN≤Ntb=140kN

2.3.5 牛腿焊縫驗算

由于腹板焊縫傳遞彎矩很小，可略去不計，即假設腹板焊縫只承受剪力，翼緣焊縫承受全部彎矩M，并將M 化為一對水平力R=M/h。根據抱箍設計結構，抱箍由四塊腹板承受豎向荷載，由兩塊翼緣板承受水平荷載。

（1）水平力R 作用于焊縫應力（翼緣板焊縫承載）

（2）剪力V 作用于焊縫應力（腹板焊縫承載）

（3）螺栓壓力T 作用于焊縫應力（腹板和翼緣板焊縫共同承載）

（4）翼緣板焊縫強度驗算

式（15）中：βf為正面焊縫強度增大系數，取βf=1.22。

（5）腹板焊縫強度驗算

經計算，單層抱箍能夠滿足承載力要求，為保證安全采用雙抱箍結構，其中下層抱箍作為施工安全儲備。

3 抱箍支架安裝應用

3.1 抱箍支架安裝前的準備

在抱箍支架安裝前，應重點對抱箍進行檢查，主要包括材料規(guī)格、結構焊縫等是否滿足設計要求，墩柱實測強度應達到設計強度的75%以上。根據蓋梁的頂標高、橫坡及支架結構各部件尺寸的組合高度，計算抱箍底口的安裝標高，然后在墩柱上畫線并沿四周打設6 根Φ16mm 短鋼筋頭嵌固，作為抱箍安裝的臨時支撐。

3.2 抱箍支架安裝

先用工具螺栓將兩個半圓弧抱箍組合成一個整體；然后采用捆綁吊，調整好吊車主臂位置，使鋼絲繩起吊中心基本與墩柱中心線重合；緩慢起吊抱箍至墩柱頂部，使抱箍從墩柱頂面緩慢下落套住墩柱；當抱箍頂面沿著墩柱下移至設計安裝位置，并臨時擱置在支撐鋼筋上時，施工人員在墩頂將抱箍起吊鋼絲繩從吊鉤處解除；施工人員通過樓梯通道上到安裝平臺，進行抱箍安裝[1]。

在抱箍螺栓緊固時，宜由遠離墩柱側向內側施擰。高強螺栓按照初擰、復擰、終擰的順序進行施擰。初擰扭矩可取終擰扭矩的50%，復擰扭矩應等于初擰扭矩，終擰扭矩Tc=kPcd，其中k 為高強度螺栓連接副的扭矩系數平均值，取0.11～0.15；Pc為高強度大六角頭螺栓施工預拉力，取195kN；d 為高強度螺栓公稱直徑，經計算終擰扭矩Tc為0.515～0.702kN·m。螺栓終擰完畢后，安裝卸荷塊、主橫梁及其他支架結構并進行臨時固定，保證支架結構的安全穩(wěn)定[2]。

3.3 安全保證措施

抱箍安拆操作平臺采用∠75×6mm 角鋼、Φ10mm圓鋼、Φ48×3mm 鋼管組成，與抱箍鋼帶焊接，平臺承重面低于抱箍底層螺栓80cm，方便施工人員對抱箍螺栓緊固施工。

4 抱箍支架安裝使用質量檢查控制要點

4.1 抱箍支架安裝的質量檢查

抱箍支架安裝檢查的重點在于對抱箍螺栓群的預緊力檢查，主要注意以下幾點：

其一，用0.3kg 重小錘敲擊螺母，對高強度螺栓進行逐個檢查，是否有漏擰。

其二，終擰扭矩按螺栓數抽查10%，且不應少于2個螺栓。

其三，在檢查時，先在螺桿端面和螺母上畫一條直線，然后將螺母擰松60o后，再用扭矩扳手重新擰緊，使兩線重合，測得此時的扭矩應在0.9～1.1Tch范圍內，其中Tch應按下式計算：

式（17）中：Tch為高強度螺栓檢查扭矩（N·m）；P 為高強度螺栓預拉力設計值（kN）；k 為扭矩系數。

其四，如果發(fā)現不符合規(guī)定的情況，再擴大一倍檢查，如仍有不合格，則整個節(jié)點高強螺栓重新施擰。

其五，扭矩檢查在螺栓終擰1h 后，24h 之前完成，檢查用的扭矩扳手其相對誤差不得大于±3%。

抱箍螺栓緊固完成后，要對抱箍安裝的標高進行復核，據此并結合支架總高度控制蓋梁的設計高程[3]。

4.2 抱箍支架結構的質量檢查

抱箍支架結構的檢查重點在于各結構部件使用的材料規(guī)格、布置間距等，存在嚴重變形、銹蝕或破損的構件不得使用。重點檢查部件間的連接質量，包括焊縫的外觀、無損檢測等。

抱箍支架在正式承受荷載前，要建立監(jiān)測點，重點對支架結構的沉降及位移進行監(jiān)控量測，建立監(jiān)測數據臺賬。在抱箍支架使用過程中，如果發(fā)現監(jiān)測數據出現異常時，立即暫停施工并撤離施工人員。分析數據異常的原因并采取針對性措施，在消除安全隱患后，方可再次投入使用[4]。

5 結語

本文利用抱箍支架的工程應用實例，闡述了支架的設計理念與思路，通過重要結構的計算指導在推廣應用中支架各項參數的選擇，同時對支架在施工過程中的質量檢查重點進行了明確，為抱箍支架的安全應用提供了保證。以后將會有越來越多的抱箍支架應用于工程實踐中，而在不斷的應用與總結中，抱箍支架的設計理論會更加成熟與完善，結構更加科學合理，以進一步提高結構的可靠性、經濟性。