盖梁抱箍法施工及计算(新)

摘要：详细介绍了抱箍法盖梁施工的支撑体系结构设计，盖梁结构的内力计算和抱箍支撑体系的内力验算，以及本工艺的施工方法。

关键词:盖梁 抱箍 结构 计算 施工

1.工程概况

广州西二环高速公路徐边高架桥为左、右幅分离式高架桥，全桥长1280m，全桥共有盖梁84片，下部结构为三立柱接盖梁，上部结构为先简支后连续20m空心板和30mT梁，另有15跨现浇预应力混凝土连续箱梁。全桥施工区鱼塘密布，河涌里常年流水，墩柱高度较高,给盖梁施工带来难度。为加快施工,减少地基处理,本桥盖梁拟采用抱箍法施工。

2.抱箍支撑体系结构设计

2.1盖梁结构

以20m空心板结构的支撑盖梁为例，盖梁全长20m，宽1.6 m，高1.4m，砼体积为42.6 m3，墩柱Φ1.2m，柱中心间距7m。

2.2抱箍法支撑体系设计

盖梁模板为特制大钢模，侧模面板厚度t=5mm，侧模外侧横肋采用单根［8槽钢，间距0.3m，竖向用间距0.8m的2［8槽钢作背带，背带高1.55m，在背带上设两条Φ18的栓杆作对拉杆，上、下拉杆间距1.0m，底模板面模厚6mm，纵、横肋用［8槽钢，间距为0.4m×0.4m，模板之间用螺栓连接。

盖梁底模下部采用宽×高为0.1m×0.15m的方木作横梁，间距0.25m。盖梁底模两悬出端下设三角支架支撑，三角架放在横梁上。在横梁底部采用贝雷片连接形成纵梁，纵梁位于墩柱两侧，中心间距1.4m，单侧长度21m。纵梁底部用四根钢管作连接梁。横梁直接耽在纵梁上，纵梁之间用销子连接，连接梁与纵梁之间用旋转扣件连接。

抱箍采用两块半圆弧型钢板制成， 钢板厚t=16mm，高0.6m，抱箍牛腿钢板厚20mm，宽0.27m，采用10根M24高强螺栓连接。为了提高墩柱与抱箍间的摩擦力，同时对墩柱砼面保护，在墩柱与抱箍之间设一层3mm厚的橡胶垫，纵梁与抱箍之间采用U型螺栓连接。抱箍构件形象示意图如图1所示。

2.3防护栏杆

栏杆采用φ48的钢管搭设，在侧模上每隔5m焊接一道1.2m高

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的钢管立柱，横杆钢管与立柱采用扣件连接，竖向间隔0.5m，栏杆周围挂安全网。

盖梁施工示意图见图2。

图1：抱箍构件形象示意图（半个）3.盖梁侧模板支撑计算

假定砼浇注时的侧压力由拉杆和背带承受，Pm为砼浇注时的侧压力， T为拉杆承受的拉力。

侧模板支撑计算示意图见3。

图2 盖梁施工示意图槽钢支架抱箍

3.1荷载计算

砼浇筑时的侧压力：Pm=Kγh ，当v/T≤0.035时，h=0.22+24.9v/T

式中：K—外加剂影响系数，取1.2；

γ—砼容重，取25KN/m3； h—有效压头高度；

v—砼浇筑速度，此处取值0.45m/h， T—砼入模温度，此处按25℃考虑 则：v/T=0.45/30=0.015<0.035 h=0.22+24.9v/T=0.6m

Pm= Kγh=1.2×25×0.6=18KPa

砼振捣对模板产生的侧压力按4KPa考虑， 则：Pm=18+4=22KPa 砼浇筑至盖梁顶时，盖梁上产生的纵向每米侧压力：

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图3 侧模支撑计算示意图T1T2Pm=22KPaH=1.4mh=0.6mP=Pm×（H-h）+Pm×h/2=22×0.8+22×0.6/2=24.2KN (参考《路桥施工计算手册》p173) 3.2拉杆拉力验算

拉杆（φ18圆钢）纵向间距0.8m范围内砼浇筑时的侧压力： σ=0.8P/2πr2

=0.8m×24.2 KN /（2×174mm2）=55.63MPa

σ=55.63MPa <[σ]=29600N/174 mm2=170MPa，满足抗拉要求。 (参考《路桥施工计算手册》p182) 3.3背带挠度验算

设背带两端的拉杆为支点，背带为简支梁，梁长l0=1m， 简支梁均布荷载q0 =22×0.8=17.6KN/m

最大弯矩：Mmax= q0l02/8=17.6×12/8=2.2KN·m

σ= Mmax/2Wx=2.2×10-3/2×25.3×10-6=43.5MPa<[σw]=145MPa 跨中挠度：fmax= 5q0l04/（384×2×EIx）=0.0005m fmax＜[f]=l0/400=0.0025m，背带槽钢满足刚度要求。 式中： [8槽钢的弹性模量E=2.1×105MPa；

惯性矩Ix=101.3cm4； 抗弯截面系数Wx=25.3cm3

(参考《路桥施工计算手册》p787、p797)

4.横梁应力验算

4.1横梁纵向线荷载计算

新浇砼纵向线荷载：q1=1.4（高）×25×1.6（宽）=56KN/m 模板纵向线荷载：q2=G2/20=（G底21.8+ G端3.1+ G侧39.9）/20=3.24 KN /m

施工人机纵向线荷载：q3=1×1.6=1.6KN/m 倾倒砼冲击纵向线荷载: q4=2×1.6=3.2KN/m 振捣砼纵向线荷载: q5= 2×1.6=3.2KN/m

荷载组合:q=(q1+q2)×1.2+(q3+q4+q5)×1.4=82.29KN/m

横梁承受均布荷载q0= q×0.25/l0=82.29×0.25/1.4=14.7KN/m (参考《路桥施工计算手册》p172) 4.2横梁抗弯与刚度验算

横梁最大弯矩：Mmax= q0l02/8=3.6KN·m

弯曲应力：σ= Mmax/Wx=3.6/(3.75×10-4)=9.6 MPa<[σw]=12MPa 最大挠度：fmax= 5q0l0 4/384EI=5×14.7×103×1.44/(384×9×109

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×2.81×10-5)=0.0029 m <[f]=l0/400=0.0035m

横梁满足抗弯和刚度要求。

式中：抗弯截面系数：Wx=bh2/6=0.1×0.152/6=3.75×10-4 m3

惯性矩Ix=bh3/12=0.1×0.153/12=2.81×10-5 m4 弹性模量E=9×103MPa;

横梁计算示意图如图4所示。 (参考《路桥施工计算手册》p176)

图4：横梁计算示意图q0=14.7KN/m5.纵梁应力验算

5.1纵梁纵向每侧线荷载计算

l0=1.4m支架纵向线荷载：q6=

（G贝+G木+G他）/20=（14×

3 KN/片 +70根×0.045 m3/根×6 KN/ m3+62×0.06）/20=3.23KN/m

纵梁纵向每侧线荷载:

q=(q1/2+q2/2+q6/2)×1.2+(q3/2+q4/2+q5/2)×1.4=43.088KN/m 5.2纵梁应力验算

5.2.1计算支座反力RC： 盖梁体系为一次超静定结构，建立盖梁结构力学计算图如图5所示。采用力法计算，解除C点约束，在C点添加向上的单位力X1=1，分别绘出Mp图、M1图，其中Mp 图由伸臂梁和简支梁组成，如图6所 示。根据C点竖向位移为0的条件，建立典型方程：

δ11X1+Δ1p=0

δ11=∑∫M12ds/EI=（1/EI）*（1/2）*(2l*l/2)*（2/3）*（l/2）=l3/6EI

Δ1p=∑∫M1Mpds/EI=（1/EI）*［（1/2）*(2l*l/2)*（qa2/2） -(2/3)*(q (2l)2/8)*2l*(5/8*l/2)］=（1/EI）*（qa2l2/4-5q l4/24）

将δ11、Δ1p 代入公式，得

X1=（5ql2-6qa2）/4l=293.92KN（↑） 建立静力平衡方程：2RA+X1=q（2a+2l） 得RA=RB=283.92KN（↑）

根据叠加原理，绘制均布荷载弯矩图如图7所示。 5.2.2纵梁抗弯应力验算

根据以上力学计算得知，最大弯矩出现在A、B支座，

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图5：盖梁结构力学计算图q=43.088KN/mDa=3mARA=7mCX1=1=7mRBa=3mE图6：超静定结构内力图q2/2=193.9悬臂梁弯矩图a=3m=7m简支梁弯矩图=7ma=3ma=3m=7mq(2l)2/8=1055.7=7m弯矩图(l/2)X1=1028.7a=3ma=3m=7m=7ma=3m图7：纵梁受力弯矩图q2/2q*(l2-2a2)/8a=3m=7m=7ma=3m

Mmax=qa2/2=43.088×32/2=193.9 KN·m

Mmax=193.9 KN·m＜[M0]= 975kN·m，满足抗弯要求。 （参考《公路施工手册 桥涵》下册p923） 5.2.3纵梁墩柱跨中刚度验算 盖梁体系为一次超静定结构，求超静定结构的位移可用基本结构的位移来代替，因此在盖梁基本结构墩柱中间点F施加向下的单位力X2=1，求基本结构的内力和位移，建立盖梁墩柱跨中力学计算图如图8所示。

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图8：纵梁墩柱跨中力学计算图Da=3mFX2=1=7m图9：X2弯矩图C=7mREARABa=3m2.625a=3m=7m=7ma=3m

设Ra、Rb方向向上，列平衡方程：Ra+Rb=X2=1

X2*（l+l/2）-2l*Ra=0

得：Ra=0.75（↑），Rb=0.25（↑），绘弯矩图如图9所示。 求纵梁墩柱跨中的位移，将图7与图9的弯矩图图乘，得： Δ2p=∑ωyf/ EI=（1/ EI）*［-0.5*14*2.625*193.9+(2/3) *1055.7*14*(2/3)*2.625-0.5*3.5*2.625*(2/3)*0.5*1028.7-0.5*(3/2)*7*2.625*1028.7 ］=-0.004m（↑）

fmax=-0.004m＜[f]=a/400=3/400=0.0075m，刚度满足要求。 式中：贝雷片弹性模量：E=2.1×105MPa

惯性矩：I=250500cm4

（参考《公路施工手册 桥涵》下册p1047） 5.2.4纵梁端部刚度验算

在盖梁基本结构梁端点D施加向下的单位力X3=1，求基本结构的内力和位移，建立盖梁悬臂端力学计算图如图10所示。

设Ra、Rb方向向上，列平衡方程： Ra+Rb=X3=1

X3（2l+a）-2l*Ra=0

得： Ra=1+a/2l（↑），Rb= a/2l（↓），绘弯矩图如图11所示。 求纵梁端的位移，将图7与图11的弯矩图图乘，得： Δ3p=∑ωyd/ EI=（1/EI）*（1/3* 193.9*3）*（3/4* 3）+14* 193.9* 1.5+0.5*14* 1028.7* 1.5-（2/3*1055.7×14）*1.5=（1/ 48EI）*（6qa4+6q a3 l- ql3a）=0.001m（↓）

fmax=0.001m＜[f]=a/400=3/400=0.0075m，刚度满足要求。

6.抱箍验算

抱箍能否承受盖梁的重力取决于抱箍与柱子的磨擦力，验算时摩

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X3=1Da=3maARA图10：纵梁悬臂端力学计算图EC=7m图11：=7m弯矩图BRa=3m

擦力取滑动磨擦力，此处最大滑动摩擦力N取值为Rc=293.92 KN。 6.1高强螺栓数目计算

高强螺栓的容许承载力公式：[NL]]=Pμn/K， 式中：P—高强螺栓的预拉力，取225 K N; μ—摩擦系数，取0.3；

n—传力接触面数目，取1； K—安全系数，取1.7。

则：[NL]= 225×0.3×1/1.7=39.7KN 螺栓数目m计算：

m=N/[NL]= 293.92/39.7=7.4个，本构件取m=10个。 6.2螺栓抗剪、抗拉应力验算 每条高强螺栓承受的抗剪力：

Nj=N/10=293.92/10=29.4KN＜[NL]=39.7KN，满足抗剪要求。 抱箍体对墩柱体的压力：

Ny=K*N/μ=1.2×293.92 /0.3=1175.68KN 每条螺栓拉力：N1= Ny /10=117.6 KN<[S]=225KN，满足抗拉要求。 式中：μ—抱箍钢板与橡胶垫之间的摩擦系数，取值0.3

K—荷载安全系数，取值1.2

[NL] —每个高强螺栓的容许承载力

[S] —高强螺栓的预拉力，M24高强螺栓取值225 KN 6.3螺栓需要的终拧力矩验算 每条螺栓拉力为：N1= 117.6KN,

每个螺栓的终拧扭矩R=k*N1*d=229.3N·m

式中：k—螺栓连接处的扭矩系数平均值，取0.13,

L1—力臂，M24螺栓取0.015m （参考《基本作业》p609）

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a=3m=7m=7ma=3m6.4抱箍体构件的应力验算

抱箍体承受螺栓的拉力：P1=5Nl=5×117.6=588KN 抱箍体钢板的纵向截面积：S1=0.016×0.6=0.0096m2

抱箍体拉应力：σ=P1/S1=61.25MPa＜[σ]=140MPa，满足抗拉要求。

抱箍体剪应力：

τ=（1/2RC）/πr/S1=（1/2×293.92）KN /1.885 m /0.0096 m2 =8.1MPa<[τ]=85MPa，满足抗剪要求。 6.5抱箍体钢板长度计算

抱箍钢板伸长量：ΔL=（σ/E）* L=5.5×104 m 抱箍体钢板长度（半个）：L=πr-ΔL =1.884m， 两半抱箍牛腿间距取20mm，则L=1864mm(半个)。

7.抱箍法施工方法

7.1施工工序

①在墩柱群四周搭设简易支架，高度以不超过盖梁顶板为宜，并搭设人行爬梯，围好安全网；

②用水准仪在墩柱上作一水平标志，根据盖梁底板设计标高反算抱箍底沿位置并做标记；

③用吊车将抱箍底托安装在墩柱上，使底托顶面与抱箍底沿标记等高，再将抱箍安装就位，用带响扳手拧紧连接螺栓，施工时，可在扳手手柄上套一根50cm长、Φ48的钢管，人踩钢管直到所需扭矩为止，再检查两抱箍接头处间隙小于或等于2cm即可；

④用吊车将连接好的贝雷梁放在抱箍上，并用U型螺栓和扣件将贝雷梁、抱箍、贝雷梁连接件连接起来；

⑤在贝雷梁上摆放方木横梁，安装盖梁底模，并检查标高，有必要时用钢板或木楔调整；

⑥首次使用本工法施工时，为确保抱箍所承受压力达到设计值， 需进行荷载预压试验。由前面计算知盖梁纵向每侧线荷载:q=

43.088KN/m，则在盖梁底模上堆放重物175.9吨，且堆放形式尽量接近施工实际情况。24小时后，用水准仪复测底模标高，若下沉过大，则应继续紧固连接螺栓，直到底模下沉小于5mm则认为可行，记录下螺栓进距作为参考值；

⑦卸下预压重物，安装盖梁钢筋和模板，在侧模四周按要求做好安全防护装置，浇注砼；

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⑧拆除模板时，先拆侧模、端模，再拆底模，最后拆下横、纵梁、抱箍，至此，抱箍法盖梁施工完成一个循环。

7.2施工注意事项

①墩柱砼强度达到设计强度的75%以上后方可施工盖梁； ②在抱箍钢板内侧附一层3mm橡胶垫，可增强钢板与砼之间的摩擦系数，也起到保护墩柱的作用；

③抱箍体钢板、牛腿厚度应不小于设计值，螺栓孔应可能紧凑，在竖直方向上，每隔2～3排螺栓孔应在牛腿与钢板之间设置加劲肋；

④螺栓施拧前，应根据带响扳手进行螺栓扭矩系数的试验，为克服扭矩系数离散偏大，可在初拧时重复施拧，即先初拧，再拧松，再初拧；螺栓紧固时应按先内排后外排的顺序，并使螺栓均匀受力；

⑤浇注盖梁砼时，应有专人检查抱箍、螺栓有无松动情况，每浇注一层砼均应复紧一次螺栓，确保施工安全和质量。

8.使用效果

广州西二环徐边高架桥盖梁工程量大（共84片），施工场地鱼塘密布，墩柱平均高度大于10m。本工程共加工盖梁模板3套底模、2套侧模和抱箍支撑体系3套。采用抱箍法施工，4人1天即可搭起一套盖梁支架，包括搭支架、上抱箍及横纵梁、盖梁底模，第2天安装盖梁钢筋笼（在地上先加工成型再吊装）和侧模板，第3天用6人浇注砼，第4天拆侧模，第7天拆底模和抱箍（以砼强度不低于85%为准）。由此可见，抱箍法施工与支架法相比，无须硬化场地，节省大量支撑方木和钢构件，接省投资，施工周期短，施工简便，适应性强，是盖梁施工首选的支撑体系。

参考资料：

1路桥施工计算手册，周水兴等编，北京：人民交通出版社，2001.5

2公路施工手册 桥涵（下册），交通部第一公路工程总公司，北京：人民交通出版社，1999.11 3结构力学，李廉锟，北京：高等教育出版社，1996

4公路施工手册 基本作业，杨理准，北京：人民交通出版社，1998.11

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