方形抱箍在灌河大桥引桥盖梁施工中的应用
摘要：方形抱箍作为盖梁施工中支撑模板的一种新方式，在灌河大桥引桥盖梁施工首次应用，介绍了这种抱箍的设计构思、结构受力计算、荷载试验、应用效果及技术经济比较等方面的情况。
关键词：方形抱箍 盖梁施工 构思与设计 应用效果
1 概 述
抱箍作为盖梁施工的一种支撑方式，具有结构轻便，加工制作简单，成本低廉等优点，近年来被广泛应用于桥梁施工中，但由于结构受力分析困难，仅以圆形形式在圆形墩柱的桥梁施工中出现，方形抱箍一直未见应用。
灌河大桥是江苏省连盐高速公路上的一座特大型桥梁，其引桥墩柱为八棱柱截面，截面尺寸为120×140cm，四角设计有25×40cm倒角，所有墩柱均不设承台，仅在两墩柱间设系梁，由于桥址处地基为典型的软基，承载力较差，墩柱高度偏大，盖梁施工如采用满堂支架法，则须对支架地基进行分层处理，如处理不当，将会导致支架地基的不均匀沉降，进而影响到盖梁的施工质量；另一方面，地基处理与支架的搭设施工周期长，不利于加快施工进度，成本也较高，并且建设单位对混凝土工程外观要求很高，不主张在墩柱上留孔洞或预埋牛腿。基于这些原因，通过认真分析研究和比较，灌河大桥引桥盖梁施工首次采用了方形抱箍。 2 设计构思
针对方形抱箍在受力和构造两个方面的特点，从受力特点入手进行分析，并对构造形式进行比较，从而得出采用的形式。 2.1 要点分析
2.1.1 须详细计算荷载，以精确确定每个墩柱上抱箍需要提供的支撑力。支撑力可按下式计算：
F=k（G1+G2+G3+G4）/2 （1）
式中：F—每个墩柱上支撑力； k—保证系数，取1.5；
G1—盖梁自重（不包括墩顶分），本例为823kN； G2—模板、支撑钢横梁重量，本例为114kN； G3—施工荷载，本例为45kN；
G4—抱箍自重，设计前估算为15kN； 计算F=748kN。
2.1.2 抱箍要有足够的摩擦面，才能提供足够的支撑力。
2.1.3 由于方形抱箍对墩柱面产生压力的方式与圆形抱箍不同，抱箍背框要有足够的刚度，使用时方不致产生太大变形，确保摩擦面有效发挥作用。
2.1.4 抱箍的组拼尺寸（内侧）应略小于墩柱的截面尺寸，所以连接法兰必须有适当的压紧间隙，但不宜太大，以1cm为宜。
2.1.5 为保证抱箍摩擦面对墩柱面产生足够且合理的压力，法兰连接螺栓的规格、数量及扭力的确定也是一个重要的问题。 2.2 形式选择
根据墩柱截面形状，首先选择了内侧组装形式与墩柱面吻合的八角形式，如图1所示，抱箍由两部分组成，组装后有八个摩擦面。此种形式相当于圆形抱箍的延续，存在一定的弊病，第一由于墩柱采用多套模板施工，截面尺寸存在微小差异，因此不能保证抱箍与墩柱完全吻合，也就不能保证摩擦面有效发挥作用（尤其法兰侧的摩擦面几乎没有效用）；其次极易对墩柱棱角造成破坏。因此放弃此种形式。
组装
结构形式
组装图
图1 抱箍形式A
通过抱箍形式A的分析，认为八个摩擦面很难保证全部有效利用，从而又设想了第二种形式，如图2所示，抱箍由四部分组成，组装后有四个摩擦面，与墩柱四个大面对应设置，摩擦面宽度小于墩柱面宽度，倒角不设摩擦面。此种形式虽能够克服对墩柱棱角造成破坏的缺陷，但由于四个法兰在拼装时不易控制压紧间隙的均衡性，很难保证摩擦面与墩柱面完全接触，更易造成摩擦失效、抱箍下滑，另外此种形式组装后的整体性也差，所以也放弃了。
组装
组装图
结构形式图
图2 抱箍形式B
经过对上述两种形式的分析，最终确定方形抱箍采用如图3所示的形式，抱箍由两部分组成，组装后有四个摩擦面，摩擦面的设置与形式B相同。这种形式能够很好的解决形式A、B存在的缺陷，并且操作相对简便，整体性好。
背框 法兰 摩擦面 组装 摩擦面支撑 墩柱轮廓线
组装图 结构形式图
图3 抱箍形式C(采用形式)
3 设计计算
3.1 根据抱箍所需提供的支撑力，计算摩擦面积，确定摩擦面尺寸。
F=μN （2）
式中：F—每个墩柱上支撑力。
μ—钢与砼的摩擦系数，根据《中型砌块设计与施工规程JGJ5-80》及现场试验，本例取值0.5。
N—抱箍对墩柱面产生的压力。
计算N=1496KN。
由于墩柱混凝土的设计强度为30MPa，抱箍对墩柱面的压应力不宜太大，否则会产生压痕影响外观，甚至造成墩柱破坏，同时压应力太大，摩擦面就会很小，相应抱箍的总体结构尺寸也会很小，对背框和法兰的设计就会带来很高的要求（小尺寸，大刚度），
因此确定抱箍对墩柱产生的压应力不超过σ=1MPa，以此原则计算摩擦总面积。
A=N/σ （3）
式中：A—摩擦总面积。
N—抱箍对墩柱面产生的压力。 σ—抱箍对墩柱面产生的压应力。
计算A=1.5m2。
考虑结构的需要，抱箍的高度定为100cm，相应摩擦面的高度也为100cm，宽度定为60cm和50cm（分别小于对应墩柱面宽度10cm）。
实际摩擦面总面积A1=2×（0.6+0.5）×1=2.2m，大于计算值1.5 m，抱箍对墩柱实际产生的压应力要小于1MPa，是有利的。
3.2 根据抱箍对墩柱面产生的压力N的计算结果，推算法兰的连接压紧力，从而确定法兰连接螺栓的规格、数量和终拧扭力。
首先计算法兰的连接压紧力，如图4所示。
2
2
图4 法兰连接压紧力计算图示(尺寸单位：mm)
Nˊ=2 Fˊcos45° （4）
式中：Fˊ—法兰的连接压紧力。
Nˊ—每个摩擦面的压力，Nˊ=N/4=1496/4=374KN。
计算Fˊ=264KN。
初步考虑采用普通螺栓，并考虑采用乙字型梅花扳手人工施拧，为方便操作和保证足够的压紧力，螺栓规格不宜太小，数量要适中，这样扭力也不会太大。设计时按每个法兰18套M24普通螺栓考虑，据此进行验算。
每套螺栓的施工预拉力PC= Fˊ/18=14.7KN，远小于螺栓的允许预拉力。下面计算
螺栓的终拧扭力，首先通过公式（5）计算螺栓的终拧扭矩。
TC=K·PC·d (5)
式中：TC—终拧扭矩（N·m）。
K—螺栓的扭矩系数，0.11～0.15，取0.15。 PC—螺栓的施工预拉力（KN）。 d—螺栓公称直径（mm）。 计算TC=52.9N·m。
按规格长度45cm的扳手计算终拧扭力如下：
T=TC/L （6）
式中：T—终拧扭力（N）。
L—扳手力臂长度（m），取0.35m。
计算T=151.1N（合15.4公斤力），人工施拧较易达到。
通过上述计算，虽然螺栓的施工预拉力远小于允许预拉力（59.9KN），但终拧扭力已经达到151.1N，如果减少螺栓数量，势必增加终拧扭力，人工在高空施拧就很难满足要求了，因此就按初步设想确定每个法兰采用18套M24螺栓，施工终拧扭力151.1N。 3.3 为保证摩擦面与墩柱面的有效接触，背框要有足够的刚度，通过对背框变形（挠度）验算，确定背框的选材。法兰的压紧间隙为1cm，背框变形不超过5mm是可以接受的。按墩柱截面尺寸估算长边背框长度约为220cm，三层背框，偏安全考虑，采用计算模式为简支梁跨中集中荷载。
图5 背框计算图示(尺寸单位：mm)
采用公式（7）验算背框变形，计算背框惯性矩，确定背框选材。
f=Pl3/48EI （7）
式中：f—背框跨中变形，取5mm。
P—每层背框跨中集中力，P= Nˊ/3=124.7KN。 l—背框长度。
E—钢材弹性模量。 I—惯性矩。
方形抱箍在灌河特大桥引桥盖梁施工中的应用
