[工作精品论文]钢抱箍设计及施工技术

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集钢抱箍设计及施工技术靳克（中交四航局二公司工艺部广东广州510300）摘要介绍了现阶段施工中钢抱箍的应用需求及钢抱箍的结构组成，说明了钢抱箍组成部件的设计计算原则及计算方法；结合实际施工经验，总结出钢抱箍的安装和拆除技术，为今后类似工程钢抱箍的设计及应用起参考作用。关键词钢抱箍钢管桩混凝土管桩牛腿高强螺栓1钢抱箍应用需求现阶段高桩码头以其工程造价低、工期短日渐成为码头结构的主要形式。高桩码头桩基一般以钢管桩为主，传统高桩码头上部结构现浇钢筋混凝土施工一般在钢管桩外壁焊接钢制牛腿作为临时承重的施工结构，这在一定程度上破坏了钢管桩的原有防腐涂层，由于已经破坏的钢管桩防腐涂层在施工现场难以复原，故施工后牛腿割除位置的钢管桩使用寿命必定会缩短。随着施工技术的不断革新，钢抱箍逐渐成为了临时承重的施工结构的新宠。钢抱箍摒弃了牛腿水上焊接在钢管桩上的施工工艺，在车间加工成型后为一个组合结构，施工时只需用吊机将钢抱箍套至钢管桩上，收紧高强螺栓达到设计预拉力即可作为临时承重的施工结构。与传统牛腿承重结构不同的是，钢抱箍依靠自身内侧橡胶带与钢管桩之间的静摩擦力抵消承重，所以不会破坏钢管桩防腐涂层；且钢抱箍安装快捷，有效避免了牛腿与钢管桩海上焊接施工时受潮水及风浪的影响，可以大大提高工作效率。2钢抱箍组成及加工方式如图1所示，钢抱箍由半圆体、橡胶带、牛腿、联接顶板、联接腹板、高强螺栓共6部分组成。6高强螺栓5联接腹板联接顶板46图1钢抱箍结构示意图半圆体材料为Q235钢板，在专业加工厂家加工制成；橡胶带亦选用抗压强度高的高强橡胶带，成捆购买后在施工现场自行切片加工；牛腿一般选用加强H型钢在施工现场切割作者简介靳克（1983），男，工程师，从事港口工程施工技术管理。牛腿高强螺栓联接腹板5433牛腿橡胶带21半圆体联接顶板2橡胶带牛腿3半圆体13牛腿365中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集而成，若经验算后牛腿受力过大，H型钢无法满足使用要求时，也可根据需要选用钢板自行焊接拼装牛腿；联接顶板、联接腹板选用Q235钢板，施工现场车间自行切割加工；高强螺栓根据计算选用符合要求的109级高强螺栓，使用前需要做抗拉试验。3钢抱箍设计31牛腿牛腿是钢抱箍的重要组成部分，它是外部荷载的直接载体。如图2所示，设牛腿两边承受荷载P，P与钢抱箍半圆体边缘距离L。采用根据牛腿受力情况推算牛腿截面参数（抗弯模量WX、截面惯性矩IX），然后根据牛腿截面参数选择材料的方式设计，相关计算简式如下XPLW，XXPSIB式中，WX为牛腿抗弯模量IX为牛腿截面惯性矩SX为牛腿面积矩为牛腿钢材的抗拉强度为牛腿钢材的抗剪强度通过以上计算式计算出牛腿对应参数后，查型钢材料表选择合适截面的型钢作为牛腿直接焊接在半圆体上作为牛腿，也可以外购钢板自行加工牛腿。32半圆体每个抱箍由2个同样大小的半圆体组成，其主要参数为钢板厚度B1、内半径R、高度H以及预留间隙。（1）钢板厚度B1钢管桩由钢卷板在车间焊接加工而成，也就是说沿钢管桩桩身存在一条螺旋焊缝，焊缝表面一般比钢管桩本身要凸出23MM。为了使钢抱箍和钢管桩之间能紧密接触，钢抱箍本身选用的钢板材料不能太厚，更不能有太大的刚性，故半圆体材料一般选用厚度5MM15MM厚的Q235钢板。工程施工中半圆体材料最常用的是10MM厚Q235钢板，主要取决于牛腿和半圆体之间的焊缝厚度，即半圆体厚度尽可能与牛腿和半圆体之间的焊缝厚度相匹配。（2）内半径R366中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集PP图2钢抱箍计算参数示意图半圆体内半径R钢管桩外半径橡胶带厚度注意钢管桩外半径是指钢管桩设计外半径与钢管桩防腐层厚度之和，切忌将钢管桩设计外半径直接套用为钢管桩外半径，以免缩小了半圆体尺寸，导致安装困难。（3）高度H半圆体高度H牛腿高度H富余高度C式中牛腿高度H根据牛腿受力计算得出；富余高度C值一般选择50MM10MM。注意1CC（4）预留间隙半圆体预留间隙一是为抵消钢抱箍安装时半圆体受拉伸的伸长长度L1，富余伸长空间；二是因为钢抱箍安装时，高强螺栓收紧，橡胶带因受高强度压力实际厚度减小，导致半圆体实际半径缩小R，变相伸长L2，富余伸长空间。L1L2L1TL/EA式中，T为高强螺栓预拉力L为2个半圆体长度之和E为Q235弹性模量，取21105A为半圆体竖截面面积L22R正常施工中R约12MM，代入上式计算可得L26281256MM；L1较小，可忽略不计。考虑施工中钢抱箍拆除时，两边高强螺栓不可能同时解除，且一边高强螺栓完全解除时抱箍内部的高强应力会瞬间释放，从而导致抱箍瞬间以另一边高强螺栓为轴心旋转，为避免钢抱箍拆除时损坏联接顶板，故预留间隙取值为50MM。33高强螺栓普通螺栓拧紧螺帽时产生预拉力很小，其影响可以忽略不计。而高强螺栓除了其材料强度很高之外，还给螺栓施加很大预拉力，使钢抱箍和钢管桩之间产生很大的摩阻力来抵消外荷载。预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。高强螺栓根据受力特RLLLHHCCLBB2B3B1B2C1367中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集点分承压型和摩擦型两种，钢抱箍选用摩擦型高强螺栓。在钢抱箍牛腿施加如图2所示的荷载后，高强螺栓预拉力T的计算公式为TKP/式中，K为钢抱箍计算安全系数，K2为橡胶带与钢管桩之间的摩擦系数，建议试验确定通过上式计算得出的预拉力T是钢抱箍高强螺栓的总拉力，实际施工中还需根据钢抱箍高度以及操作方便的需求，每块联接顶板选用N根高强螺栓，N26。每根高强螺栓预拉力TKP/N。此外，选用高强螺栓时，还应注意高强螺栓的长度和纹牙长度需满足要求，并预留一定图3联接板计算参数示意图富余量，一般50MM，方便抱箍安装。34联接板如图3所示，联接板包括联接顶板和联接腹板，联接顶板、联接顶板以及半圆体之间焊接。联接板是一个类似牛腿的小型组合结构，其设计验算只考虑联接板之间焊缝以及联接板与半圆体之间焊缝应力验算。T2HL式中，2为钢抱箍计算安全系数T为高强螺栓预拉力L分别为联接顶板之间角焊缝长度之和或联接顶板与半圆体之间角焊缝之和H为焊缝高度为焊缝设计抗拉/抗剪强度图3中，一般取值为3CM5CM，3H；与牛腿富余高度C值相同。螺栓孔螺栓孔联接腹板联接顶板联接顶板橡胶带角焊缝H半圆体BA螺栓孔联接腹板联接顶板半圆体角焊缝HL1联接腹板L2BAAABB368中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集施工准备4施工技术41施工工艺流程钢抱箍施工工艺流程如图4所示。图4钢抱箍施工工艺示意图42施工方法421测放安装标高钢抱箍安装标高是根据钢抱箍的安装标高推算出支托钢抱箍的木围棱安装标高，在木围棱安装之前由测量人员用GPS在钢管桩上测放。钢抱箍安装标高测放原则为（1）只允许比计算标高低，不允许高出计算标高；因为钢抱箍低了可以在牛腿垫钢板以使钢抱箍支撑面达到设计标高，而一旦钢抱箍高出计算标高，则只能拆除钢抱箍，降低木围棱至设计标高或设计标高以下，重新安装钢抱箍。（2）直桩在每根桩的两侧对立面各放一个安装标高，斜桩则需要在垂直于钢管桩轴线和垂线共同构成的平面上，即斜钢管桩两侧各放一个安装标高。（3）钢抱箍初步安装后，由测量工用经纬仪测量牛腿标高与计算标高之差，根据测量结果加垫牛腿搁置面至计算标高。422围棱托架安装围棱托架一般由木方和圆钢加工制成的螺杆制成（如图5），使用木方做木围棱主材主要是因为木方与钢管桩之间摩擦系数较高，且木方、螺杆安装轻便，周转使用效率高，加工方便，成本低廉。围棱托架是钢抱箍安装的基础，围棱托架的安装精度直接影响到钢抱箍的安装精度。围棱托架由施工人员乘浮排安装，安装时应严格控制围棱托架顶标高低于或刚好等于钢管桩上测放的标高。测放安装标高围棱托架安装钢抱箍初安装围棱托架拆除接下道工序围棱托架加工钢抱箍加工检查清理吊出钢抱箍钢抱箍调整施工完毕反吊钢抱箍抽出支架材料高强螺栓割除369中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集图5木围棱示意图423钢抱箍安装围棱安装完毕经检查牢固且满足钢抱箍安放精度要求后方可进行钢抱箍的安装。（1）安装前，先用两根较长的螺栓分别从钢抱箍两边靠上部位将A、B两片钢抱箍连接起来，螺栓收紧程度以钢抱箍吊起后底部由于自重开口直径大于钢管桩15CM以上为宜，如图6。（2）用吊机或吊船将钢抱箍吊起。由于钢抱箍重量较轻，钢抱箍由吊船安装应选择风浪较小的情况下安装，由吊机安装则基本不受风浪条件限制；吊具由普通钢丝绳更换为尼龙绳或麻绳，两端由安全卡扣分别和吊钩和钢抱箍连接，以避免由于钢丝绳自身弹性造成钢抱箍来回摆动，不宜定位。（3）吊臂旋转至钢管桩正上方，对准后缓慢落下。钢抱箍吊至钢管桩正上方后，缓慢下降至钢管桩顶，由站在木围棱上的安装人员旋转扶正后进一步下降至钢抱箍完全搁置在木围棱上解钩。（4）用扳手逐渐收紧高强螺栓，直至半圆体上口基本和钢管桩紧贴，由测量工复测牛图6钢抱箍安装示意图吊绳吊机起吊方向吊孔安装螺栓钢管桩AB螺杆钢管桩木围棱370中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集腿搁（5）由测量工验收牛腿搁置将高强螺栓拧紧至设计预拉力。性，所以无论从上到模支架分别用钢丝绳反吊在已施工完毕的上部结构上，底模支架的反吊材料如工字钢、木方、夹板等。模支架的压力产生的弹性变形，钢抱箍会自动弹开脱离钢管桩。碰撞，如有浮排或交通船等碰撞，需重新用扭矩螺栓设计预拉力的重新拧紧；上部结构施工过程中，注意对钢抱箍的监测浇注顺序进行施工，以防由于施工荷载不均匀，造成单个钢抱箍受力超过设计范围。桩码头施工中正以其安装方限制小且最大程度上保护钢管桩防腐涂层等优点而逐渐被广泛应用。本文仅以近期个【参考文献】、董中亚、刘艳琛、郭雪钢抱箍结构的力学分析与计算水运工程，2010第6期材料力学I第2版北京高等教育出版社，2004置面标高，如若高出计算标高，则需吊起重新调整木围棱标高安装。面标高合格后，用扭矩扳手由于钢抱箍两侧高强螺栓成排布置，且钢抱箍半圆体内侧橡胶带存在较大弹下或者从下到上拧紧高强螺栓后都不可能一次使所有高强螺栓达到设计预拉力，根据实际操作经验必须反复拧紧三次以上方可使所有高强螺栓均达到设计预拉力。424钢抱箍拆除钢抱箍拆除只有一种方法反吊割除法。具体步骤如下（1）将钢抱箍和底钢丝绳要略比钢抱箍的反吊钢丝绳长，方便抽出支架的其它（2）施工人员乘浮排用风焊（加长臂）将高强螺栓一一割除，由于施工过程中上部结构对底（3）用吊机或吊船先将钢抱箍吊出，然后依次从上到下抽出夹板、木方、工字钢等底模支架材料，最终完成底模支架的拆除。425施工注意事项（1）钢抱箍安装后需避免外力的一切检查所有螺栓，达不到，如发现有少