钢抱箍工字钢梁在盖梁施工中的应用

/钢抱箍+工字钢梁在盖梁施工中的应用摘要：钢抱箍+工字钢梁是圆柱形门式墩盖梁施工过程中的一种简洁好用的临时支撑体系。钢抱箍的运用，相对于其他可行的施工方法，既节约了人工及材料，又不须要破坏墩柱的整体性及外观质量；工字钢作为一种常见的型钢，因为其结构特性，抗弯性能良好，常在工程施工过程中作为短跨度临时支撑梁运用。钢抱箍和工字钢的结合，使盖梁施工更为简易可操作，省时、省料、省工。本文依据工程实例对钢抱箍+工字钢梁支撑体系作了简洁的受力计算，并阐述其工作原理及施工工艺。关键词：盖梁;抱箍;工字钢;临时支撑一、引言盖梁作为一种悬空钢筋混凝土结构，施工时需相应的临时支撑体系，适用的方案：满堂支架法、钢桩支撑法、预埋牛腿法、预留孔钢棒法、抱箍法等。施工方案的选取确定了整个施工过程的人、材、机消耗及并最终影响工程质量，其中抱箍法因为其相对于其他方案的明显优势，已在圆柱形墩盖梁中得到广泛的应用。二、各种方案的优缺点满堂支架法是可用于任何悬空混凝土结构施工的最普遍的方法，如现浇梁、板、盖梁等；优点在于任何结构均适用，且不须要大型设备，稳定、平安；但缺点在于耗费的人工量大、支架消耗量大、占地面积大、耗时较长，且在处于地面不平整、墩高较大等状况时适用性受限。钢桩支撑法是以螺旋钢管桩作为支撑柱，立在承台或符合承载力要求的基础上，上搭设工字钢或贝雷梁作为主承重梁形成的支撑体系，优点在于占地小，相对满堂支架搭设速度较快，用材较少；但缺点在于墩身高度变更较大时钢管桩高度调整不便且搭设完全依靠吊装机械。预埋牛腿法是在墩柱浇筑时于预定位置预埋钢板，后在预埋钢板上焊接托架作为临时主梁支撑的施工方法，具有省时省工省材料操作简便等优点；但缺点在于破坏了墩身的外观，且预埋钢板无法取出。预留孔钢棒法是在浇筑墩柱时预留孔道，施工盖梁时将符合受力要求的钢棒穿过预留孔，临时支撑主梁架设于钢棒两头形成的支撑体系；拥有预埋牛腿法的全部优点，且钢棒能循环运用；缺点在于不仅破坏了墩身的外观，且对墩身结构的整体性有确定的损害。综合以上方法优缺点，抱箍法得以提出，此方法是在墩柱上安装钢抱箍，在抱箍上架设工字钢作为承重主梁，整个支撑体系所受的竖向力通过墩柱和抱箍摩擦力传导至墩柱；抱箍法拥有牛腿法预留孔法的省时、省材、省工、适用性强、占用场地少等优点，同时也能保证不破坏墩柱的结构及外观质量。现钢抱箍+工字钢梁法已广泛应用于圆柱形门式墩盖梁的施工中，下面对钢抱箍+工字钢法计算应用及施工工艺作简洁的叙述。三、工程实例及计算某高速公路特大桥引桥部分下部结构接受圆柱形门式墩，最大盖梁长11.45m，宽2m，高1.7m，圆柱墩直径D=1.6m，盖梁混凝土方量为37.7m拟接受钢抱箍+工字钢法施工盖梁，施工方案示意图如下：图1盖梁施工方案示意图1．工字钢主梁设置及计算拟接受两道主承重梁均拟接受12米长的单根I45b工字钢；I16工字钢作为横担支配梁，长4m，间距40cm；主梁受力验算如下：钢筋砼重力密度26KN/m3,，砼体积为37.7m3，则砼总重力为980.2KN，盖梁长11.45m，均布荷载2根I45b工字钢，自重均布荷载I16工字钢支配梁，考虑均布荷载模板重量为9t，则均布荷载施工人员及设备荷载浇筑及振捣混凝土静荷载平安系数取1.2，动荷载平安系数1.4；则总均布荷载为：则单根工字钢依据均布荷载建模计算。建立受力模型为：如图2所示图2工字钢受力模型图剪力V如下图3所示，由图可知：Vmax=227.92KN图3工字钢剪力图弯矩M如下图4所示，由图可知：Mmax=245.23KN·m图4工字钢弯矩图查路桥施工计算手册知:I45b工字钢Wx=1500cm3,Sx=887.1cm3，Ix=17.4cm，Ix/Sx=38cm，d=13.5mm，I=33760cm4，依据《钢结构设计规范》I45b工字钢[σ]取215mpa，[τ]取125mpa，E取210Gpa，[f]取，则：最大抗弯应力值：抗弯强度满足要求。最大剪应力值：抗剪强度满足要求。最大挠度：挠度满足要求。故运用两根I45b工字钢分设于墩柱两侧做受力主梁是平安的。2．抱箍的应用及计算钢抱箍，就是两块钢板弯制成和墩柱直径相匹配的半弧形，在钢板两端焊接连接板和牛腿，用螺栓通过连接板将两块半弧形钢板连接后卡和墩柱上，支承梁架设于钢抱箍外伸牛腿上，通过钢板和墩柱间的摩擦力来承受上部荷载。图5抱箍示意图钢抱箍箍身接受10mm钢板，内径比墩柱直径大1-2cm，以30mm钢板作连接板，连接板和箍身夹角处运用多道10mm钢板加肋，以加强连接板和箍身的连接强度，并可以连接板和加肋钢板形成的整体作为外伸牛腿搭设支承梁。钢抱箍和墩柱间的最大静摩擦力，其中μs为钢抱箍和墩柱间的静摩擦系数，约为0.3-0.4，取0.3；N为钢抱箍和墩柱间的垂直力，垂直力来自于螺栓的预紧力，螺栓的类别及个数确定了垂直力的大小。设一个墩柱上抱箍运用的螺栓总数为n，每个螺栓的预紧力为F，则钢抱箍和该墩柱的正压力。在以上工程实例中，拟接受4.8级M30螺栓，查螺栓容许拉力表得单个螺栓容许拉力为[F]=101.7KN。上部总荷载则单个抱箍承受的上部荷载为：最大静摩擦力fs应大于抱箍承受的上部荷载G，既，则：，，计算结果向上取整为：n>25;则取n=28，连接板上布置为每侧3列，共6列，梅花形布置（见抱箍示意图）。以螺栓间距为10cm，则抱箍尺寸可取为，高50cm，连接板外伸长度40cm。四、钢抱箍+工字钢梁施工盖梁的施工工艺及留意事项。施工工序：抱箍试拼及预压→抱箍吊装→安放砂箱→工字钢主梁及支配梁安装→模板拼装、钢筋加工及安装→浇筑混凝土→拆除侧模→混凝土等强→利用砂箱拆除底模→拆除工字钢及抱箍。1．抱箍试拼及预压承载力试验在第一次盖梁施工之前，需进行抱箍的试拼及对整个抱箍+工字钢支撑体系作预压承载力试验。抱箍试拼工作可以在墩底部进行，抱箍和混凝土接触面需垫橡胶垫或者土工布；相邻连接螺栓穿孔方向需按相反方向交织布置，连接螺栓检查确认无缺陷后，安装并对称拧紧螺栓至设计值，拧紧螺栓时必需运用扭力扳手，以确定螺栓拧紧至设计预紧力；安装完毕并合格后，在抱箍安装位置的下方作明显标记，以便在预压时观测下沉状况。抱箍安装合格后，按标准的施工方案安装工字钢主梁及支配梁，并安装盖梁底模。安装完毕后，将盖梁底模跨中标高平行标记于墩柱上，以便于预压时观测工字钢主梁挠度。在施工现场可运用预制预压块或者沙袋放置于盖梁底模上对支撑体系施压，施加的总压力大小为上部盖梁及模板自重、施工荷载等全部理论荷载乘以平安系数（静荷载平安系数取1.2，动荷载平安系数1.4）。加压后持续荷载72h，视察并记录抱箍下沉状况、变形态况及工字钢最大挠度状况；若抱箍无下沉、无变形，且工字钢实测最大挠度f小于允许挠度值[f]，则视为抱箍试拼及预压承载力试验合格。2．抱箍吊装抱箍试拼及预压承载力试验合格后，墩身混凝土龄期达28d，强度达到设计值后，可以进行抱箍吊装。安装方法为：在墩柱底部将两半抱箍合拢扣住墩柱，安装连接螺栓（不拧紧），然后通过吊装设备顺着墩柱将抱箍整体提升至计算标高位置，运用扭力扳手对称拧紧全部连接螺栓至设计预紧力。安装完成后在下方做好明显标记，以便观测。3．砂箱及工字钢的安装砂箱的作用在于作为工字钢主梁的临时支座，且在拆除底模及工字钢时便利好用，砂箱安装于抱箍外伸牛腿上。将砂箱安装至设定标高后，吊装工字钢主梁安装在砂箱顶部；工字钢主梁和墩柱接触处需加垫土工布，以爱惜墩身外观质量；安装就位后在柱体两侧用对拉杆将两道工字钢对拉固定，以防止其位移或倾覆，工字钢主梁安装固定后吊装上部工字钢横担支配梁。4．模板拼装、钢筋加工及安装、混凝土浇筑养护严格依据桥梁施工规范及图纸设计进行，此处不作详细论述。5．底模及工字钢的拆除混凝土达7d强度后，可进行底模及工字钢的拆除，通过砂箱，先将工字钢及盖梁底模和盖梁底部脱离，后通过吊装设备，拆除底模和工字钢。6．抱箍的拆除抱箍拆除时应先用吊装设备将抱箍吊住，通过工人在脚手架上松动抱箍连接螺栓（不拆除），全部螺栓松动后，通过吊装设备，将抱箍沿墩柱缓缓放至地面，然后拆除全部连接螺栓，拆除抱箍。五、结语钢抱箍+工字钢梁的盖梁施工工艺，相对其他可行的施工工艺，它很大程度上的提升了施工的效率，削减了人工和材料的运用