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橋梁模板資訊
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福州蓋梁施工的幾種支撐體系!

信息來源:m.gcwi.cn | 發(fā)布時間:2021年03月02日

   近年,公路橋梁中有不少橋梁的下部結(jié)構(gòu)采用簡單的剛架結(jié)構(gòu),即橋梁的下部基礎(chǔ)為兩根或多根樁基礎(chǔ),墩身為兩根圓柱墩,樁間系梁聯(lián)結(jié)(或不設(shè)系梁),墩頂蓋梁聯(lián)結(jié)。例如,已經(jīng)建成的京福高速公路大黃山特大橋、邵店鎮(zhèn)沭河大橋,以及正在興建中的京杭運河特大橋、高水河特大橋、潤揚大橋南北引橋等,均是采用這種結(jié)構(gòu)。在這些橋梁的蓋梁施工中,采用了支架法、橫穿型鋼法、預(yù)埋鋼板法、抱箍法等等施工方法,有成功經(jīng)驗也有失敗的教訓(xùn)。下面就這些施工方法的優(yōu)缺點從施工質(zhì)量、工期和費用影響等方面進行一些簡單的探討。
   

蓋梁


   1、橫穿型鋼法
   
   在墩柱內(nèi)預(yù)先埋設(shè)預(yù)留孔,在孔中穿入型鋼并鎖定型鋼,由型鋼支撐支架、模板及整個蓋梁的重量。
   
   這種體系的優(yōu)點是,支架、模板及整個蓋梁的重量通過型鋼傳至墩柱,由墩柱承受,傳力途徑簡單明確,不存在支架下沉的問題。但這種體系的缺點也是明顯的,在墩柱內(nèi)埋設(shè)留預(yù)孔,影響墩柱的外觀質(zhì)量,其處理不但費工費時而且還很難領(lǐng)人滿意;再次,這種體系一般不易取得監(jiān)理、設(shè)計部門及業(yè)主的認(rèn)同。因此,這種體系現(xiàn)已較少采用。
   
   2、預(yù)埋鋼板法
   
   在墩柱中預(yù)埋鋼板,拆模后在預(yù)埋鋼板上焊接鋼支撐,由它來承受支架、模板及整個蓋梁的重量。
   
   這種體系的優(yōu)點與前一種體系一樣,支架、模板及整個蓋梁的重量通過鋼支撐及預(yù)埋鋼板傳至墩柱,由墩柱承受,傳力途徑簡單明確,不存在支架下沉的問題而且也不用破壞鋼模。這種體系的缺點是,一,預(yù)埋鋼板要消耗大量鋼材,很不經(jīng)濟;二,鋼支撐的焊接工作是相當(dāng)大,對焊接質(zhì)量的要求也比較高,而且蓋梁施工完后要對墩柱外觀進行處理,不但費工費時而且還較難保障質(zhì)量。故這種體系只在迫不得已的情況下采用。
   
   3、支架法
   
   采用支架法施工,這是目前用得較多的一種方法。支架可用桿件也可采用鋼管支架搭設(shè)。蓋梁施工的所有臨時設(shè)施重量及蓋梁重量均由支架承受,直接傳到地面。這種方法的優(yōu)點是,一,支架的形式及高低可根據(jù)墩周圍的地形和墩柱的高度等隨機變化,方法靈活;二,不用在墩柱上設(shè)置預(yù)埋件,不會對墩柱外觀造成影響。但這種方法也有不少缺點,一,支架法施工對地基的承載力要求比較高 ,一般均要求對地基進行壓實,對軟土地基還需要澆筑砼地坪。因此,對地基的處理要花費較多人力物力。如果對地基的處理稍有不慎,即可造成支架整體下沉,嚴(yán)重影響蓋梁的施工質(zhì)量。二,墩柱較高時,必須對支架進行預(yù)壓以消除非彈性變形,這需要消耗大量人力物力。三,由于墩柱高度的變化而調(diào)整底模高度;對于鋼管支架,從經(jīng)濟上講都是不合算的,而且還要大量不必要的人力。四,墩柱較高時,支架龐大,需要巨額投入而且安裝支架費時耗力。五,水中施工無系梁橋墩時,支架法很難用得上。由此可知,支架法施工雖然方便靈活,但該法有其自身固有的缺點,在施工時尤需注意支架的穩(wěn)定性、非彈性變形及地基沉降等方面的問題。
   
   4、抱箍法
   
   其力學(xué)原理:是利用在墩柱上的適當(dāng)部位安裝抱箍并使之與墩柱夾緊產(chǎn)生的較大靜摩擦力,來克服臨時設(shè)施及蓋梁的重量。
   
   抱箍法的關(guān)鍵是要確保抱箍與墩柱間有足夠的摩擦力,以安全地傳遞荷載。下面就此問題進行討論。
   
   4.1 抱箍的結(jié)構(gòu)形式
   
   抱箍的結(jié)構(gòu)形式涉及箍身的結(jié)構(gòu)形式和連接板上螺栓的排列。
   
   4.1.1 箍身的結(jié)構(gòu)形式
   
   抱箍安裝在墩柱上時必須與墩柱密貼,這是個基本要求。由于墩柱截面不可能圓,各墩柱的不圓度是不同的,即使同一墩柱的不同截面其不圓度也千差萬別。因此,為適應(yīng)各種不圓度的墩身,抱箍的箍身宜采用不設(shè)環(huán)向加勁的柔性箍身,即用不設(shè)加勁板的鋼板作箍身。這樣,在施加預(yù)拉力時,由于箍身是柔性的,容易與墩柱密貼。
   
   4.1.2 連接板上螺栓的排列
   
   抱箍上的連接螺栓,其預(yù)拉力必須能夠保障抱箍與墩柱間的摩擦力能靠譜地傳遞荷載。因此,要有足夠數(shù)量的螺栓來保障預(yù)拉力。如果單從連接板和箍身的受力來考慮,連接板上的螺栓在豎向上較好布置成一排。但這樣一來,箍身高度勢必較大。尤其是蓋梁荷載很大時,需要的螺栓較多,抱箍的高度將很大,將加大抱箍的投入,且過高的抱箍也會給施工帶來不便。因此,只要采用厚度足夠的連接板并為其設(shè)置必要的加勁板,一般均將連接板上的螺栓在豎向上布置成兩排。這樣做在技術(shù)上是可行的,實踐也證明是成功的。因此,抱箍采用如圖4所示的結(jié)構(gòu)形式。
   
   4.2 連接螺栓數(shù)量的計算
   
   抱箍與墩柱間的較大靜摩擦力等于正壓力與摩擦系數(shù)的乘積,即F=f×N
   
   式中 F-抱箍與墩柱間的較大靜摩擦力;
   
   N-抱箍與墩柱間的正壓力;
   
   f-抱箍與墩柱間的靜摩擦系數(shù)。
   
   而正壓力N與螺栓的預(yù)緊力是對平衡力,根據(jù)抱箍的結(jié)構(gòu)形式,假定每排螺栓個數(shù)為n,則螺栓總數(shù)為4 n,若每個螺栓預(yù)緊力為F1,則抱箍與墩柱間的總正壓力為N=4×n×F1。
   
   對于抱箍這樣的結(jié)構(gòu),為減少螺栓個數(shù),可采用材質(zhì)為45號鋼,直徑30mm的大直徑螺栓或M27高強度螺栓。但采用M27高強度螺栓有兩個缺點:一是高強度螺栓經(jīng)過一次加力松弛循環(huán)后一般不能再用,這與抱箍需多次重復(fù)使用的要求不相符;再次安裝抱箍時需更換新螺栓,加大了投入;二是市場上沒有M27高強度螺栓,必須到專門的廠家購買,不能滿足隨時更換的要求。因此,一般均采用材質(zhì)45號鋼的M30大直徑螺栓。每個螺栓的允許拉力為[F]=As×[σ]
   
   式中As —螺栓的橫截面積,As=πd2/4
   
   [σ]—鋼材允許應(yīng)力。對于45號鋼,[σ]=2000kg/cm2。
   
   于是,[F]=[σ]πd2/4=2.0×3.14×32/4=14.13 t;取F1=14 t
   
   鋼材與混凝土間的摩擦系數(shù)為0.3~0.4,取f=0.3
   
   抱箍與墩柱間的較大靜摩擦力為F=f×N=f×4×n×F1=0.3×4×n×14=16.8n
   
   若臨時設(shè)施及蓋梁重量為G,則每個抱箍承受的荷載為Q=G/2。
   
   取安全系數(shù)為λ=2,則有Q=F/λ即G/2=16.8n/2;n=0.06×G
   
   故可取n為整數(shù)。
   
   可見,抱箍法從理論上是完全可行的。
   
   4.3 抱箍法施工的注意事項
   
   4.3.1 抱箍結(jié)構(gòu)上應(yīng)注意的問題
   
   (1)箍身應(yīng)有適當(dāng)強度和剛度,以傳遞拉力、摩擦力并支承上部結(jié)構(gòu)重量,可采用厚度為10mm~20mm的鋼板。
   
   (2)由于抱箍連接板是直接承受螺栓拉力的構(gòu)件,要有足夠的強度和剛度,根據(jù)理論計算及實踐經(jīng)驗,以采用厚度為24mm~30mm的鋼板為宜。
   
   (3)由于抱箍連接板上螺栓按雙排布置,外排螺栓施壓時對箍身產(chǎn)生較大的偏心力矩,對箍身傳力有不利影響,因此,螺栓布置應(yīng)盡可能緊湊,以剛好能滿足施工及傳力要求為宜。
   
   (4)為加強抱箍連接板的剛度并靠譜地傳遞螺栓拉力,在豎直方向上,每隔2~3排螺栓應(yīng)給連接板設(shè)置一加勁板。
   
   4.3.2 施工中應(yīng)注意的問題
   
   (1)抱箍與墩柱間的正壓力是由連接螺栓施加的,螺栓應(yīng)首先,進行預(yù)緊,然后再用經(jīng)校驗過的帶響板手進行終擰。預(yù)緊及終擰順序均為先內(nèi)排后外排,以使各螺栓均勻受力并確保螺栓的拉力值。
   
   (2)澆筑蓋梁混凝土?xí)r,由于抱箍受力后產(chǎn)生變形,螺栓的拉力值會發(fā)生變化。因此,在澆筑蓋梁的全過程中應(yīng)反復(fù)對螺栓進行復(fù)擰,即每澆筑一層混凝土均應(yīng)對螺栓復(fù)擰一次。
   
   綜上所述,只要采取適當(dāng)措施,抱箍法是完全可行的。抱箍法有很多優(yōu)點,一,抱箍法是臨時荷載及蓋梁重量直接傳給墩柱,對地基無任何要求;二,抱箍的安裝高度可隨墩柱高度變化,不需要額外的調(diào)節(jié)底模高度的墊木或分配梁;三,抱箍法適應(yīng)性強,不論水中岸上、有無系梁,只要是圓形墩柱就可采用;四,抱箍法節(jié)省人力物力是顯而易見的,因此從經(jīng)濟上講是較合算的;五,抱箍法不會破壞墩柱外觀,而且抱箍法施工時支架不存在非彈變形,不用進行預(yù)壓。
   
   5、工程應(yīng)用
   
   正在修建揚州西北繞城高速公路京杭運河特大橋西岸引橋墩柱直徑1.4m,中心距7.2m;蓋梁長12.0m,寬1.7m,高1.6m,混凝土量31.2m3,墩柱平均高8.0m;跨度30m,較大縱坡2%。引橋共48個墩柱,24個蓋梁。蓋梁施工共采用4套底模2套側(cè)模,共需4套支撐設(shè)備。較初擬定的方案為支架法。支架為滿堂支架,平均每個支架高8m,長14.4m,支架寬4.8m,經(jīng)計算得知,如用桿件,每套支架需桿件約13T,橫向分配梁需方木約2 m3,縱向分配梁需方木為2.1m3;支架基|考試大|底硬化砼共需約40 m3,此外,每拼裝一個支架至少 4d,且支架法需要進行預(yù)壓,至于消耗的人工就更不用說了。后改為抱箍法,考慮模板、支架及臨時荷載,施工時每套抱箍的總負荷G約為100t,于是n=Num(0.03×G+1)= Num(0.03×100+1)= Num(4)=4。實用中每排螺栓個數(shù)為4,抱箍總高度500mm。每套支撐設(shè)備包括兩根工字鋼和兩個抱箍,其中工字鋼重2.4t,兩個抱箍重0.8t,一套支撐設(shè)備共重3.2t;縱向分配梁與支架法相同:4個工人1d即可安裝1個支架;節(jié)省了大量投資,縮短了施工周期。兩種施工方法材料及工期對比見表1。
   
   表1   兩種施工方法材料及工期對比
   
   對比內(nèi)容  施工方法
   
   支架法  “抱箍”法
   
   一個蓋梁施工周期     12 d 9 d
   
   全部蓋梁支撐桿件(租賃)   52 t 0
   
   設(shè)備所有鋼材(其中工字鋼租賃)  12.8t
   
   基礎(chǔ)硬化砼 40 m3 0
   
   分配梁方木 16.4m3 8.4 m3
   
   蓋梁支撐設(shè)備投入的資金 4.1萬元 2.7萬元
   
   6、總結(jié)
   
   通過上面的分析可知,抱箍法具有施工簡單,適應(yīng)性強,節(jié)省投資,施工周期短等優(yōu)點。由于其他支撐體系的優(yōu)點抱箍法都有,而其它支撐體系的缺點抱箍法幾乎都沒有。因此,抱箍法是值得大力推廣的蓋梁施工支撐體系。
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