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            橋梁模板資訊

            福州蓋梁施工的幾種支撐體系!

            信息來源:www.istorian.com | 發布時間:2021年03月02日

               近年,公路橋梁中有不少橋梁的下部結構采用簡單的剛架結構,即橋梁的下部基礎為兩根或多根樁基礎,墩身為兩根圓柱墩,樁間系梁聯結(或不設系梁),墩頂蓋梁聯結。例如,已經建成的京福高速公路大黃山特大橋、邵店鎮沭河大橋,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,均是采用這種結構。在這些橋梁的蓋梁施工中,采用了支架法、橫穿型鋼法、預埋鋼板法、抱箍法等等施工方法,有成功經驗也有失敗的教訓。下面就這些施工方法的優缺點從施工質量、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
               
               在墩柱內預先埋設預留孔,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,在墩柱內埋設留預孔,影響墩柱的外觀質量,其處理不但費工費時而且還很難領人滿意;再次,這種體系一般不易取得監理、設計部門及業主的認同。因此,這種體系現已較少采用。
               
               2、預埋鋼板法
               
               在墩柱中預埋鋼板,拆模后在預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,預埋鋼板要消耗大量鋼材,很不經濟;二,鋼支撐的焊接工作是相當大,對焊接質量的要求也比較高,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。蓋梁施工的所有臨時設施重量及蓋梁重量均由支架承受,直接傳到地面。這種方法的優點是,一,支架的形式及高低可根據墩周圍的地形和墩柱的高度等隨機變化,方法靈活;二,不用在墩柱上設置預埋件,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,嚴重影響蓋梁的施工質量。二,墩柱較高時,必須對支架進行預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整底模高度;對于鋼管支架,從經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
               
               其力學原理:是利用在墩柱上的適當部位安裝抱箍并使之與墩柱夾緊產生的較大靜摩擦力,來克服臨時設施及蓋梁的重量。
               
               抱箍法的關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 抱箍的結構形式
               
               抱箍的結構形式涉及箍身的結構形式和連接板上螺栓的排列。
               
               4.1.1 箍身的結構形式
               
               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,為適應各種不圓度的墩身,抱箍的箍身宜采用不設環向加勁的柔性箍身,即用不設加勁板的鋼板作箍身。這樣,在施加預拉力時,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,要有足夠數量的螺栓來保障預拉力。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所示的結構形式。
               
               4.2 連接螺栓數量的計算
               
               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。
               
               而正壓力N與螺栓的預緊力是對平衡力,根據抱箍的結構形式,假定每排螺栓個數為n,則螺栓總數為4 n,若每個螺栓預緊力為F1,則抱箍與墩柱間的總正壓力為N=4×n×F1。
               
               對于抱箍這樣的結構,為減少螺栓個數,可采用材質為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:一是高強度螺栓經過一次加力松弛循環后一般不能再用,這與抱箍需多次重復使用的要求不相符;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。
               
               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 抱箍結構上應注意的問題
               
              ?。?)箍身應有適當強度和剛度,以傳遞拉力、摩擦力并支承上部結構重量,可采用厚度為10mm~20mm的鋼板。
               
              ?。?)由于抱箍連接板是直接承受螺栓拉力的構件,要有足夠的強度和剛度,根據理論計算及實踐經驗,以采用厚度為24mm~30mm的鋼板為宜。
               
              ?。?)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,螺栓布置應盡可能緊湊,以剛好能滿足施工及傳力要求為宜。
               
              ?。?)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排螺栓應給連接板設置一加勁板。
               
               4.3.2 施工中應注意的問題
               
              ?。?)抱箍與墩柱間的正壓力是由連接螺栓施加的,螺栓應首先,進行預緊,然后再用經校驗過的帶響板手進行終擰。預緊及終擰順序均為先內排后外排,以使各螺栓均勻受力并確保螺栓的拉力值。
               
              ?。?)澆筑蓋梁混凝土時,由于抱箍受力后產生變形,螺栓的拉力值會發生變化。因此,在澆筑蓋梁的全過程中應反復對螺栓進行復擰,即每澆筑一層混凝土均應對螺栓復擰一次。
               
               綜上所述,只要采取適當措施,抱箍法是完全可行的。抱箍法有很多優點,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,不需要額外的調節底模高度的墊木或分配梁;三,抱箍法適應性強,不論水中岸上、有無系梁,只要是圓形墩柱就可采用;四,抱箍法節省人力物力是顯而易見的,因此從經濟上講是較合算的;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,不用進行預壓。
               
               5、工程應用
               
               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套側模,共需4套支撐設備。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為4,抱箍總高度500mm。每套支撐設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
               
               設備所有鋼材(其中工字鋼租賃)  12.8t
               
               基礎硬化砼 40 m3 0
               
               分配梁方木 16.4m3 8.4 m3
               
               蓋梁支撐設備投入的資金 4.1萬元 2.7萬元
               
               6、總結
               
               通過上面的分析可知,抱箍法具有施工簡單,適應性強,節省投資,施工周期短等優點。由于其他支撐體系的優點抱箍法都有,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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