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摘要：结合湖北恩来恩黔高速公路大茅坡2#大桥工程实例，阐述在桥梁独柱墩盖梁施工中双抱箍托架体系的设计与计算。
关键词：独柱墩盖梁双抱箍托架体系设计与计算
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1工程概述
湖北恩来恩黔高速公路地处鄂西南山区，地貌切割严重，地形条件复杂，大部分桥梁下构设计为独柱墩结构。其中我标段内的大茅坡2#大桥，全长764m，除过渡墩外，其余桥墩均采用桩基础独柱墩结构，独柱墩直径均为φ=2.0m，最高墩柱31m，盖梁高2.8m，宽2.4m，长10.9m，盖梁C40混凝土57.2方。
2双层抱箍托架体系结构构造
桥梁独柱墩盖梁现浇，常规采用满堂支架法施工。但山区独柱墩采用满堂支架法施工中存在以下困难：一是山区地势陡峭，场地狭窄，不便于脚手管的搭设以及基础处理；二是部分墩柱较高，满堂支架存在较大失稳风险。综合考虑，施工中决定采用双层抱箍托架法进行盖梁施工。其施工情况见图1：
图1独柱墩盖梁双抱箍托架法施工
2.1 托架結构
本托架体系组成如下：两个两个内径为φ=2.0m，钢板厚δ20mm的抱箍作为托架的支承点，两根I28*2工字钢作为主梁，四根I25*2工字钢作为斜撑，主梁上设I14作为分配梁。其托架具体结构详图见图2所示：
图2托架体系结构图
托架施工中注意事项：（1）考虑吊车起吊能力及人工施工因素，托架主梁及斜撑均采用双工字钢进行拼装，以减轻单次吊装重量；（2）为方便托架拆卸，上抱箍与主梁间宜设置砂箱；（3）为加强托架整体稳定性，主梁及斜撑间宜设连接拉杆；（4）斜撑与主梁、下抱箍间设置法兰盘及高强螺栓连接；（5）托架安装后，应采取适当固定措施防止其转动引起的横桥向偏位。
2.2盖梁模板
盖梁模板采用厂制定型钢模板，拼装采用侧模及端模座落与底模上的形式，螺栓连接。底模下设三角桁架，座落于分配梁上，三角架支腿采用槽钢制作。
3主要构件设计计算
3.1 托架设计及验算
3.1.1荷载集度的确定
砼自重荷载取26KN/m3，靠近墩柱处盖梁荷载最大，此处荷载集度为：
砼自重q1=2.8m*2.4m*26 KN/m3=174.72 KN/m；钢模板自重：q2=9.0KN/m（根据模板设计资料）；底模三角架自重：q3=2KN/m（根据三角架设计资料）；工字钢横梁及分配梁自重：q4=5 KN/m；人群机具及振捣产生荷载：q5=4 KN/m2×2.4m=9.6 KN/m；靠近墩柱处荷载集度合计：q总=q1+q2+q3+q4+q5 =200.32 KN/m。
考虑偏压及砼冲击力等偶然荷载，取1.2倍安全系数，则荷载集度：q=q总×1.2=240.4KN/m
3.1.2分配梁抗弯与挠度验算
分配梁I14工字钢的弹性模量E=2.1×105MPa，惯性矩I=712cm4，抗弯模量Wx=101.7cm3
靠近墩柱处横梁的荷载集度最大，所以验算此处工字钢。取横梁间距为20cm，作用在单根横梁上的荷载Gh’=q×0.2=240.4×0.2=48KN,作用在横梁上均布荷载为：qh’=Gh’/Lh=48/2.4=20KN/m,最大弯矩：Mmax= qh’Lh 2/8=20×2.42/8=14.4 kN·m
σ=Mmax/Wx=14.4×1000/(101.7×10-6)=142MPa<[σw]=145 MPa (满足要求)
最大挠度：fmax= 5 qh’Lh 4/384×EI=5×20×2.44/(384×2.1×108×712×10-8)＝0.0058 m <[f]＝2.4/400＝0.006m (满足要求)
3.1.3工字钢主梁力学计算
工字钢主梁采用两根I28双拼
按照简化力学模型图，托架体系为一次超静定结构如图3：
图3
利用结构力学软件计算得出结构弯矩图和剪力图4、图5
图4
图6
主梁两端支点处为弯矩和剪力最大处，检算此处：
正应力σmax=M/W=148KN×1000m/1570m3=94.3Mpa<[σ]=145Mpa；切应力τ=FSx/IXb=197.8KN×1000m3/(376m4×13.5)=39Mpa<[τ]=85Mpa；最大挠度在端部，fmax=0.0028m<[f]=2.14/400=0.005m
3.1.4斜撑力学计算
斜杆采用两个I25工字钢双拼，斜杆主要承受轴向力，验算受压稳定性。实际施工时最不利状态是上层抱箍与工字钢横梁没有紧密接触，所以在验算斜杆时，不考虑上层抱箍对横梁的支撑，假设所有荷载加在斜杆上，按《钢结构设计与计算》规定，斜杆截面属于压杆b类截面，验算其受压稳定性：
轴力N=[（55+120.2）/2×4.8+（120.2+20）/2×1.2]/sin45.8=688.8KN
长细比λx=58, λy=86.5刚度满足要求。
检查Y轴作用平面压杆稳定：查《钢结构设计规范》附表3-26得ψ=0.645, [σ]=145Mpa，N/Aψ=688.8kN/(107.026m2×0.645)=100 Mpa <[σ]=145Mpa
3.2 抱箍与螺栓力学计算
抱箍与墩柱间最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积，即F静=f×N。
查表得M24高强螺栓的设计预拉力[F]=225KN，取施工预拉力F=200KN。一侧抱箍螺栓个数12个，螺栓总数为24个，每个抱箍对墩柱产生的总压力为N=24×200KN=4800KN，钢材与混凝土间的摩擦系数为0.3～0.4，取f=0.35。则抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为F静=1680KN。
按托架横梁简化受力结构图计算斜杆支撑横梁处支座反力RA=RB=346.55KN，墩柱处支座反力RC=315.76KN
则下层抱箍承受的竖向荷载R下=4×346.55KN=1386.2KN 主工字钢和斜撑之间连接螺栓主要承受剪切力，查《钢结构设计规范》表3.4.1-4得M10.9级高强螺栓设计抗剪强度为310N/mm2，本结构采用M24高强螺栓，换算得每颗M24高强螺栓抗剪承载力为fv=310×3.1415×122=140KN，主工字钢和斜撑之间采用6颗高强螺栓连接，抗剪承载力为140KN×6=840KN＞[（55+120.2）/2×4.8+（120.2+20）/2×1.2]/tan45.8=490KN，螺栓受力安全。
4结束语
在湖北恩来恩黔高速公路大茅坡2#桥独柱墩盖梁施工中，双抱箍托架法施工工艺得到了较成功的应用，其最大优点是克服了为支撑盖梁底模对地基承载力及施工场地的要求，操作相对较简单，易于控制施工质量与安全。
参考文献
[1] 李廉锟.结构力学.高等教育出版社 2006；
[2] 孙训芳.材料力学. 高等教育出版社 2005；
关键词：独柱墩盖梁双抱箍托架体系设计与计算
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1工程概述
湖北恩来恩黔高速公路地处鄂西南山区，地貌切割严重，地形条件复杂，大部分桥梁下构设计为独柱墩结构。其中我标段内的大茅坡2#大桥，全长764m，除过渡墩外，其余桥墩均采用桩基础独柱墩结构，独柱墩直径均为φ=2.0m，最高墩柱31m，盖梁高2.8m，宽2.4m，长10.9m，盖梁C40混凝土57.2方。
2双层抱箍托架体系结构构造
桥梁独柱墩盖梁现浇，常规采用满堂支架法施工。但山区独柱墩采用满堂支架法施工中存在以下困难：一是山区地势陡峭，场地狭窄，不便于脚手管的搭设以及基础处理；二是部分墩柱较高，满堂支架存在较大失稳风险。综合考虑，施工中决定采用双层抱箍托架法进行盖梁施工。其施工情况见图1：
图1独柱墩盖梁双抱箍托架法施工
2.1 托架結构
本托架体系组成如下：两个两个内径为φ=2.0m，钢板厚δ20mm的抱箍作为托架的支承点，两根I28*2工字钢作为主梁，四根I25*2工字钢作为斜撑，主梁上设I14作为分配梁。其托架具体结构详图见图2所示：
图2托架体系结构图
托架施工中注意事项：（1）考虑吊车起吊能力及人工施工因素，托架主梁及斜撑均采用双工字钢进行拼装，以减轻单次吊装重量；（2）为方便托架拆卸，上抱箍与主梁间宜设置砂箱；（3）为加强托架整体稳定性，主梁及斜撑间宜设连接拉杆；（4）斜撑与主梁、下抱箍间设置法兰盘及高强螺栓连接；（5）托架安装后，应采取适当固定措施防止其转动引起的横桥向偏位。
2.2盖梁模板
盖梁模板采用厂制定型钢模板，拼装采用侧模及端模座落与底模上的形式，螺栓连接。底模下设三角桁架，座落于分配梁上，三角架支腿采用槽钢制作。
3主要构件设计计算
3.1 托架设计及验算
3.1.1荷载集度的确定
砼自重荷载取26KN/m3，靠近墩柱处盖梁荷载最大，此处荷载集度为：
砼自重q1=2.8m*2.4m*26 KN/m3=174.72 KN/m；钢模板自重：q2=9.0KN/m（根据模板设计资料）；底模三角架自重：q3=2KN/m（根据三角架设计资料）；工字钢横梁及分配梁自重：q4=5 KN/m；人群机具及振捣产生荷载：q5=4 KN/m2×2.4m=9.6 KN/m；靠近墩柱处荷载集度合计：q总=q1+q2+q3+q4+q5 =200.32 KN/m。
考虑偏压及砼冲击力等偶然荷载，取1.2倍安全系数，则荷载集度：q=q总×1.2=240.4KN/m
3.1.2分配梁抗弯与挠度验算
分配梁I14工字钢的弹性模量E=2.1×105MPa，惯性矩I=712cm4，抗弯模量Wx=101.7cm3
靠近墩柱处横梁的荷载集度最大，所以验算此处工字钢。取横梁间距为20cm，作用在单根横梁上的荷载Gh’=q×0.2=240.4×0.2=48KN,作用在横梁上均布荷载为：qh’=Gh’/Lh=48/2.4=20KN/m,最大弯矩：Mmax= qh’Lh 2/8=20×2.42/8=14.4 kN·m
σ=Mmax/Wx=14.4×1000/(101.7×10-6)=142MPa<[σw]=145 MPa (满足要求)
最大挠度：fmax= 5 qh’Lh 4/384×EI=5×20×2.44/(384×2.1×108×712×10-8)＝0.0058 m <[f]＝2.4/400＝0.006m (满足要求)
3.1.3工字钢主梁力学计算
工字钢主梁采用两根I28双拼
按照简化力学模型图，托架体系为一次超静定结构如图3：
图3
利用结构力学软件计算得出结构弯矩图和剪力图4、图5
图4
图6
主梁两端支点处为弯矩和剪力最大处，检算此处：
正应力σmax=M/W=148KN×1000m/1570m3=94.3Mpa<[σ]=145Mpa；切应力τ=FSx/IXb=197.8KN×1000m3/(376m4×13.5)=39Mpa<[τ]=85Mpa；最大挠度在端部，fmax=0.0028m<[f]=2.14/400=0.005m
3.1.4斜撑力学计算
斜杆采用两个I25工字钢双拼，斜杆主要承受轴向力，验算受压稳定性。实际施工时最不利状态是上层抱箍与工字钢横梁没有紧密接触，所以在验算斜杆时，不考虑上层抱箍对横梁的支撑，假设所有荷载加在斜杆上，按《钢结构设计与计算》规定，斜杆截面属于压杆b类截面，验算其受压稳定性：
轴力N=[（55+120.2）/2×4.8+（120.2+20）/2×1.2]/sin45.8=688.8KN
长细比λx=58, λy=86.5刚度满足要求。
检查Y轴作用平面压杆稳定：查《钢结构设计规范》附表3-26得ψ=0.645, [σ]=145Mpa，N/Aψ=688.8kN/(107.026m2×0.645)=100 Mpa <[σ]=145Mpa
3.2 抱箍与螺栓力学计算
抱箍与墩柱间最大静摩擦力等于正压力与摩擦系数的乘积，即F静=f×N。
查表得M24高强螺栓的设计预拉力[F]=225KN，取施工预拉力F=200KN。一侧抱箍螺栓个数12个，螺栓总数为24个，每个抱箍对墩柱产生的总压力为N=24×200KN=4800KN，钢材与混凝土间的摩擦系数为0.3～0.4，取f=0.35。则抱箍与墩柱间的最大静摩擦力为F静=1680KN。
按托架横梁简化受力结构图计算斜杆支撑横梁处支座反力RA=RB=346.55KN，墩柱处支座反力RC=315.76KN
则下层抱箍承受的竖向荷载R下=4×346.55KN=1386.2KN
4结束语
在湖北恩来恩黔高速公路大茅坡2#桥独柱墩盖梁施工中，双抱箍托架法施工工艺得到了较成功的应用，其最大优点是克服了为支撑盖梁底模对地基承载力及施工场地的要求，操作相对较简单，易于控制施工质量与安全。
参考文献
[1] 李廉锟.结构力学.高等教育出版社 2006；
[2] 孙训芳.材料力学. 高等教育出版社 2005；