上跨公路連續梁懸灌法施工臨時支架結構穩定性研究

摘 要：根據某上跨連續梁0#塊的設計特點，本文設計了0#塊的臨時支架體系，并利用有限元軟件進行建模，通過有限元軟件模擬了上部排架、翼緣墊梁、橫梁、鋼管及其連接系等部位的受力情況，計算結果表明，排架最大正應力和最大剪應力均位于排架中部區域，最大正應力為118.5MPa，最大剪應力59.6MPa。鋼管及其連接系受力中最大正應力和最大剪應力均出現在排架下部區域。需要在施工過程中對受力較突出部位加強連接和觀測等，以保證臨時支架體系順利施工，可為類似工程實踐提供借鑒。

關鍵詞：連續梁；臨時支架；有限元數值模擬；安全施工

中圖分類號：U 445" " 文獻標志碼：A

山東省內某公路橋梁在上跨既有國道處設有一處（40+72+72+40）m連續梁，沿線地表水類型主要為河流水和水塘、沿線河流和水塘散布谷地，為灌溉用水源地。沿線地下水主要為第四系孔隙水、基巖裂隙水和碳酸鹽巖地區巖溶水。橋梁所處屬于低山丘陵地貌，地勢起伏，較陡峻，自然坡度約28°～42°，相對高差約70m～90m，植被發育，以灌木叢為主，下坡低緩處辟為農田、菜地，橋梁兩側發育少量沖溝。主梁梁體為單箱單室、變高度和變截面箱梁，邊跨跨徑40.0m，中跨跨徑72m，全梁長225.5m，含兩側梁端至邊支座中心各0.75m。梁體各控制截面梁高分別如下：邊跨直線段和中跨跨中截面最低點處梁高為3.6m，中支點最低點處梁高為6.2m，梁高按圓曲線變化，箱梁頂寬12.6m，底寬6.7m。箱梁橫截面為單箱單室直腹板截面。頂板厚40cm，腹板厚分別為50cm、70cm、90cm和110cm。全橋共設5道橫隔梁，分別設于中支點、端支點。中支點處設置厚2.4m的橫隔梁，邊支點處設置厚1.45m的端隔梁，隔板設有孔洞，供檢查人員通過。由于上跨運營公路，施工風險較大，因此主墩0#塊的臨支撐體系施工是整個連續梁施工的重中之重，將直接影響后續連續梁施工的安全與質量。

1 臨時支架體系組成與搭設

0#塊支架采用鋼管立柱+墩身預埋牛腿的形式。模板采用厚1.8cm的木膠板，模板底縱向支墊（10×10）cm方木，腹板方木間距為20cm，排架采用工12型鋼，翼緣處采用I40a墊梁，橫梁采用2I28b型鋼，樁頂分配梁采用2I45a型鋼，立柱采用（8630×0）mm無縫鋼管，臨時支座設置在墩頂大、小里程兩側，采用C50鋼筋混凝土，順橋向長0.6m，橫橋向長1.5m，高0.75m。每個0#塊下設4個臨時支座。臨時支座主筋深入墩身長度1m，深入梁體1m。臨時支座采用HRB400Ф32mm鋼筋為主鋼筋，鋼筋采用HRB400鋼筋。縱梁由I12.6工字鋼排架組成，腹板區底部6排排架，空腔區底部8排排架，共14排；下橫梁采用雙拼I28b工字鋼，共5排，間距100cm；墊梁采用雙拼I45b工字鋼，共3排，間距300cm。三角托架上部水平橫梁為雙槽鋼2[28c，下部豎桿和斜桿為雙槽鋼2[25c，與墩身預埋件連接，其中預埋件上的螺栓為安裝固定螺栓，上部預埋件加設精軋螺紋鋼筋，并進行張拉預緊。0#塊臨時體現結構布置圖如圖1所示。

0#塊施工支架體系采用堆載預壓塊的方式進行預壓。為了使預壓加載過程與實際施工過程中的托架受力狀態相吻合，將面荷載模擬成等效的多點集中荷載。施壓目的主要是通過測量觀察各施壓節點處的變化來檢驗托架的穩定性、安全性和變形等，以消除自身非彈性變形，測定彈性變形關系曲線，從而為確定立模標高并做好預拱度的預留提供依據。混凝土預壓塊在預制場集中預制尺寸（1×1×1）m，體積為1m3，預壓塊每塊約2.4t，預壓塊堆放過程中需要嚴格以對稱分布方式進行堆放。

0#塊施工支架預壓分三級進行，分級加載。第一級為60%，第二級為設計值的100%，第三級為設計值的120%。每級加載完畢1h后進行變形觀測，加載完畢后應每6h測量一次變形值。預壓荷載時間以支架變形穩定為原則確定。最后2次沉落量觀測平均值之差≤2mm時，才能進行下一級預壓工作。做好詳細記錄，卸載時按照加載的相反工序卸載，均需測量測點標高并做好記錄。

預壓完成后，根據實測的線性和非彈性變形，由第三方根據數據給出立模標高后才可開始底模鋪設。為確保施工安全，需要設專門人員對使用過程中的支架進行巡查檢測[1]。

2 臨時支架體系穩定性有限元模擬

有限元計算擁有眾多優點，可以處理復雜的結構和加載條件[2-3]。有限元計算可以對真實工程中的復雜結構進行分析，包括非線性和動力學效應，并能處理各種類型的加載條件。對于大型、復雜結構和非線性材料，有限元計算可以提供較高精度和可靠性，較好地適應各種結構、材料和加載條件，并進行模型修改和優化設計。有限元計算可以提供豐富的結果輸出和可視化功能，包括位移、應力、應變和應力云圖等，確定支架受力較不利的位置，便于進行結果分析，并在后續采用相應的施工技術措施。0#塊臨時支架體系有限元模型如圖2所示。其中托架采用鉸接固定，分配梁間采用鉸接進行約束[4-5]。

根據上文所建模型，使用得到的梁體內力并結合排架的布置形式和支撐點位置計算排架的受力情況，計算結果如圖3所示。由圖3可知，排架受力基本呈對稱分布，沿橋梁縱向邊緣排架受力較小。排架最大正應力和最大剪應力均位于排架中部區域，剪力在下部排架中較明顯，最大正應力f=118.5MPalt;215MPa，最大剪應力f=59.6MPalt;125MPa，滿足設計強度要求。

鋼管及其連接系為支架體系的下部結構，其強度和穩定性對整個施工尤為重要，因此需要進行鋼管及其連接系三維計算分析，計算結果云圖如圖4所示。

鋼管及其連接系受力中最大正應力和最大剪應力均出現在支架的下部區域，也基本呈對稱分布的特性，在施工過程中對其足夠重視。其中最大正應力f=51.1MPalt;215MPa，最大剪應力f=2MPalt;125MPa，滿足要求。

混凝土澆筑前按照施工荷載的1.1倍系數進行預壓，各構件計算結果見表1。0#塊支架結構強度、剛度和穩定性滿足受力要求，可以根據前期設計方案進行施工。

經計算，橫梁最大正應力與最大剪應力基本呈幾何軸對稱分布，最大正應力f=146.8MPalt;215MPa，最大剪應力f=48.3MPalt;

125MPa，最大相對變形為Δ=6.9mmlt;2000/200=10mm，滿足設計要求。翼緣墊梁最大組合正應力f=40.8MPalt;215MPa，最大剪應力f=17.1MPalt;125MPa，最大相對變形為Δ=0.3mmlt;1000/400=2.5mm，滿足設計和規范要求。

3 臨時支架施工注意事項

搭設連續梁支架是一項復雜的工程任務，需要遵循嚴格的安全操作規范。根據上文三維數值模擬仿真計算結果，需要重點施工下部鋼管及其連接系與上部連接處，嚴格保證其安全和質量。同時，在上部排架施工過程中，中部區域應力較大的位置，應采用加強焊接的方式保證連接點的穩定，每日作業前都應進行例行安全質量檢查。同時也應做好以下5點。1）地基準備。確保搭設支架的地基堅固、平整，能夠承受支架和梁體的質量。必要時進行地基加固或地基處理。2）支架選擇。根據連續梁的設計要求選擇適當的支架類型和規格。支架應具備足夠的承重能力和穩定性，并符合相關標準和規范。按照支架制造商的說明書進行組裝，確保每個連接點都牢固可靠，使用合適的緊固件和連接方式。3）梁體安裝。搭設支架前，對梁體進行徹底檢查，確保沒有明顯的損傷或缺陷。使用適當的起重設備進行梁體的吊裝和定位，保持梁體水平和垂直。4）監測和檢查。持續監測支架的穩定性和承載能力，及時發現并處理異常情況。對支架進行定期檢查和維護，確保其正常運行。5）垂直度和水平度。在支架搭設過程中，必須確保支架系統垂直度和水平度符合設計要求。根據本文上述設計，研究對象連續梁0#塊順利施工完成。

4 結論

本文根據連續梁工程特點設計了0#塊支架，經計算發現排架最大正應力和最大剪應力均位于排架中部區域，剪力在下部排架中較明顯，最大正應力f=118.5MPalt;215MPa，最大剪應力f=59.6MPalt;125MPa，均能滿足設計需要。

在鋼管及其連接系受力中，最大正應力和最大剪應力均出現在支架的下部區域，也基本呈對稱分布的特性，在施工過程中需要對其足夠重視，其中最大正應力f=51.1MPalt;215MPa，最大剪應力f=2MPalt;125MPa，滿足要求。

對于計算所得應力較集中的區域，鋼管及其連接系與上部、基礎連接處需要重點施工，嚴格保障其安全和質量。在上部排架施工過程中，對于中部區域應力較大的位置，應采用加強焊接的方式，以保證連接薄弱點的穩定和牢固。

參考文獻

[1]李楊.跨公路連續梁支架設計與計算分析[J].交通世界，2020（11）：121-122，125.

[2]皇甫曉滑.基于在線監測施工支架可靠性分析與安全性評價[D].石家莊：石家莊鐵道大學，2022.

[3]王福亮.施工中現澆連續箱梁臨時支架計算及驗算實例[J].城市道橋與防洪，2016（8）：202-204，20.

[4]張義民.某鐵路跨公路連續梁支架方案[J].科技創新與應用，2015（21）：74-75.

[5]江賢圣，孫政.橋梁整體現澆支架方案的探討[J].礦業快報，2006（4）：63-64，67.