橋梁施工過程中的高墩大跨結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制研究

摘要：高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和施工環(huán)境，其在施工過程中面臨著各種穩(wěn)定性問題，如風(fēng)載荷、地震載荷、施工荷載等。主要探討了高墩大跨橋梁在施工過程中存在的穩(wěn)定性問題，分析了結(jié)構(gòu)在各個(gè)施工階段的受力情況，并提出了一系列的控制措施。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)了采取主動(dòng)措施以降低潛在穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)的重要性，為類似橋梁工程施工提供了有價(jià)值的參考和指導(dǎo)，以提升施工的安全性和效率。

關(guān)鍵詞：橋梁施工"高墩大跨"結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性"支撐系統(tǒng)"預(yù)應(yīng)力加固

Stability"Control"Research"on"High-Pier"and"Long-Span"Structures"During"Bridge"Construction"Process

ZHANG"Hao

Beijing"Huanhui"Real"Estate"Co.，"Ltd.，"Beijing，"101113"China

Abstract："High-pier"and"large-span"bridge"structures"have"complex"design"characteristics"and"construction"environment，"they"face"various"stability"issues"arise"during"construction，"such"as"wind"loads，"seismic"loads，"and"construction"loads."This"paper"primarily"explores"the"stability"issues"faced"by"high-pier"and"long-span"bridges"during"thenbsp;construction"process，"analyzes"the"stress"situation"of"the"structure"at"different"construction"stages，"and"proposes"a"series"of"control"measures."At"the"same"time，"it"highlights"the"importance"of"taking"proactive"measures"to"reduce"potential"stability"risks，"providing"valuable"reference"and"guidance"for"similar"bridge"construction"projects"to"enhance"safety"and"efficiency.

Key"Words："Bridge"construction;"High-pier"and"long-span;"Structural"stability;"Support"system;"Prestressed"reinforcement

高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施中具有重要地位，其設(shè)計(jì)和施工具有獨(dú)特的挑戰(zhàn)性。由于橋梁高度大、跨度長，在施工過程中，橋梁結(jié)構(gòu)容易受到各種外部因素的影響，導(dǎo)致穩(wěn)定性問題的產(chǎn)生。風(fēng)載荷、地震作用、溫度變化、施工荷載等因素在施工過程中對橋梁的安全性構(gòu)成了威脅。因此，研究高墩大跨橋梁在施工過程中的穩(wěn)定性控制措施具有重要的工程意義。

1橋梁高墩大跨結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與穩(wěn)定性

1.1高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

在橋梁工程施工過程中，高墩大跨度連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁是一種常用的橋梁結(jié)構(gòu)，具有行車舒適度高、跨越能力大、不需要大型支座等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國公路建設(shè)行業(yè)的不斷發(fā)展，需要穿越山嶺地區(qū)的高墩大跨度橋梁也越來越多，為高墩大跨度連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)橋的發(fā)展創(chuàng)造了新的機(jī)遇，與此同時(shí)，如何保證橋梁的施工水平，提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性也成為了管理的重點(diǎn)。為了確保高墩大跨度連續(xù)鋼橋可以順利完成，需要做好高墩大跨度連續(xù)鋼構(gòu)橋的施工控制[1]。高墩大跨度連續(xù)鋼構(gòu)橋的穩(wěn)定性問題關(guān)系到整個(gè)施工和運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)的安全，并且對穩(wěn)定性影響的因素有很多。高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)可以分為以下3個(gè)方面。

1.1.1高墩的高度設(shè)計(jì)

高墩的設(shè)計(jì)高度較大，以支撐橋梁的大跨度結(jié)構(gòu)。這種高度設(shè)計(jì)能夠有效分散橋梁的豎向荷載，但同時(shí)也導(dǎo)致施工中面臨獨(dú)特的力學(xué)特性和穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。在施工過程中，應(yīng)保證高墩高度的精確性，以減少因高度而引起的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力集中問題[2]。

1.1.2橋梁跨越能力

大跨度的橋梁設(shè)計(jì)要求具有較強(qiáng)的跨越能力，這需要考慮結(jié)構(gòu)的整體剛度，以確保橋梁在承載力上的穩(wěn)定性。橋梁跨越能力的設(shè)計(jì)需要精確計(jì)算結(jié)構(gòu)在自重和交通荷載作用下的變形和應(yīng)力分布，以保證橋梁的安全性和耐久性。

1.1.3抗風(fēng)和抗震性能

在高墩大跨橋梁施工時(shí)，必須充分考慮其抗風(fēng)和抗震性能，以確保結(jié)構(gòu)在施工過程中的安全性和穩(wěn)定性。抗風(fēng)設(shè)計(jì)，需要考慮高墩結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)和位移；抗震設(shè)計(jì)，則需確保橋梁在地震作用下具有足夠的抗震性能，減少地震對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

1.2高墩大跨橋梁在施工過程中的穩(wěn)定性問題

1.2.1風(fēng)載荷的影響

在橋梁施工過程中，風(fēng)載荷對高墩大跨結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生了顯著影響。研究數(shù)據(jù)表明，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到20"m/s時(shí)，高墩結(jié)構(gòu)的橫向位移可能增加至原始狀態(tài)的2倍，嚴(yán)重威脅施工的安全性。特別是在高空作業(yè)階段，風(fēng)力引起的振動(dòng)可能導(dǎo)致共振現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中區(qū)域加劇，增加整體的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。例如：根據(jù)模擬分析，施工過程中風(fēng)載荷的突然增加會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的位移量超出安全閾值，從而需要采取額外的支撐或減振措施[3]。

1.2.2地震載荷及其他環(huán)境因素

地震載荷及其他環(huán)境因素對橋梁施工的穩(wěn)定性有重要影響，當(dāng)?shù)卣鸺铀俣冗_(dá)到0.2"m/s2時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)會(huì)顯著增加，導(dǎo)致墩身產(chǎn)生較大的位移和內(nèi)力，這大大增加了施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)。地震作用會(huì)引起橋梁結(jié)構(gòu)的劇烈振動(dòng)，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，特別是在連接節(jié)點(diǎn)和高墩底部區(qū)域。此外，溫度變化可能引起結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮，導(dǎo)致應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)變形。根據(jù)熱脹冷縮的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度變化達(dá)到20"℃時(shí)，橋梁鋼材的線性膨脹可能引起高墩頂部的水平位移達(dá)10"mm以上，這種位移會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致橋梁的應(yīng)力集中，進(jìn)而影響整體穩(wěn)定性。

1.2.3施工荷載與結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)

在施工過程中，臨時(shí)荷載和設(shè)備荷載的施加會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力的重新分布，進(jìn)而影響整體穩(wěn)定性。施工荷載的增加不僅會(huì)改變結(jié)構(gòu)的應(yīng)力路徑，還會(huì)引起局部區(qū)域的應(yīng)力集中，特別是在支撐系統(tǒng)的連接點(diǎn)和墩頂區(qū)域。在不同施工階段，荷載的大小和位置不斷變化，會(huì)使結(jié)構(gòu)的受力情況也在動(dòng)態(tài)變化。例如：當(dāng)大型設(shè)備施加臨時(shí)荷載時(shí)，墩身的應(yīng)力可能增加至初始設(shè)計(jì)應(yīng)力的150%以上，這種應(yīng)力集中會(huì)加大結(jié)構(gòu)的變形，增加失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)[4]。此外，由于施工荷載的頻繁變化，橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞效應(yīng)也需要引起重視。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，反復(fù)加載作用下的高墩結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生微小裂縫，隨著時(shí)間的推移，這些裂縫可能逐漸擴(kuò)展，最終影響橋梁的整體穩(wěn)定性。

2橋梁施工中高墩大跨結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制方法

2.1施工階段力學(xué)分析

2.1.1施工過程力學(xué)特點(diǎn)

施工過程中，高墩大跨結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)包括受力復(fù)雜、荷載動(dòng)態(tài)變化和多種環(huán)境因素的共同作用。在施工過程中，通過結(jié)合數(shù)據(jù)和圖表進(jìn)行詳細(xì)分析，可以更直觀地理解結(jié)構(gòu)在不同階段的受力情況。例如：施工過程中的荷載變化可以通過應(yīng)力應(yīng)變曲線圖來表現(xiàn)，在不同時(shí)間點(diǎn)的荷載施加會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的應(yīng)力響應(yīng)。通過結(jié)合數(shù)據(jù)和圖表來進(jìn)行力學(xué)特點(diǎn)的分析，不僅能夠準(zhǔn)確地捕捉施工過程中的應(yīng)力變化，還可以為采取有效的穩(wěn)定性控制措施提供依據(jù)，如增加支撐結(jié)構(gòu)、優(yōu)化荷載路徑等[5]。

2.1.2不同施工階段的受力分析

在施工的各個(gè)階段，結(jié)構(gòu)的受力情況有所不同，通過荷載分布圖和應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以清晰地展示各階段結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，如圖1所示。

在基礎(chǔ)施工階段，墩底承受較大的豎向壓力。通過圖1可以看到，墩底的壓力分布相對均勻，但隨著高度的增加，受力逐漸集中。在中間施工階段，圖表顯示臨時(shí)荷載的施加導(dǎo)致墩身的局部應(yīng)力顯著增加，尤其是在支撐系統(tǒng)連接處，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。荷載分布圖和應(yīng)力應(yīng)變曲線中明確顯示在臨時(shí)荷載作用下的應(yīng)力峰值，這些應(yīng)力集中區(qū)域往往是結(jié)構(gòu)最脆弱的部分。

在上部結(jié)構(gòu)施工階段，風(fēng)載荷的影響顯著增強(qiáng)，通過圖1可以看到，結(jié)構(gòu)在高空作業(yè)時(shí)的橫向位移和振動(dòng)情況。在圖1中，隨著施工高度的增加，風(fēng)載荷作用力成倍增加，導(dǎo)致墩身的側(cè)向應(yīng)力大幅提升。應(yīng)力-應(yīng)變曲線還展示了高墩頂部區(qū)域因風(fēng)力作用而產(chǎn)生明顯的應(yīng)力增量，這些區(qū)域需要特別關(guān)注并進(jìn)行加固處理。

2.2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制措施

2.2.1設(shè)置臨時(shí)支撐系統(tǒng)并優(yōu)化支撐布局

在施工過程中，設(shè)置臨時(shí)支撐系統(tǒng)可以有效提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，臨時(shí)支撐系統(tǒng)的布局需要根據(jù)施工階段的具體情況進(jìn)行優(yōu)化，以確保支撐的有效性和穩(wěn)定性。首先，在基礎(chǔ)階段，需要選擇適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置支撐系統(tǒng)，以減少墩底的變形和應(yīng)力集中。在這一階段，墩底是整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的重要承重部分，通過合理布置支撐點(diǎn)，可以有效分散壓力，避免局部區(qū)域因受力過大而導(dǎo)致的穩(wěn)定性問題。其次，隨著施工的進(jìn)展，應(yīng)根據(jù)實(shí)際受力情況對支撐系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，確保其持續(xù)發(fā)揮作用。通過優(yōu)化支撐系統(tǒng)的設(shè)置，可以有效減少結(jié)構(gòu)在施工過程中的位移和振動(dòng)，降低不利荷載對結(jié)構(gòu)的影響[6]。例如：在某些風(fēng)力較大的施工區(qū)域，額外的側(cè)向支撐可以顯著降低結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移，從而減少結(jié)構(gòu)因振動(dòng)而導(dǎo)致的疲勞損傷。

2.2.2采用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)

首先，通過在施工中施加預(yù)應(yīng)力，可以抵消部分外部荷載帶來的不利影響，從而減小結(jié)構(gòu)的位移和變形。這種方法尤其適用于跨度較大的橋梁結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇罂缍葮蛄涸谑艿斤L(fēng)載、車載等外部荷載時(shí)，容易發(fā)生較大的撓度和側(cè)向位移，施加預(yù)應(yīng)力可以有效控制這些變形，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。其次，預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)還可以減少橋梁在長期使用過程中的應(yīng)力松弛現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性。橋梁在使用過程中，由于長期荷載的作用，內(nèi)部應(yīng)力可能逐漸松弛，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能下降。而預(yù)應(yīng)力的引入，可以通過對結(jié)構(gòu)施加反向的控制力，抵消一部分因長期荷載而引起的應(yīng)力松弛，從而保持結(jié)構(gòu)的性能穩(wěn)定。

3結(jié)語

高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中受到風(fēng)載荷、地震載荷、施工荷載等多方面的影響，面臨多種穩(wěn)定性問題。本文通過分析這些問題，提出了相應(yīng)的穩(wěn)定性控制措施。合理設(shè)置臨時(shí)支撐系統(tǒng)、合理安排施工順序、采用預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)等措施對保障橋梁施工的安全性和穩(wěn)定性具有重要作用。隨著橋梁技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)進(jìn)一步研究新型材料和智能化施工技術(shù)在橋梁穩(wěn)定性控制中的應(yīng)用。

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