上跨公路連續(xù)梁懸灌法施工臨時支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究

摘 要：根據(jù)某上跨連續(xù)梁0#塊的設(shè)計特點，本文設(shè)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(jié)果表明，排架最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均位于排架中部區(qū)域，最大正應(yīng)力為118.5MPa，最大剪應(yīng)力59.6MPa。鋼管及其連接系受力中最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均出現(xiàn)在排架下部區(qū)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(guān)鍵詞：連續(xù)梁；臨時支架；有限元數(shù)值模擬；安全施工

中圖分類號：U 445" " 文獻標志碼：A

山東省內(nèi)某公路橋梁在上跨既有國道處設(shè)有一處（40+72+72+40）m連續(xù)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(qū)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(fā)育，以灌木叢為主，下坡低緩處辟為農(nóng)田、菜地，橋梁兩側(cè)發(fā)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(cè)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(shè)5道橫隔梁，分別設(shè)于中支點、端支點。中支點處設(shè)置厚2.4m的橫隔梁，邊支點處設(shè)置厚1.45m的端隔梁，隔板設(shè)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(xù)梁施工的重中之重，將直接影響后續(xù)連續(xù)梁施工的安全與質(zhì)量。

1 臨時支架體系組成與搭設(shè)

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(shè)置在墩頂大、小里程兩側(cè)，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(shè)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?？v梁由I12.6工字鋼排架組成，腹板區(qū)底部6排排架，空腔區(qū)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(shè)精軋螺紋鋼筋，并進行張拉預緊。0#塊臨時體現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(tài)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(jié)點處的變化來檢驗托架的穩(wěn)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(guān)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(jù)。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(shè)計值的100%，第三級為設(shè)計值的120%。每級加載完畢1h后進行變形觀測，加載完畢后應(yīng)每6h測量一次變形值。預壓荷載時間以支架變形穩(wěn)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(jù)實測的線性和非彈性變形，由第三方根據(jù)數(shù)據(jù)給出立模標高后才可開始底模鋪設(shè)。為確保施工安全，需要設(shè)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(wěn)定性有限元模擬

有限元計算擁有眾多優(yōu)點，可以處理復雜的結(jié)構(gòu)和加載條件[2-3]。有限元計算可以對真實工程中的復雜結(jié)構(gòu)進行分析，包括非線性和動力學效應(yīng)，并能處理各種類型的加載條件。對于大型、復雜結(jié)構(gòu)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(yīng)各種結(jié)構(gòu)、材料和加載條件，并進行模型修改和優(yōu)化設(shè)計。有限元計算可以提供豐富的結(jié)果輸出和可視化功能，包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)力云圖等，確定支架受力較不利的位置，便于進行結(jié)果分析，并在后續(xù)采用相應(yīng)的施工技術(shù)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(jù)上文所建模型，使用得到的梁體內(nèi)力并結(jié)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(jié)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(yīng)力和最大剪應(yīng)力均位于排架中部區(qū)域，剪力在下部排架中較明顯，最大正應(yīng)力f=118.5MPalt;215MPa，最大剪應(yīng)力f=59.6MPalt;125MPa，滿足設(shè)計強度要求。

鋼管及其連接系為支架體系的下部結(jié)構(gòu)，其強度和穩(wěn)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(jié)果云圖如圖4所示。

鋼管及其連接系受力中最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均出現(xiàn)在支架的下部區(qū)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(yīng)力f=51.1MPalt;215MPa，最大剪應(yīng)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(shù)進行預壓，各構(gòu)件計算結(jié)果見表1。0#塊支架結(jié)構(gòu)強度、剛度和穩(wěn)定性滿足受力要求，可以根據(jù)前期設(shè)計方案進行施工。

經(jīng)計算，橫梁最大正應(yīng)力與最大剪應(yīng)力基本呈幾何軸對稱分布，最大正應(yīng)力f=146.8MPalt;215MPa，最大剪應(yīng)力f=48.3MPalt;

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

3 臨時支架施工注意事項

搭設(shè)連續(xù)梁支架是一項復雜的工程任務(wù)，需要遵循嚴格的安全操作規(guī)范。根據(jù)上文三維數(shù)值模擬仿真計算結(jié)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(zhì)量。同時，在上部排架施工過程中，中部區(qū)域應(yīng)力較大的位置，應(yīng)采用加強焊接的方式保證連接點的穩(wěn)定，每日作業(yè)前都應(yīng)進行例行安全質(zhì)量檢查。同時也應(yīng)做好以下5點。1）地基準備。確保搭設(shè)支架的地基堅固、平整，能夠承受支架和梁體的質(zhì)量。必要時進行地基加固或地基處理。2）支架選擇。根據(jù)連續(xù)梁的設(shè)計要求選擇適當?shù)闹Ъ茴愋秃鸵?guī)格。支架應(yīng)具備足夠的承重能力和穩(wěn)定性，并符合相關(guān)標準和規(guī)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(shè)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?shù)钠鹬卦O(shè)備進行梁體的吊裝和定位，保持梁體水平和垂直。4）監(jiān)測和檢查。持續(xù)監(jiān)測支架的穩(wěn)定性和承載能力，及時發(fā)現(xiàn)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(shè)過程中，必須確保支架系統(tǒng)垂直度和水平度符合設(shè)計要求。根據(jù)本文上述設(shè)計，研究對象連續(xù)梁0#塊順利施工完成。

4 結(jié)論

本文根據(jù)連續(xù)梁工程特點設(shè)計了0#塊支架，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)排架最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均位于排架中部區(qū)域，剪力在下部排架中較明顯，最大正應(yīng)力f=118.5MPalt;215MPa，最大剪應(yīng)力f=59.6MPalt;125MPa，均能滿足設(shè)計需要。

在鋼管及其連接系受力中，最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力均出現(xiàn)在支架的下部區(qū)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(yīng)力f=51.1MPalt;215MPa，最大剪應(yīng)力f=2MPalt;125MPa，滿足要求。

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

參考文獻

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