高速公路橋梁工程中預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)研究

呂德權(quán)

摘要：先模擬高速公路橋梁工程的實(shí)際工況，對預(yù)制梁架設(shè)過程進(jìn)行受力分析，獲得預(yù)制梁架設(shè)過程中固結(jié)部分的受力規(guī)律和其隨著架設(shè)進(jìn)展的變化情況。然后將受力分析數(shù)據(jù)作為依據(jù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的預(yù)制梁架設(shè)流程完成施工。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所提出預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)性能更穩(wěn)定、架設(shè)方案更安全，適合應(yīng)用到實(shí)際的項(xiàng)目中。

關(guān)鍵詞：高速公路；橋梁工程；預(yù)制梁；架設(shè)技術(shù)；施工方案

0? ?引言

橋梁作為高速公路的關(guān)鍵組成部分，其建設(shè)質(zhì)量直接影響到整條道路的使用壽命和安全性[1]。預(yù)制梁作為橋梁建設(shè)中的主要構(gòu)件，其架設(shè)技術(shù)的選擇和應(yīng)用對橋梁的質(zhì)量、安全性、施工效率等具有重要影響[2]。因此對高速公路橋梁工程中預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)進(jìn)行研究，具有重要的理論和實(shí)踐意義。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對高速公路橋梁工程中預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，主要研究方向包括：預(yù)制梁的受力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，預(yù)制梁的制造工藝和質(zhì)量控制；預(yù)制梁的架設(shè)工藝和設(shè)備選擇，預(yù)制梁架設(shè)過程中的安全性和可靠性等[3-5]。

在橋梁施工中，最重要的環(huán)節(jié)就是預(yù)制梁的架設(shè)，高速公路具有復(fù)雜的交通線路，地理地質(zhì)條件也比較特殊，特別是近些年橋面寬度及跨徑的不斷增大，使得橋梁工程施工難度進(jìn)一步加大。

為了滿足使用需求需要，需要對高速公路橋梁工程中預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)展開進(jìn)一步的研究[6]。本文以高速公路橋梁工程預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)作為研究重點(diǎn)，結(jié)合具體的施工情況進(jìn)行全方位地討論與分析。

1? ?預(yù)制梁架設(shè)受力分析

1.1? ?預(yù)制梁架設(shè)受力分析的必要性

預(yù)制梁在架設(shè)過程中受到多種力的影響，包括自身重力、風(fēng)載、地震力等[7]。受力分析的主要目的是確定預(yù)制梁在各種工況下的內(nèi)力和變形，以評估其安全性和穩(wěn)定性。同時，通過受力分析優(yōu)化預(yù)制梁的設(shè)計(jì)和架設(shè)工藝，有助于提高橋梁的整體性能。

在進(jìn)行預(yù)制梁架設(shè)受力分析時，需要綜合考慮這些力的作用，并采取相應(yīng)的措施來確保架設(shè)過程的安全性和穩(wěn)定性。例如，在架設(shè)過程中，受力不平衡可能會引發(fā)提梁機(jī)前后吊點(diǎn)高差較大、前后吊點(diǎn)橫向位置偏差明顯、提梁不同步、落梁后位置誤差明顯、支撐點(diǎn)間壓力偏差大等問題。對于部分問題，可通過增加臨時支撐、使用纜繩進(jìn)行牽引等方式來增加預(yù)制梁的穩(wěn)定性。對于其他問題，還需要對架設(shè)過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測和評估，并制定相應(yīng)的應(yīng)對措施。

1.2? ?預(yù)制梁架設(shè)受力分析流程

1.2.1? ?測力前準(zhǔn)備

根據(jù)高速公路橋梁工程的具體情況，選擇適當(dāng)規(guī)格和質(zhì)量的預(yù)制梁，對其進(jìn)行質(zhì)量檢測，確保其質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。準(zhǔn)備架設(shè)設(shè)備，如塔機(jī)、滑輪、鋼絲繩等，檢查設(shè)備性能，確保其安全可靠。然后選擇合適的架設(shè)場地，確保地面平整、牢固，無影響架設(shè)安全的因素。

1.2.2? ?測量受力

將預(yù)制梁放置于塔機(jī)上，用鋼絲繩固定，確保梁的安全性。預(yù)制梁的一端設(shè)置滑輪，另一端固定塔機(jī)，調(diào)整塔機(jī)和滑輪的配合，逐漸提升預(yù)制梁至預(yù)定高度。

在提升過程中，需要使用加速度傳感器和位移傳感器分別測量預(yù)制梁的加速度和位移變化。同時，使用力傳感器測量塔機(jī)和鋼絲繩的受力情況。在預(yù)制梁到達(dá)預(yù)定高度后，將其緩慢放下至地面，期間記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。受力分析測點(diǎn)分布情況如圖1所示。

1.2.3? ?受力計(jì)算與數(shù)據(jù)分析

考慮泊松比的影響，利用公式確定出目標(biāo)雙向受力影響關(guān)系式，其表達(dá)式如公式（1）所示：

（1）

式中：κ表示應(yīng)力，E'0表示目標(biāo)受力時的初始彈性模量，ω表示極限應(yīng)變，E0表示初始彈性模量，χ表示泊松比，α表示側(cè)向應(yīng)力與當(dāng)前應(yīng)力比值，ωp表示目標(biāo)受力時最大應(yīng)力處應(yīng)變，E's表示最大應(yīng)力處于0點(diǎn)處的割線模量。

利用雙向受力影響關(guān)系式，可以推導(dǎo)目標(biāo)在不同工況下雙向受力應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系。在預(yù)制梁架設(shè)結(jié)束后，整理相關(guān)數(shù)據(jù)，其中包括預(yù)制梁的質(zhì)量、加速度、位移、受力等方面的數(shù)據(jù)。

對加速度和位移數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，計(jì)算預(yù)制梁的位移變化和運(yùn)動軌跡，結(jié)合受力數(shù)據(jù)，分析預(yù)制梁在架設(shè)過程中的重力、摩擦力、支撐力等受力情況，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出預(yù)制梁架設(shè)受力性能的規(guī)律和特點(diǎn)。

1.2.4? ?注意事項(xiàng)

需要注意的是，整個分析過程中應(yīng)確保人員和設(shè)備安全，設(shè)置專人進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)。對于關(guān)鍵步驟和數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)需進(jìn)行嚴(yán)格把控，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在數(shù)據(jù)處理和分析階段要充分利用所得數(shù)據(jù)，挖掘其背后的規(guī)律和信息。同時，對于異常數(shù)據(jù)要進(jìn)行分析和處理，以減小其對分析結(jié)果的影響。

通過上述預(yù)制梁架設(shè)的受力分析，可以全面了解到預(yù)制梁在架設(shè)過程中的受力情況，依據(jù)得到的結(jié)果選擇合適的架設(shè)方案，能夠進(jìn)一步確保橋梁的安全性和穩(wěn)定性。

2? ?預(yù)制梁架設(shè)施工技術(shù)分析

2.1? ?施工流程設(shè)計(jì)影響因素

預(yù)制梁的架設(shè)是整個橋梁建設(shè)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要根據(jù)工程實(shí)際情況制定合理的預(yù)制梁架設(shè)施工方案。施工流程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下因素：一是運(yùn)輸和存放。二是預(yù)制梁在架設(shè)過程中的受力情況，三是架設(shè)設(shè)備和工藝的選擇，四是施工過程中的安全性和質(zhì)量控制，五是橋梁的結(jié)構(gòu)形式和受力情況。

2.2? ?架設(shè)質(zhì)量與安全保障措施

預(yù)制梁的架設(shè)施工是整個工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，需要采取有效的措施來確保架設(shè)安全順利的進(jìn)行。結(jié)合預(yù)制梁架設(shè)的受力分析情況，選擇具有豐富經(jīng)驗(yàn)的架設(shè)單位，根據(jù)預(yù)制梁的數(shù)量、尺寸和質(zhì)量等參數(shù)進(jìn)行架設(shè)方案的設(shè)計(jì)。在架設(shè)過程中，采用專業(yè)的架設(shè)設(shè)備和儀器，如龍門起重機(jī)、纜繩、滑輪等，確保架設(shè)的安全性和穩(wěn)定性。對預(yù)制梁進(jìn)行精確就位和支撐，確保就位準(zhǔn)確、支撐穩(wěn)固。在架設(shè)完成后，進(jìn)行橋梁的整體檢測和驗(yàn)收，確保符合設(shè)計(jì)要求和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3? ?施工流程設(shè)計(jì)

施工流程如圖2所示。

2.4? ?架設(shè)操作要點(diǎn)

2.4.1? ?裝車與提梁

在裝車過程中，為了防治出現(xiàn)梁滑動情況，在前后轉(zhuǎn)盤和梁底座之間填補(bǔ)特種橡皮。在提梁過程中，為避免預(yù)制梁在吊裝過程中出現(xiàn)受扭、碰撞等情況，要統(tǒng)一起重機(jī)的操作，平衡起重機(jī)小車和大車的受力變化。其主要措施是在其中一臺天車的吊具上架設(shè)分配梁，利用銷軸與其相連，實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)支撐，保持預(yù)制梁的靜定支撐狀態(tài)，避免梁體扭曲。

2.4.2? ?架梁

在架梁過程中，運(yùn)梁車進(jìn)入架橋機(jī)后，由兩個天車運(yùn)行到吊梁位置，前天車提梁和后運(yùn)梁車一起同步運(yùn)行。采用通用落梁方式，以液壓千斤頂作為臨時支點(diǎn)。在安裝支座前需要進(jìn)行預(yù)埋處理，預(yù)留錨固支座螺栓孔位，并在支座注漿強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求后，接觸落梁千斤頂，完成支座安裝。針對預(yù)制梁架設(shè)的進(jìn)行受力分析，若存在不平衡受力情況，采用合適的配重方案緩解吊機(jī)的不平衡彎矩問題，比如增加配重小車。在架設(shè)過程中配重和橋面吊機(jī)同步向前行走，并保證吊機(jī)基本平衡。此外，在整個架設(shè)過程中需要時刻監(jiān)測天氣情況，遇大雨天或大風(fēng)天禁止架梁。為了保證預(yù)制梁架設(shè)施工的安全性，需要制定完善的安全管理制度，建立嚴(yán)格的安全責(zé)任制，以保障施工安全進(jìn)行。

3? ?實(shí)驗(yàn)研究

為驗(yàn)證提出的高速公路橋梁工程中預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)的可靠性，對該技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。研究采用對比形式，以常規(guī)的架設(shè)技術(shù)作為對照，分別對其應(yīng)變和撓度進(jìn)行驗(yàn)證，觀察不同的架設(shè)技術(shù)對預(yù)制梁性能的影響。

3.1? ?測點(diǎn)布設(shè)

以某城市的高速橋梁為研究對象，根據(jù)測試內(nèi)容不同采用不同的測試方式，對于應(yīng)變測試和撓度測試，布置的測點(diǎn)如圖3所示。

3.2? ?測試要點(diǎn)

在測點(diǎn)布置完成后，使用振弦式應(yīng)變計(jì)對預(yù)制梁進(jìn)行測試（包括裸梁和完成架設(shè)后的梁），記錄測量數(shù)據(jù)并計(jì)算誤差。對于撓度測試，使用數(shù)字式精密水準(zhǔn)儀測量，如果條件允許，可以每片梁底安裝百分表進(jìn)行測試（測試包括裸梁和完成架設(shè)后的）梁，測試完成后計(jì)算兩者誤差。

3.3? ?測試結(jié)果分析

通過應(yīng)變測試和撓度測試誤差，分析架設(shè)技術(shù)對預(yù)制梁的性能影響情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1中，架設(shè)技術(shù)1表示從相關(guān)參考資料中引入的常規(guī)架設(shè)技術(shù)，架設(shè)技術(shù)2表示提出的預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)。通過表1顯示的數(shù)據(jù)可以看出，采用常規(guī)的預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)，應(yīng)變和撓度誤差比較大，架設(shè)技術(shù)有一定的安全隱患。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，采用采用文中的預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)，應(yīng)力和撓度誤差更小，說明該架設(shè)技術(shù)更穩(wěn)定。綜上所述，文中提出的高速公路橋梁工程中預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)在實(shí)際工程中效果更好，應(yīng)用性能優(yōu)于其他架設(shè)技術(shù)。

4? ?結(jié)束語

本文通過對預(yù)制梁的受力分析、架設(shè)工藝和總體施工方案設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，對高速公路橋梁工程中預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過本研究，可以更加深入地了解預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)的原理和方法，為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。同時，本研究也為提高高速公路橋梁建設(shè)的質(zhì)量、施工效率和安全性提供了一定的理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

未來還需對預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)進(jìn)一步深入探究。具體方向包括：對預(yù)制梁的新材料和新制造工藝進(jìn)行研究，提高其性能和生產(chǎn)效率；對預(yù)制梁架設(shè)過程中的動態(tài)特性和安全控制進(jìn)行深入研究；結(jié)合BIM技術(shù)和其他先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁架設(shè)的智能化和自動化；對預(yù)制梁的維護(hù)和修復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究，以延長橋梁的使用壽命?？偟膩碚f，高速公路橋梁工程中預(yù)制梁架設(shè)技術(shù)的研究是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的工作。只有不斷深入研究和探索，才能更好地適應(yīng)社會發(fā)展的需要，為公路橋梁建設(shè)事業(yè)作出更大貢獻(xiàn)。

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