預制空心板橋梁施工中的臨時支撐體系設(shè)計與分析

摘要 預制空心板橋梁因其施工速度快、效率高、造價低等優(yōu)勢，近年來在公路橋梁建設(shè)中得到廣泛應用。臨時支撐體系是預制空心板橋梁施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計與分析直接關(guān)系橋梁施工安全和工程質(zhì)量。文章針對預制空心板橋梁施工中的臨時支撐體系，從結(jié)構(gòu)受力分析、施工工藝要求兩方面展開研究，探討了臨時支撐體系的設(shè)計方法和算法，并結(jié)合工程實例分析了臨時支撐體系的實際應用效果。

關(guān)鍵詞 預制空心板橋梁；臨時支撐體系；結(jié)構(gòu)受力分析；施工工藝

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0102-03

0 引言

預制空心板橋梁作為一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)，以其施工便捷、造價低廉、工期短等優(yōu)勢，在公路橋梁工程中得到越來越廣泛的應用[1]。然而，預制空心板橋梁施工過程中的臨時支撐體系設(shè)計與分析對于保證橋梁施工安全、提高施工效率至關(guān)重要。近年來，隨著預制空心板橋梁規(guī)模的不斷擴大，對臨時支撐體系的設(shè)計要求也越來越高[2]。傳統(tǒng)的臨時支撐體系設(shè)計往往采用經(jīng)驗公式和經(jīng)驗判斷，缺乏科學性和精確性，存在安全隱患。同時，傳統(tǒng)的臨時支撐體系往往采用鋼管支架，材料消耗量大，施工成本高，且施工周期較長[3]。因此，亟須開發(fā)一種新型、安全、經(jīng)濟、高效的預制空心板橋梁施工臨時支撐體系。

針對上述問題，該文將以某預制空心板橋梁工程為例，開展預制空心板橋梁施工臨時支撐體系的設(shè)計與分析，旨在探究一種安全可靠、經(jīng)濟高效的支撐體系方案，為預制空心板橋梁施工提供理論指導和實踐參考。

1 臨時支撐體系設(shè)計準則與計算方法

臨時支撐體系的設(shè)計流程包括確定支撐體系的類型、承載力、幾何尺寸，以及材料規(guī)格，隨后展開支撐體系的強度和穩(wěn)定性驗算，并制定支撐體系的安裝和拆卸方案，在此過程中應嚴格控制施工過程。

1.1 設(shè)計內(nèi)容概述

臨時支撐體系設(shè)計圖如圖1所示：

1.2 支撐體系設(shè)計計算方法

支撐體系設(shè)計的計算方法應根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)形式、荷載情況、施工工法等因素進行綜合考慮。

1.2.1 荷載計算

支撐體系應能承受施工過程中所有可能出現(xiàn)的荷載，具體如下：

（1）自重：包括支撐體系自身重量、預制空心板重量、施工機械重量、施工人員重量等。

（2）施工荷載：包括預制空心板吊裝荷載、混凝土澆筑荷載、模板支撐荷載、機械作業(yè)荷載等。計算公式如下：

（1）

式中，l——橫斷面半徑（m）；iα——空心板自重（N）；?——空心板平面尺寸（m）；k3——空心板厚度（mm）；δ——空心率；j——標準荷載（kN/m2）；h——空心板混凝土體積（m3）；x——標準跨徑（m）。

（3）環(huán)境荷載：包括風荷載、雪荷載、地震荷載等。計算公式如下：

（2）

式中，r——基本風壓（kPa）；ye——風荷載標準值（kN/m2）；q——風振頻率（Hz）；gx——基本雪壓（kPa）；φ——雪載荷標準值（kN/m2）；d——積雪分布系數(shù)；kβ——水平地震影響系數(shù)；bβ——自振周期（s）。

荷載計算應根據(jù)相關(guān)規(guī)范進行，并結(jié)合荷載組合確定支撐體系的設(shè)計荷載。

1.2.2 支撐體系穩(wěn)定性計算

支撐體系的穩(wěn)定性是指其抵抗外力作用而保持平衡的能力。支撐體系的穩(wěn)定性計算應滿足以下兩個要求。

（1）整體穩(wěn)定性：支撐體系的整體穩(wěn)定性應通過計算其傾覆穩(wěn)定系數(shù)、滑移穩(wěn)定系數(shù)等指標進行判斷。計算公式如下：

（3）

式中，a1——軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)；——構(gòu)件最大細長比取值；zk——抗滑力（N）；ε——滑動力（N）。

（2）局部穩(wěn)定性：支撐體系的局部穩(wěn)定性應通過計算其各個構(gòu)件的承載能力、穩(wěn)定性等指標進行判斷。

1.2.3 支撐體系強度計算

支撐體系的強度是指其抵抗破壞的能力。支撐體系的強度計算應滿足以下兩個要求。

（1）構(gòu)件強度：支撐體系各個構(gòu)件的強度應滿足相應的規(guī)范要求，其計算公式如下：

（4）

式中，——拉力設(shè)計值（N）；——抗壓強度（kPa）。

（2）連接強度：支撐體系各個構(gòu)件之間的連接強度應滿足相應的規(guī)范要求，其計算公式如下：

（5）

式中，λ——螺釘?shù)拈g距（mm）；ih——螺釘直徑（mm）；gn——實際接觸面積（mm2）。

1.2.4 支撐體系剛度計算

支撐體系的剛度是指其抵抗變形的能力。支撐體系的剛度計算應滿足以下兩個要求。

（1）整體剛度：支撐體系的整體剛度應滿足預制空心板吊裝、混凝土澆筑等施工要求，其計算公式如下：

（6）

式中，ni——外力變化量（N）；mi——材料的彈性模量（kPa）；vk——結(jié)構(gòu)變形變化量（m）。

（2）局部剛度：支撐體系的局部剛度應滿足支撐構(gòu)件的變形要求，避免出現(xiàn)過大的撓度或偏移，其計算公式如下：

（7）

式中，ω——作用于結(jié)構(gòu)的恒力（N）；——由于力產(chǎn)生的形變（m）。

1.2.5 支撐體系沉降計算

支撐體系的沉降是指其在荷載作用下發(fā)生的豎向位移。支撐體系的沉降計算應滿足以下兩個要求：

（1）整體沉降：支撐體系的整體沉降應滿足預制空心板吊裝、混凝土澆筑等施工要求，避免出現(xiàn)過大的沉降量，以防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形或破壞，其計算公式如下：

（8）

式中，——土底面的距離（m）；——附加應力與自重應力的比值。

（2）局部沉降：支撐體系的局部沉降應滿足支撐構(gòu)件的變形要求，避免出現(xiàn)過大的沉降量，以防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形或破壞，其計算公式如下：

（9）

式中，τ——土層的壓縮量（mm）；lm——地基壓縮層深度（m）。

支撐體系設(shè)計的計算方法是保證預制空心板橋梁施工安全和質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計人員應根據(jù)相關(guān)規(guī)范和橋梁結(jié)構(gòu)特點，選擇合適的計算方法，并進行詳細的計算分析，確保支撐體系能夠滿足施工要求。同時，施工人員應嚴格按照設(shè)計要求和施工方案進行施工，確保支撐體系的施工安全和質(zhì)量。

2 臨時支撐體系施工工藝與實施

2.1 基礎(chǔ)準備

在搭建支撐體系之前，應做好充分的準備工作，包括以下幾點：

（1）場地清理：清除施工場地內(nèi)的雜物，確保施工區(qū)域平整、排水通暢。

（2）測量放線：按照設(shè)計圖紙進行精確的測量放線，確定支撐體系的具體位置和標高。

（3）基礎(chǔ)施工：根據(jù)支撐體系的荷載要求進行基礎(chǔ)施工，確?；A(chǔ)強度和穩(wěn)定性。

（4）材料準備：準備足夠的支撐材料，包括鋼管、扣件、支撐架、支撐梁等，并檢查材料的質(zhì)量是否符合要求。

2.2 立柱安裝

立柱安裝是支撐體系搭建的第一步，主要步驟如下：

（1）安裝立柱：將立柱垂直放置在基礎(chǔ)上，并用水平儀檢查立柱的垂直度，確保立柱安裝牢固。

（2）連接立柱：使用扣件將立柱與基礎(chǔ)進行連接，并用水平儀檢查連接處的水平度。

（3）安裝支撐梁：將支撐梁放置在立柱上，并用扣件將其固定在立柱上。

（4）檢查立柱穩(wěn)定性：完成立柱的安裝后，需要進行檢查，以確保立柱的穩(wěn)定性，避免立柱傾斜或倒塌。

2.3 支撐架搭建

在立柱安裝完成后，就可以進行支撐架的搭建，主要步驟如下：

（1）安裝支撐架：將支撐架放置在支撐梁上，并用扣件將其固定在支撐梁上。

（2）檢查支撐架的穩(wěn)定性：完成支撐架的安裝后，需要進行檢查，以確保支撐架的穩(wěn)定性，避免支撐架傾斜或倒塌。

（3）調(diào)整支撐架高度：根據(jù)預制空心板的尺寸調(diào)整支撐架的高度，確保支撐架能夠支撐起預制空心板。

2.4 預制空心板吊裝

支撐體系搭建完成后，就可以進行預制空心板的吊裝，主要步驟如下：

（1）吊裝準備：檢查吊裝設(shè)備，確保吊裝設(shè)備能夠安全、可靠地進行吊裝作業(yè)。

（2）吊裝預制空心板：使用吊裝設(shè)備將預制空心板吊裝到支撐架上，并將其放置在預定位置。

（3）檢查預制空心板的安裝位置：完成預制空心板的吊裝后，需要進行檢查，以確保預制空心板的安裝位置準確，并進行適當調(diào)整。

2.5 支撐體系拆除

預制空心板橋梁施工完成后，需要將臨時支撐體系進行拆除，主要步驟如下：

（1）檢查支撐體系的受力情況：在拆除支撐體系前，需要檢查支撐體系的受力情況，確保支撐體系能夠安全拆除。

（2）拆除支撐架：按照先拆除上層支撐架，再拆除下層支撐架的順序進行拆除。

（3）拆除立柱：按照先拆除外側(cè)立柱，再拆除內(nèi)側(cè)立柱的順序進行拆除。

（4）清理現(xiàn)場：完成支撐體系的拆除后，需要對施工現(xiàn)場進行清理，將廢棄的材料運走，確保施工現(xiàn)場整潔。

3 施工案例分析

3.1 工程簡介

某高架體系位于某城市環(huán)路與城市主干路的交叉處，是連接兩條快速路的樞紐型立交工程。該工程的遠期目標為建成八個轉(zhuǎn)向的全互通定向立交，目前實施的第一階段為東向北、東向南兩條出城方向的匝道橋工程。根據(jù)高架橋自身結(jié)構(gòu)特點及施工現(xiàn)場環(huán)境，該項目擬將六聯(lián)鋼箱梁劃分為133個制作分段，總重量為3 977 t。單個鋼箱梁最長26.6 m，最寬4.9 m，最高3.033 m，最重65 t。

3.2 臨時支撐選型及布置方案

施工現(xiàn)場根據(jù)空間層次劃分為兩部分：跨越主線高架與環(huán)路區(qū)域和地表施工區(qū)域。針對不同的空間特點，應選擇相應的臨時支撐方案。

（1）跨越道路區(qū)域：采用3.0 m × 3.0 m的門式支架形式，以滿足跨越道路的支撐需求。

（2）地表施工區(qū)域：采用并列格構(gòu)式墩柱支架，根據(jù)荷載情況設(shè)置以下兩種規(guī)格：

1）1.5 m × 1.5 m的并列格構(gòu)式墩柱支架：主管采用Φ140×8 mm的無縫鋼管，斜撐采用Φ70×6 mm的無縫鋼管，橫撐采用Φ63.5× 5 mm的無縫鋼管，支架頂部分配梁及墊梁的尺寸為2HN500×200×10×16 mm。

2）2.0 m × 2.0 m的并列格構(gòu)式墩柱支架：主管采用Φ219×10 mm的無縫鋼管；斜腹桿采用Φ140×8 mm的無縫鋼管；直腹桿采用Φ89×5 mm的無縫鋼管；分配梁及墊梁的尺寸為HW400×400×13×21 mm。

以上文闡述的臨時支撐體系的施工工藝與實施步驟為基礎(chǔ)，完成施工案例的搭建。

3.3 應力與變形結(jié)果

臨時支撐體系應力與變形結(jié)果如圖2所示：

由圖2可知，臨時支撐結(jié)構(gòu)的最大應力值為140 MPa

時，體系的最大變形量不超過10 mm，小于允許變形量15 mm，滿足相關(guān)規(guī)范要求，說明在該工程的施工過程中，臨時支撐體系運行良好，能夠滿足預制空心板的荷載要求，保證了施工安全。該文所提出的臨時支撐體系方案設(shè)計合理、可行性強，能夠有效地保證預制空心板橋梁施工的安全性和質(zhì)量。

4 結(jié)語

該文通過對預制空心板橋梁施工中的臨時支撐體系設(shè)計與分析，提出了一系列改進措施，包括合理選擇支撐體系類型、完善施工準備階段與實施階段等。這些措施不僅可以顯著提高施工質(zhì)量和施工效率，還可以進一步增強施工安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。未來，將進一步研究這些措施在實際施工中的應用效果，并不斷優(yōu)化設(shè)計方法，為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進提供有力支持。

參考文獻

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收稿日期：2024-12-19

作者簡介：吳俊標（1991—），男，本科，工程師，研究方向：公路橋梁。