現(xiàn)澆蓋梁支撐體系設(shè)計(jì)與受力分析

摘 "要：該文從南京至鹽城高速公路工程出發(fā)，研究蓋梁施工支撐體系?；谏w梁在橋梁建設(shè)中的關(guān)鍵作用和現(xiàn)澆蓋梁支撐體系現(xiàn)狀，以該工程施工條件為依據(jù)，包括地質(zhì)條件與主要結(jié)構(gòu)物等，對(duì)蓋梁施工工藝進(jìn)行比選，選定抱箍法進(jìn)行施工。對(duì)于其臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)，借助Midas Civil軟件進(jìn)行受力分析，驗(yàn)證所選構(gòu)件是否符合要求。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步指出施工中抱箍安全性、支架卸落、抱箍安拆等風(fēng)險(xiǎn)，提出應(yīng)對(duì)措施，以期為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆蓋梁；臨時(shí)支撐體系；力學(xué)性能分析；數(shù)值模擬；抱箍法

中圖分類號(hào)：U412.36 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2025）10-0099-06

Abstract： Starting from the Nanjing-Yancheng Expressway project， this paper studies the support system for cap beam construction. Based on the key role of the cap beam in bridge construction and the current situation of the cast-in-place cap beam support system， based on the construction conditions of the project， including geological conditions and main structures， the cap beam construction technology was compared and selected， and the hoop method was selected for construction. For the design of its temporary support system， Midas Civil software was used to conduct force analysis to verify whether the selected members met the requirements. On this basis， risks such as hoop safety， bracket unloading， and hoop installation and demolition during construction are further pointed out， and countermeasures are proposed to provide reference for similar projects.

Keywords： cast-in-place cap beam; temporary bracing system; mechanical performance analysis; numerical simulation; hoop method

在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中，蓋梁作為橋梁上部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，承擔(dān)著將上部結(jié)構(gòu)荷載傳遞給下部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用。隨著橋梁設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)澆蓋梁由于其整體性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)澆蓋梁施工過(guò)程中的支撐體系設(shè)計(jì)和受力分析是確保施工安全和質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來(lái)，隨著交通流量的不斷增大和橋梁跨度的逐漸增加，對(duì)現(xiàn)澆蓋梁支撐體系的性能要求也越來(lái)越高。郭智剛等[1]借助有限元對(duì)銷棒式支架進(jìn)行仿真模擬，有效提高了施工效率；閆亞?wèn)|[2]研究橋梁蓋梁雙抱箍支撐關(guān)鍵技術(shù)，提出了新支撐模式；張國(guó)強(qiáng)等[3]運(yùn)用有限元軟件測(cè)算橋梁上部結(jié)構(gòu)得出加固方案，解決施工中的疑難問(wèn)題；馮令才[4]通過(guò)有限元核驗(yàn)支架受力獲取本構(gòu)關(guān)系，節(jié)省施工成本；韓國(guó)祥[5]構(gòu)建蓋梁支架有限元模型分析澆筑時(shí)支架狀況并強(qiáng)化薄弱區(qū)域，保障施工順利進(jìn)行；曹瑞等[6]借助Midas-Civil驗(yàn)證大懸臂門(mén)型框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對(duì)施工指導(dǎo)效果較好。本文旨在通過(guò)對(duì)現(xiàn)澆蓋梁支撐體系的設(shè)計(jì)原理、常用結(jié)構(gòu)形式以及受力特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，探討有效的設(shè)計(jì)方法和受力分析手段。結(jié)合實(shí)際工程案例，運(yùn)用有限元分析等數(shù)值模擬方法，對(duì)支撐體系在施工過(guò)程中的受力狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)研究，并與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。通過(guò)本文的研究，期望為現(xiàn)澆蓋梁支撐體系的設(shè)計(jì)和施工提供有益的參考，提高橋梁施工的安全性和可靠性。

1 "工程概況

南京至鹽城高速公路是江蘇省高速公路網(wǎng)的重要段落。本文依托南京至鹽城高速公路NY-TZ5標(biāo)段，該標(biāo)段處于里下河淺洼平原區(qū)，地勢(shì)低，地形起伏小，標(biāo)段所在地區(qū)基本為河塘和農(nóng)田，河流縱橫成網(wǎng)，水系非常的發(fā)達(dá)，具有河網(wǎng)圩田平原與河網(wǎng)平原的特點(diǎn)。主要結(jié)構(gòu)物有主線特大橋1座、大橋1座、中橋4道、匝道橋8座。

蓋梁首件為躍進(jìn)河大橋右幅1號(hào)橋墩蓋梁，蓋梁結(jié)構(gòu)尺寸：長(zhǎng)×寬×高=15.326 m×2 m×1.5 m，底部倒角長(zhǎng)×寬×高=1.3 m×2 m×0.7 m。蓋梁鋼筋為8.612 t，C35混凝土為44.2方，施工現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。

2 "施工工藝比選

2.1 "現(xiàn)有施工工藝

2.1.1 "滿堂支架法

在蓋梁底搭設(shè)盤(pán)扣式滿堂支架作為蓋梁施工的主要承重結(jié)構(gòu)。搭設(shè)支架前，對(duì)地面進(jìn)行壓實(shí)處理及地基承載力檢測(cè)，合格后澆筑混凝土層作為支架底部基礎(chǔ)。支架頂設(shè)置可調(diào)頂托，頂托上視荷載大小布置縱橫向型鋼或方木小梁，小梁頂鋪設(shè)蓋梁底模體系。

2.1.2 "鋼管柱支架法

鋼管柱支架法一般用于大懸臂、大跨徑蓋梁情況，其上承重梁采用貝雷梁，貝雷梁上鋪設(shè)分配梁及底模系統(tǒng)。鋼管立柱固定支撐于擴(kuò)大基礎(chǔ)或承臺(tái)上。

2.1.3 "抱箍法

在墩柱上安裝抱箍，利用2個(gè)抱箍體間高強(qiáng)螺栓提供的預(yù)緊力，轉(zhuǎn)化為抱箍與墩柱間的壓力，從而獲得承重所需的摩擦力。抱箍頂部從下往上依次鋪設(shè)承重橫梁、分配梁及底模系統(tǒng)。

2.1.4 "鋼棒法

墩柱上部設(shè)置預(yù)留孔，鋼棒穿入墩柱上部的預(yù)留孔內(nèi)，鋼棒的兩端伸出墩柱的預(yù)留孔外，由鋼棒承受傳遞下來(lái)的蓋梁重量及施工荷載。

2.2 "施工工藝比選分析

根據(jù)本標(biāo)段蓋梁尺寸、跨徑及懸臂長(zhǎng)度，首先排除鋼管柱支架法；從質(zhì)量、安全、進(jìn)度、施工難易等方面對(duì)滿堂支架法、抱箍法及鋼棒法進(jìn)行比選分析，具體對(duì)比情況見(jiàn)表1。

由表1可以看出，抱箍法具有適用條件廣，周轉(zhuǎn)速度快，綜合成本低，對(duì)結(jié)構(gòu)影響小等優(yōu)點(diǎn)，故選用更適用于本標(biāo)段現(xiàn)場(chǎng)施工條件及環(huán)境的抱箍法進(jìn)行蓋梁施工。

3 "蓋梁臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)

蓋梁抱箍采用2塊半圓弧形鋼板制作，抱箍高度為60 cm（螺栓30個(gè)），保險(xiǎn)箍高度為25 cm（螺栓共20個(gè)），上下抱箍成水平方向90°交錯(cuò)布置，箍板采用12 mm鋼板，連接螺栓采用直徑24 mm的8.8級(jí)高強(qiáng)螺栓。蓋梁承重梁采用I40a工字鋼，橫向采用Φ22 mm圓鋼作為承重梁橫向?qū)瓧U，拉桿中部垂直焊接10 cmΦ22 mm圓鋼作為限位裝置，每根墩柱兩側(cè)各設(shè)置一根，保證承重梁橫向整體穩(wěn)定性，承重梁頂部采用I10工字鋼作為分配梁，單根分配梁長(zhǎng)度小于等于6 m，長(zhǎng)短間隔使用，間距30 cm，托架平臺(tái)四周設(shè)置1.2 m護(hù)欄。

4 "支撐體系受力分析

4.1 "有限元模型建立

用MidasCivil有限元軟件進(jìn)行建模分析。承重梁與分配梁鋼材全部采用Q235鋼，按GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定取值。荷載取值參考JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》。

1）自重。模型自動(dòng)計(jì)入。

2）模板荷載。模板荷載取2 kN/m2，加載長(zhǎng)度2 m。

3）施工荷載。施工人員、施工機(jī)具和施工材料臨時(shí)堆放荷載按均布荷載加載在分配梁上，取2.5 kN/m2，加載長(zhǎng)度為整個(gè)平臺(tái)寬度，即分配梁長(zhǎng)度。

4）蓋梁混凝土自重。鋼筋混凝土容重取26 kN/m3，加載長(zhǎng)度2 m。

5）振搗荷載。振搗混凝土荷載取2.0 kN/m2，加載長(zhǎng)度2 m。

4.2 "荷載組合

本項(xiàng)目強(qiáng)度計(jì)算考慮：結(jié)構(gòu)自重+模板荷載+混凝土荷載+施工荷載+振搗荷載。剛度計(jì)算考慮：結(jié)構(gòu)自重+模板荷載+混凝土荷載。荷載分項(xiàng)系數(shù)見(jiàn)表2。

4.3 "計(jì)算結(jié)果分析

4.3.1 "I40a承重梁計(jì)算

I40a承重梁計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

I40a承重梁的組合應(yīng)力186 MPa≤215 MPa，滿足要求；剪應(yīng)力42.2 MPa≤125 MPa，滿足要求；跨中最大變形2.531 mm≤5 493/400=13.733 mm，懸臂端最大變形8.173 mm≤3 370/200=16.850 mm，滿足要求。

4.3.2 "I10分配梁計(jì)算

I10分配梁計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

I10分配梁組合應(yīng)力75.9 MPa≤215 MPa，滿足要求；剪應(yīng)力32.6 MPa≤125 MPa，滿足要求；跨中最大變形1.227 mm≤1 442/400=3.605 mm，懸臂端最大變形3.935 mm≤2 279/200=11.395 mm，滿足要求。

4.3.3 "抱箍計(jì)算

基本組合下承重梁支架的支點(diǎn)反力值如圖4所示。

一圈抱箍整體受到的豎向力基本組合值為P=286.4×2=572.8 kN。抱箍所受到的豎向力由墩柱對(duì)抱箍的向上摩擦力F提供，F(xiàn)=P=μ×πDH×p，μ為摩擦系數(shù)，取0.3，p為抱箍的徑向力，D為直徑，H為抱箍與墩柱接觸面的高度。抱箍受力模式與薄壁容器類似，單邊螺栓預(yù)緊力需要T=304.0 kN。

單邊螺栓預(yù)緊力合計(jì)需要T=304.0 kN，安全起見(jiàn)，實(shí)際取2倍的安全系數(shù)，實(shí)際施加2×304=608 kN的預(yù)緊力，一個(gè)8.8級(jí)M24 mm高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力設(shè)計(jì)值為175 kN。抱箍高度60 cm，一邊布置15個(gè)共30個(gè)M24螺栓，每個(gè)預(yù)緊力為608/15≈41≤175 kN，滿足要求。

抱箍板帶拉應(yīng)力基本組合值（取1.2倍荷載分項(xiàng)系數(shù)）：

σ=≈101.33 MPa≤215 MPa，滿足要求。

高強(qiáng)螺栓的終擰扭矩值為

Tc=KdPc=0.13×0.024×40=0.124 8 kN·m，

式中：Tc為終擰扭矩值；Pc為螺栓預(yù)拉力值，取40 kN；d為螺栓公稱直徑；K為扭矩系數(shù)，取0.13。

5 "施工風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)對(duì)措施

5.1 "抱箍安全性

傳統(tǒng)支架法施工易致地基不均勻沉降和支架垮塌，需做地基處理，且傳統(tǒng)支架法施工產(chǎn)生較多的建筑垃圾， 污染環(huán)境，人員材料等投入較大，并且前一蓋梁的基礎(chǔ)、場(chǎng)地硬化、支架搭設(shè)為不可循環(huán)利用，下一蓋梁施工時(shí)，以上3個(gè)環(huán)節(jié)需重新施工， 浪費(fèi)不可周轉(zhuǎn)性材料，成本較高。墩柱表面的平整度或粗糙度各異，使抱箍與墩柱之間摩擦系數(shù)的取值難以掌握；同時(shí)，抱箍所用高強(qiáng)螺栓均需重復(fù)使用，其提供的預(yù)緊力只能估算，施工時(shí)有抱箍滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

應(yīng)對(duì)措施：采用雙層抱箍法施工，上層抱箍高度60 cm，結(jié)構(gòu)安全性上考慮上層抱箍可單獨(dú)承受上部荷載；下層抱箍高度25 cm，當(dāng)上層抱箍出現(xiàn)失效情況時(shí)，下層抱箍可承受一部分荷載，防止上層抱箍失效出現(xiàn)突然垮塌的情況，提高施工過(guò)程中的安全性。

5.2 "支架卸落

抱箍法施工蓋梁，卸落裝置一般采用砂筒或千斤頂。砂筒需采用干細(xì)砂壓實(shí)，往往施工中容易因下雨受潮，卸落時(shí)難以掏出細(xì)砂，不利于支架卸落。千斤頂屬于長(zhǎng)細(xì)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較差，一般需與其他臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)（型鋼支撐等）配合使用，且需保證千斤頂垂直受力及均勻受力，操作難度較大。同時(shí)2種裝置卸落高度有限，底模及分配梁拆除風(fēng)險(xiǎn)較高。

應(yīng)對(duì)措施：考慮本標(biāo)段墩柱均較矮，采用手拉葫蘆或吊車整體下放支架及底模的方式拆除。拆除時(shí)，人員站在地面上，保證了施工人員作業(yè)安全，提高了施工效率，大大降低了蓋梁平臺(tái)拆卸的安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約施工成本。

5.3 "抱箍安拆

在吊裝過(guò)程中，抱箍相關(guān)設(shè)施檢查極為關(guān)鍵。檢查抱箍拼裝是否合格，各部件連接緊密牢固；確認(rèn)墩身混凝土標(biāo)高是否比設(shè)計(jì)高1 cm，避免影響施工穩(wěn)定。抱箍拼裝完，28 d后吊裝，此時(shí)混凝土強(qiáng)度高，確保穩(wěn)定可行。在蓋梁底膜安放完成之后，需要檢查抱箍是否存在下沉的現(xiàn)象，若一切正常，則可以接著進(jìn)行鋼筋籠、側(cè)模的吊裝。每個(gè)環(huán)節(jié)都不可疏忽，否則易致安全事故與質(zhì)量問(wèn)題，施工人員務(wù)必高度重視抱箍檢查的各個(gè)方面，嚴(yán)格按規(guī)范操作，以保吊裝作業(yè)順利進(jìn)行。抱箍安拆時(shí)，一般采用手拉葫蘆臨時(shí)懸掛抱箍，人員站在抱箍底部設(shè)置的操作平臺(tái)上進(jìn)行螺栓安拆作業(yè)，人員通過(guò)汽車吊上下，不符合相關(guān)安全規(guī)定，安全風(fēng)險(xiǎn)極高。

應(yīng)對(duì)措施：本標(biāo)段墩柱均較矮，根據(jù)抱箍安裝高度搭設(shè)簡(jiǎn)易盤(pán)扣腳手架作為平臺(tái)進(jìn)行抱箍安拆。

6 "經(jīng)濟(jì)效益

采用滿堂支架施工蓋梁，蓋梁下的原地面必須進(jìn)行處理。在施工過(guò)程中，需要耗費(fèi)大量的鋼管材料來(lái)搭設(shè)承重支架，從地基加固處理開(kāi)始，逐步地一層一層往上搭設(shè)，耗費(fèi)大量的時(shí)間以及投入眾多的人力。而采用抱箍法施工蓋梁，原地基只需進(jìn)行適當(dāng)處理以便搭設(shè)腳手架即可，無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的地基加固處理。抱箍法是通過(guò)抱箍加上貝雷梁的組合來(lái)進(jìn)行施工，這種方式無(wú)需搭設(shè)承載鋼管支架。抱箍法在施工時(shí)非常簡(jiǎn)便，只需要對(duì)貝雷梁和幾個(gè)抱箍進(jìn)行拆除操作，周轉(zhuǎn)速度很快，支模也十分方便。同時(shí)，在施工設(shè)備的搬移方面，抱箍法相比滿堂支架施工更加便捷，能夠大大提高施工效率，減少施工成本和時(shí)間投入。

7 "結(jié)束語(yǔ)

本文圍繞南京至鹽城高速公路NY-TZ5標(biāo)段蓋梁施工展開(kāi)研究，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有施工工藝的比選，確定抱箍法進(jìn)行施工，并針對(duì)蓋梁臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的支撐體系受力分析，探討了施工中可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施。

在施工工藝比選中，綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性、適用性、安全性等多方面因素，明確抱箍法的優(yōu)勢(shì)。支撐體系設(shè)計(jì)充分考慮了各構(gòu)件的參數(shù)和布置，受力分析結(jié)果表明所選構(gòu)件均滿足要求。針對(duì)抱箍安全性、支架卸落和抱箍安拆等施工風(fēng)險(xiǎn)，提出了實(shí)際有效的應(yīng)對(duì)策略。

本研究為該標(biāo)段蓋梁施工提供了可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支持，同時(shí)也為類似橋梁工程的蓋梁施工提供了有益的參考和借鑒。在未來(lái)的橋梁建設(shè)中，隨著工程條件的變化和技術(shù)的進(jìn)步，還需不斷優(yōu)化和完善蓋梁施工工藝及支撐體系，以保障施工的安全、高效和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭智剛，莢德勝，邊洋帆.銷棒式支架在獨(dú)柱大懸臂蓋梁施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2016，45（14）：157-159.

[2] 閆亞?wèn)|.橋梁蓋梁雙抱箍支撐體系施工關(guān)鍵技術(shù)[J].交通世界，2021（25）：29-30.

[3] 張國(guó)強(qiáng)，惠小磊，謝丹.基于Midas Civil的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（13）：161-164.

[4] 馮令才.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2020，50（S2）：927-932.

[5] 韓國(guó)祥.高速公路中央墩大懸臂蓋梁支架施工監(jiān)控[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（30）：13061-13070.

[6] 曹瑞，郭祥軍，王曉鵬，等.大懸臂蓋梁支撐體系分析[J].施工技術(shù)，2020，49（S1）：1229-1231.