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

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

中圖分類號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）03-0102-03

0 引言

預(yù)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(jià)低廉、工期短等優(yōu)勢(shì)，在公路橋梁工程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1]。然而，預(yù)制空心板橋梁施工過(guò)程中的臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)與分析對(duì)于保證橋梁施工安全、提高施工效率至關(guān)重要。近年來(lái)，隨著預(yù)制空心板橋梁規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高[2]。傳統(tǒng)的臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)往往采用經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)判斷，缺乏科學(xué)性和精確性，存在安全隱患。同時(shí)，傳統(tǒng)的臨時(shí)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(zhǎng)[3]。因此，亟須開(kāi)發(fā)一種新型、安全、經(jīng)濟(jì)、高效的預(yù)制空心板橋梁施工臨時(shí)支撐體系。

針對(duì)上述問(wèn)題，該文將以某預(yù)制空心板橋梁工程為例，開(kāi)展預(yù)制空心板橋梁施工臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)與分析，旨在探究一種安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的支撐體系方案，為預(yù)制空心板橋梁施工提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐參考。

1 臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與計(jì)算方法

臨時(shí)支撐體系的設(shè)計(jì)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(kāi)支撐體系的強(qiáng)度和穩(wěn)定性驗(yàn)算，并制定支撐體系的安裝和拆卸方案，在此過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制施工過(guò)程。

1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容概述

臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)圖如圖1所示：

1.2 支撐體系設(shè)計(jì)計(jì)算方法

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

1.2.1 荷載計(jì)算

支撐體系應(yīng)能承受施工過(guò)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(yù)制空心板重量、施工機(jī)械重量、施工人員重量等。

（2）施工荷載：包括預(yù)制空心板吊裝荷載、混凝土澆筑荷載、模板支撐荷載、機(jī)械作業(yè)荷載等。計(jì)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(biāo)準(zhǔn)荷載（kN/m2）；h——空心板混凝土體積（m3）；x——標(biāo)準(zhǔn)跨徑（m）。

（3）環(huán)境荷載：包括風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載等。計(jì)算公式如下：

（2）

式中，r——基本風(fēng)壓（kPa）；ye——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；q——風(fēng)振頻率（Hz）；gx——基本雪壓（kPa）；φ——雪載荷標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，并結(jié)合荷載組合確定支撐體系的設(shè)計(jì)荷載。

1.2.2 支撐體系穩(wěn)定性計(jì)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(jì)算應(yīng)滿足以下兩個(gè)要求。

（1）整體穩(wěn)定性：支撐體系的整體穩(wěn)定性應(yīng)通過(guò)計(jì)算其傾覆穩(wěn)定系數(shù)、滑移穩(wěn)定系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行判斷。計(jì)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(xì)長(zhǎng)比取值；zk——抗滑力（N）；ε——滑動(dòng)力（N）。

（2）局部穩(wěn)定性：支撐體系的局部穩(wěn)定性應(yīng)通過(guò)計(jì)算其各個(gè)構(gòu)件的承載能力、穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行判斷。

1.2.3 支撐體系強(qiáng)度計(jì)算

支撐體系的強(qiáng)度是指其抵抗破壞的能力。支撐體系的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)滿足以下兩個(gè)要求。

（1）構(gòu)件強(qiáng)度：支撐體系各個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度應(yīng)滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，其計(jì)算公式如下：

（4）

式中，——拉力設(shè)計(jì)值（N）；——抗壓強(qiáng)度（kPa）。

（2）連接強(qiáng)度：支撐體系各個(gè)構(gòu)件之間的連接強(qiáng)度應(yīng)滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，其計(jì)算公式如下：

（5）

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

1.2.4 支撐體系剛度計(jì)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(jì)算應(yīng)滿足以下兩個(gè)要求。

（1）整體剛度：支撐體系的整體剛度應(yīng)滿足預(yù)制空心板吊裝、混凝土澆筑等施工要求，其計(jì)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(yīng)滿足支撐構(gòu)件的變形要求，避免出現(xiàn)過(guò)大的撓度或偏移，其計(jì)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(jì)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(jì)算應(yīng)滿足以下兩個(gè)要求：

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

（8）

式中，——土底面的距離（m）；——附加應(yīng)力與自重應(yīng)力的比值。

（2）局部沉降：支撐體系的局部沉降應(yīng)滿足支撐構(gòu)件的變形要求，避免出現(xiàn)過(guò)大的沉降量，以防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形或破壞，其計(jì)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(jì)的計(jì)算方法是保證預(yù)制空心板橋梁施工安全和質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范和橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的計(jì)算方法，并進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析，確保支撐體系能夠滿足施工要求。同時(shí)，施工人員應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工方案進(jìn)行施工，確保支撐體系的施工安全和質(zhì)量。

2 臨時(shí)支撐體系施工工藝與實(shí)施

2.1 基礎(chǔ)準(zhǔn)備

在搭建支撐體系之前，應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作，包括以下幾點(diǎn)：

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

（2）測(cè)量放線：按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行精確的測(cè)量放線，確定支撐體系的具體位置和標(biāo)高。

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

（4）材料準(zhǔn)備：準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yù)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(yù)制空心板。

2.4 預(yù)制空心板吊裝

支撐體系搭建完成后，就可以進(jìn)行預(yù)制空心板的吊裝，主要步驟如下：

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

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

（3）檢查預(yù)制空心板的安裝位置：完成預(yù)制空心板的吊裝后，需要進(jìn)行檢查，以確保預(yù)制空心板的安裝位置準(zhǔn)確，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.5 支撐體系拆除

預(yù)制空心板橋梁施工完成后，需要將臨時(shí)支撐體系進(jìn)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(jìn)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(jìn)行拆除。

（4）清理現(xiàn)場(chǎng)：完成支撐體系的拆除后，需要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理，將廢棄的材料運(yùn)走，確保施工現(xiàn)場(chǎng)整潔。

3 施工案例分析

3.1 工程簡(jiǎn)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(yuǎn)期目標(biāo)為建成八個(gè)轉(zhuǎn)向的全互通定向立交，目前實(shí)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(diǎn)及施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，該項(xiàng)目擬將六聯(lián)鋼箱梁劃分為133個(gè)制作分段，總重量為3 977 t。單個(gè)鋼箱梁最長(zhǎng)26.6 m，最寬4.9 m，最高3.033 m，最重65 t。

3.2 臨時(shí)支撐選型及布置方案

施工現(xiàn)場(chǎng)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(duì)不同的空間特點(diǎn)，應(yīng)選擇相應(yīng)的臨時(shí)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(wú)縫鋼管，斜撐采用Φ70×6 mm的無(wú)縫鋼管，橫撐采用Φ63.5× 5 mm的無(wú)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(wú)縫鋼管；斜腹桿采用Φ140×8 mm的無(wú)縫鋼管；直腹桿采用Φ89×5 mm的無(wú)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(shí)支撐體系的施工工藝與實(shí)施步驟為基礎(chǔ)，完成施工案例的搭建。

3.3 應(yīng)力與變形結(jié)果

臨時(shí)支撐體系應(yīng)力與變形結(jié)果如圖2所示：

由圖2可知，臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力值為140 MPa

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

4 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)對(duì)預(yù)制空心板橋梁施工中的臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)與分析，提出了一系列改進(jìn)措施，包括合理選擇支撐體系類型、完善施工準(zhǔn)備階段與實(shí)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(jìn)一步增強(qiáng)施工安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。未來(lái)，將進(jìn)一步研究這些措施在實(shí)際施工中的應(yīng)用效果，并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，為交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)提供有力支持。

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收稿日期：2024-12-19

作者簡(jiǎn)介：吳俊標(biāo)（1991—），男，本科，工程師，研究方向：公路橋梁。