上跨公路连续梁悬灌法施工临时支架结构稳定性研究

摘 要：根据某上跨连续梁0#块的设计特点，本文设计了0#块的临时支架体系，并利用有限元软件进行建模，通过有限元软件模拟了上部排架、翼缘垫梁、横梁、钢管及其连接系等部位的受力情况，计算结果表明，排架最大正应力和最大剪应力均位于排架中部区域，最大正应力为118.5MPa，最大剪应力59.6MPa。钢管及其连接系受力中最大正应力和最大剪应力均出现在排架下部区域。需要在施工过程中对受力较突出部位加强连接和观测等，以保证临时支架体系顺利施工，可为类似工程实践提供借鉴。

关键词：连续梁；临时支架；有限元数值模拟；安全施工

中图分类号：U 445" " 文献标志码：A

山东省内某公路桥梁在上跨既有国道处设有一处（40+72+72+40）m连续梁，沿线地表水类型主要为河流水和水塘、沿线河流和水塘散布谷地，为灌溉用水源地。沿线地下水主要为第四系孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩地区岩溶水。桥梁所处属于低山丘陵地貌，地势起伏，较陡峻，自然坡度约28°～42°，相对高差约70m～90m，植被发育，以灌木丛为主，下坡低缓处辟为农田、菜地，桥梁两侧发育少量冲沟。主梁梁体为单箱单室、变高度和变截面箱梁，边跨跨径40.0m，中跨跨径72m，全梁长225.5m，含两侧梁端至边支座中心各0.75m。梁体各控制截面梁高分别如下：边跨直线段和中跨跨中截面最低点处梁高为3.6m，中支点最低点处梁高为6.2m，梁高按圆曲线变化，箱梁顶宽12.6m，底宽6.7m。箱梁横截面为单箱单室直腹板截面。顶板厚40cm，腹板厚分别为50cm、70cm、90cm和110cm。全桥共设5道横隔梁，分别设于中支点、端支点。中支点处设置厚2.4m的横隔梁，边支点处设置厚1.45m的端隔梁，隔板设有孔洞，供检查人员通过。由于上跨运营公路，施工风险较大，因此主墩0#块的临支撑体系施工是整个连续梁施工的重中之重，将直接影响后续连续梁施工的安全与质量。

1 临时支架体系组成与搭设

0#块支架采用钢管立柱+墩身预埋牛腿的形式。模板采用厚1.8cm的木胶板，模板底纵向支垫（10×10）cm方木，腹板方木间距为20cm，排架采用工12型钢，翼缘处采用I40a垫梁，横梁采用2I28b型钢，桩顶分配梁采用2I45a型钢，立柱采用（8630×0）mm无缝钢管，临时支座设置在墩顶大、小里程两侧，采用C50钢筋混凝土，顺桥向长0.6m，横桥向长1.5m，高0.75m。每个0#块下设4个临时支座。临时支座主筋深入墩身长度1m，深入梁体1m。临时支座采用HRB400Ф32mm钢筋为主钢筋，钢筋采用HRB400钢筋。纵梁由I12.6工字钢排架组成，腹板区底部6排排架，空腔区底部8排排架，共14排；下横梁采用双拼I28b工字钢，共5排，间距100cm；垫梁采用双拼I45b工字钢，共3排，间距300cm。三角托架上部水平横梁为双槽钢2[28c，下部竖杆和斜杆为双槽钢2[25c，与墩身预埋件连接，其中预埋件上的螺栓为安装固定螺栓，上部预埋件加设精轧螺纹钢筋，并进行张拉预紧。0#块临时体现结构布置图如图1所示。

0#块施工支架体系采用堆载预压块的方式进行预压。为了使预压加载过程与实际施工过程中的托架受力状态相吻合，将面荷载模拟成等效的多点集中荷载。施压目的主要是通过测量观察各施压节点处的变化来检验托架的稳定性、安全性和变形等，以消除自身非弹性变形，测定弹性变形关系曲线，从而为确定立模标高并做好预拱度的预留提供依据。混凝土预压块在预制场集中预制尺寸（1×1×1）m，体积为1m³，预压块每块约2.4t，预压块堆放过程中需要严格以对称分布方式进行堆放。

0#块施工支架预压分三级进行，分级加载。第一级为60%，第二级为设计值的100%，第三级为设计值的120%。每级加载完毕1h后进行变形观测，加载完毕后应每6h测量一次变形值。预压荷载时间以支架变形稳定为原则确定。最后2次沉落量观测平均值之差≤2mm时，才能进行下一级预压工作。做好详细记录，卸载时按照加载的相反工序卸载，均需测量测点标高并做好记录。

预压完成后，根据实测的线性和非弹性变形，由第三方根据数据给出立模标高后才可开始底模铺设。为确保施工安全，需要设专门人员对使用过程中的支架进行巡查检测[1]。

2 临时支架体系稳定性有限元模拟

有限元计算拥有众多优点，可以处理复杂的结构和加载条件[2-3]。有限元计算可以对真实工程中的复杂结构进行分析，包括非线性和动力学效应，并能处理各种类型的加载条件。对于大型、复杂结构和非线性材料，有限元计算可以提供较高精度和可靠性，较好地适应各种结构、材料和加载条件，并进行模型修改和优化设计。有限元计算可以提供丰富的结果输出和可视化功能，包括位移、应力、应变和应力云图等，确定支架受力较不利的位置，便于进行结果分析，并在后续采用相应的施工技术措施。0#块临时支架体系有限元模型如图2所示。其中托架采用铰接固定，分配梁间采用铰接进行约束[4-5]。

根据上文所建模型，使用得到的梁体内力并结合排架的布置形式和支撑点位置计算排架的受力情况，计算结果如图3所示。由图3可知，排架受力基本呈对称分布，沿桥梁纵向边缘排架受力较小。排架最大正应力和最大剪应力均位于排架中部区域，剪力在下部排架中较明显，最大正应力f=118.5MPalt;215MPa，最大剪应力f=59.6MPalt;125MPa，满足设计强度要求。

钢管及其连接系为支架体系的下部结构，其强度和稳定性对整个施工尤为重要，因此需要进行钢管及其连接系三维计算分析，计算结果云图如图4所示。

钢管及其连接系受力中最大正应力和最大剪应力均出现在支架的下部区域，也基本呈对称分布的特性，在施工过程中对其足够重视。其中最大正应力f=51.1MPalt;215MPa，最大剪应力f=2MPalt;125MPa，满足要求。

混凝土浇筑前按照施工荷载的1.1倍系数进行预压，各构件计算结果见表1。0#块支架结构强度、刚度和稳定性满足受力要求，可以根据前期设计方案进行施工。

经计算，横梁最大正应力与最大剪应力基本呈几何轴对称分布，最大正应力f=146.8MPalt;215MPa，最大剪应力f=48.3MPalt;

125MPa，最大相对变形为Δ=6.9mmlt;2000/200=10mm，满足设计要求。翼缘垫梁最大组合正应力f=40.8MPalt;215MPa，最大剪应力f=17.1MPalt;125MPa，最大相对变形为Δ=0.3mmlt;1000/400=2.5mm，满足设计和规范要求。

3 临时支架施工注意事项

搭设连续梁支架是一项复杂的工程任务，需要遵循严格的安全操作规范。根据上文三维数值模拟仿真计算结果，需要重点施工下部钢管及其连接系与上部连接处，严格保证其安全和质量。同时，在上部排架施工过程中，中部区域应力较大的位置，应采用加强焊接的方式保证连接点的稳定，每日作业前都应进行例行安全质量检查。同时也应做好以下5点。1）地基准备。确保搭设支架的地基坚固、平整，能够承受支架和梁体的质量。必要时进行地基加固或地基处理。2）支架选择。根据连续梁的设计要求选择适当的支架类型和规格。支架应具备足够的承重能力和稳定性，并符合相关标准和规范。按照支架制造商的说明书进行组装，确保每个连接点都牢固可靠，使用合适的紧固件和连接方式。3）梁体安装。搭设支架前，对梁体进行彻底检查，确保没有明显的损伤或缺陷。使用适当的起重设备进行梁体的吊装和定位，保持梁体水平和垂直。4）监测和检查。持续监测支架的稳定性和承载能力，及时发现并处理异常情况。对支架进行定期检查和维护，确保其正常运行。5）垂直度和水平度。在支架搭设过程中，必须确保支架系统垂直度和水平度符合设计要求。根据本文上述设计，研究对象连续梁0#块顺利施工完成。

4 结论

本文根据连续梁工程特点设计了0#块支架，经计算发现排架最大正应力和最大剪应力均位于排架中部区域，剪力在下部排架中较明显，最大正应力f=118.5MPalt;215MPa，最大剪应力f=59.6MPalt;125MPa，均能满足设计需要。

在钢管及其连接系受力中，最大正应力和最大剪应力均出现在支架的下部区域，也基本呈对称分布的特性，在施工过程中需要对其足够重视，其中最大正应力f=51.1MPalt;215MPa，最大剪应力f=2MPalt;125MPa，满足要求。

对于计算所得应力较集中的区域，钢管及其连接系与上部、基础连接处需要重点施工，严格保障其安全和质量。在上部排架施工过程中，对于中部区域应力较大的位置，应采用加强焊接的方式，以保证连接薄弱点的稳定和牢固。

参考文献

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[3]王福亮.施工中现浇连续箱梁临时支架计算及验算实例[J].城市道桥与防洪，2016（8）：202-204，20.

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[5]江贤圣，孙政.桥梁整体现浇支架方案的探讨[J].矿业快报，2006（4）：63-64，67.