跨鐵路連續剛構橋梁臨時結構施工方法研究

摘要：臨時結構是橋梁施工過程中的重要組成部分，合理設計臨時結構對安全順利地完成施工至關重要。結合新建荔新大道橋工程，基于現澆支架施工方法，建立有限元模型，通過計算分析與實際監測相合的方式建立支架系統安全評價指標。綜合現場實際情況，結合有限元分析及施工監控等手段，對支架預壓、現澆梁預應力施工進行研究。針對交通流量預測以及各荷載組合對臨時結構的影響，基于車橋耦合對鋼橋影響的研究現狀，根據現有資料對大交通流量影響下臨時鋼棧橋結構力學性能進行研究，為以后類似的工程建設與監測積累了經驗。

關鍵詞：臨時結構；剛構橋；施工安全；監控

0" "引言

臨時結構作為橋梁建設中不可或缺的部分，其作用是保證橋梁安全穩定的建立完成，不同臨時結構發揮著其不同的重要作用[1-3]。支架因其施工方便、造價低廉、實用性較強，而被廣泛應用于整體結構的施工中。支架作為臨時結構，其受力分析計算比較復雜，其穩定性直接影響到整個施工過程的安全，因此對于現澆支架進行受力分析以及檢算是很有必要的。同樣為臨時結構的鋼棧橋，其力學性能研究是未來安全施工的基礎，科學有效的力學分析可以幫助專家學者進行合理設計、施工 [4-6]。

臨時結構作為建設橋梁過程中的重要組成部分，國內學者對其進行了較多研究，但是大多研究是單一方向的，沒有系統化的研究，且對于橋梁的施工控制技術方法也不太成熟。對于支架方面，同濟大學袁帥華[7]將2008年構建的施工控制系統數據庫應用于監測混凝土連續剛構橋。徐詠梅[8]等人在2013年對連續剛構橋整體頂推施工經行了模擬計算分析；針對臨時鋼棧橋方面，李沙沙[9]采用有限元分析法模擬了檢測荷載對棧橋的影響，并且提出了鋼棧橋施工后期的監測方法；饒開鵬[10]針對棧橋的穩定性問題展開了深入研究；付錦龍詳細討論了應用了預應力鋼管的桁架棧橋設計方法[11]。

本文結合新建荔新大道橋工程，基于現澆支架施工方法，建立有限元模型，通過計算分析與實際監測相合的方式建立支架系統安全評價指標。綜合現場實際情況，結合有限元分析及施工監控等手段，對支架預壓、現澆梁預應力施工進行研究。針對交通流量預測以及各荷載組合對臨時結構的影響，基于車橋耦合對鋼橋影響的研究現狀，根據現有資料對大交通流量影響下臨時鋼棧橋結構力學性能進行研究。

1" "工程概況

廣州市增城區新建的荔新大道和東華大道橋梁，需要跨越正在建設的廣汕高鐵。由于橋梁跨越鐵路軌道數量多，采用多跨非對稱形式，最大跨度50m，單聯長度達160m。荔新大道橋梁平面布置如圖1所示。多跨非對稱形式橋梁在混凝土收縮徐變時極易產生水平應力，進而導致墩身開裂現象。采用盤扣式滿堂腳手架體系，有利于保證混凝土全面均勻受力，確保撓度變化一致，有效降低了混凝土收縮徐變產生的水平力，避免了墩身開裂。荔新大道廣深鐵路處為既有雙向4車道橋梁結構，此橋梁無法與新建荔新大道高架橋相銜接。基于此采用鋼便橋，將12#墩處橋面過渡到現狀荔新大道地面，與舊廣深鐵路橋相銜接，保證社會車輛通行。

2" "支架施工

2.1" " 有限元分析

支架結構較為復雜，為了更精準的模擬實際支架工作時的受力狀態，采用商用有限元軟件midas建立整體支架有限元模型。支架有限元計算模型如圖2所示。其中9#～10#墩支架立桿組合應力如圖3所示，立桿變形如圖4所示。根據有限元分析結果可知：立桿的最大應力121.4MPa，小于允許值300MPa，強度滿足規范要求；立桿的最大變形為3.589mm，剛度也滿足規范要求。

2.2" " 支架預壓監測的必要性

對現澆箱梁下支架體系進行預壓，觀察并測得彈性變形與非彈性變形，為后續施工的預留拱度提供參考，以達到施工規范要求。對9#～10#墩支架結構進行監測，通過讀取傳感器上的支架變形數值，再通過計算得到桿件的應力值，克為支架布置提供科學可靠的數據，為支架的設計優化提供參考。

預壓支架監測的目的是對預壓的過程保持監控狀態，以保證預壓過程的安全進行和達到預期值，主要包括兩方面內容：通過對比分析監測值和理論值進行對比，檢測支架的安全性，保證支架的強度滿足要求，為安全施工箱梁奠定基礎。二是對支架受力的關鍵截面進行撓度監測，把預壓前后的數據進行對比，為施工箱梁設置模板預拱度提供數據。

2.3" " 支架預壓監測流程

2.3.1" "計算分析

支架預壓監測的所得到的數值需要一個合理的數據參考作為支撐，采用有限元模型模擬預壓過程的變形、應力等，將其與監測的數值對比，以此來確保預壓過程的安全。采用商用有限元軟件midas建立模型進行有限元分析，計算得到的應力值與撓度值等數據，將其與監測數據進行對比。

2.3.2" "預壓方法

在預壓時按照實際質量進行預壓，沙袋所擺放的位置與箱梁位置一致，將質量誤差控制在5%以內。對比實測值與理論值可以發現，實測值大于理論值。各加載等級荷載作用下支架撓度監測值見表1。各加載等級荷載作用下支架應力監測值見表2。

3" "臨時鋼棧橋力施工

作為修建大型橋梁的臨時結構，因具備施工方便、容易拆裝等等優點，而被廣泛應用于大橋、港口、大壩等工程當中。然而，對于臨時剛棧橋的研究尚存不足，對于其施工及運營時多因素下超長鋼管的受力特性尚不明確。對臨時鋼棧橋的全壽命周期展開研究，明確其受力規律，對于保證施工安全、優化設計、節省成本具有重要意義[12-13]。鋼棧橋力學性能研究是未來安全施工的基礎，正確有效的力學興分析可以幫助專家學者進行正確的設計、施工，提高實驗結構的準確性[14-15]。

3.1" " 計算工況及荷載組合

采用商用有限元軟件midas，建立計算模型。本棧橋僅需考慮城市A級荷載或公路I級標準車輛正常通行，故棧橋結構設計可細分為兩種工況，具體如表3所示：

3.2" " 各工況下結構計算分析

3.2.1" "橋面板計算

鋼橋面板由面板、橫梁組成。其中，面板為10mm厚花紋鋼板，橫梁為U型鋼肋板。圖5為兩塊鋼橋面板組拼圖，計算鋼橋面板時，鋼橋面板最大跨度為0.22m，采用有限元法對鋼橋面板進行應力分析，其計算模型如圖6所示。

55t重載汽車的單側后輪受荷載為70.0kN，輪壓面積為0.6m×0.2m，接觸面輪壓為583kPa。其余輪壓與之相比較小，不予計算。根據輪子作用于兩U型鋼中間段或U型鋼頂兩種情況，分別計算橋面板的受力情況。輪子作用于兩U型鋼中間段加載模型如圖7所示。輪子作用于U型鋼頂加載模型如圖8所示。

根據計算結果知：當后輪作用作用于兩U型鋼中間段時，橋面板最不利；當后輪作用作用于 U型鋼頂時，U型鋼最不利。經計算可知，橋面板受力及位移均滿足要求。各荷載工況下橋面板最大應力及位移如表4所示。

3.2.2" "貝雷梁計算

采用midas軟件，建空間計算模型，風荷載等效于均布荷載施加在每片組合式桁架上弦桿上。棧橋計算模型如圖9所示。當計算貝雷片弦桿內力時，考慮的荷載分布為：兩量重載汽車縱向分布在棧橋的跨中位置處；當計算貝雷片的豎桿、斜桿、以及棧橋的立柱的內力時，考慮的荷載分布為：兩輛重載汽車沿著棧橋縱向分布在墩頂位置處。

經計算得到弦桿最大軸力未104kN，小于允許值560kN，滿足要求。豎桿最大軸力為111.3kN，小于允許值210kN，滿足要求。斜桿最大軸力為67.7kN，小于允許值171.5kN，滿足要求。貝雷梁變形為11.3mm，小于允許值30mm，滿足要求。

通過整理，得到工況I及工況II荷載組合下貝雷片最大受力結果如表5所示。由表5可知，弦桿最大內力值為112.5kN，遠遠小于理論容許承載560kN，豎桿和斜桿的內力值也小于其各自的理論容許承載值，位移值為11.3mm，小于容許值30mm，故棧橋主梁結構受力及變形均滿足要求。

4" "結論

臨時結構作為橋梁建設中不可或缺的部分，其作用是保證橋梁安全穩定的建立完成，不同臨時結構發揮著其不同的重要作用。支架因其施工方便、造價低廉、實用性較強，而被廣泛應用于整體結構的施工中。本文采用midas軟件對臨時支架現澆連續鋼構橋的滿堂盤扣支架模型進行分析，對安全性進行評價。偏安全考慮對滿堂支架進行強度剛度以及穩定性進行驗算，建立臨時鋼棧橋有限元模型，探討橋面板、貝雷梁的剛度對結構受力的影響，得出以下結論：

根據有限元計算結果顯示，施工過程中滿堂盤扣支架立桿、水平桿、剪刀撐等各構件滿足強度、剛度及穩定性規范要求，模擬取得良好的效果。通過支架預壓監測發現，監測值與理論值存在著誤差，通過有限元計算分析，有助于合理設計優化支架，監測與計算結合更有利于對箱梁的線型控制。

通過midas軟件建立各個工況下各結構的有限元模型，進行各結構在三個工況下的響應分析，并對極限狀態下得出的參數進行分析，得到3種工況鋼棧橋的承載能力，與標準對比均滿足要求。

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