高速公路橋梁工程中預制梁架設技術研究

呂德權

摘要：先模擬高速公路橋梁工程的實際工況，對預制梁架設過程進行受力分析，獲得預制梁架設過程中固結部分的受力規律和其隨著架設進展的變化情況。然后將受力分析數據作為依據，設計相應的預制梁架設流程完成施工。實驗結果表明：所提出預制梁架設技術性能更穩定、架設方案更安全，適合應用到實際的項目中。

關鍵詞：高速公路；橋梁工程；預制梁；架設技術；施工方案

0? ?引言

橋梁作為高速公路的關鍵組成部分，其建設質量直接影響到整條道路的使用壽命和安全性[1]。預制梁作為橋梁建設中的主要構件，其架設技術的選擇和應用對橋梁的質量、安全性、施工效率等具有重要影響[2]。因此對高速公路橋梁工程中預制梁架設技術進行研究，具有重要的理論和實踐意義。近年來，國內外學者針對高速公路橋梁工程中預制梁架設技術進行了廣泛研究，主要研究方向包括：預制梁的受力分析和優化設計，預制梁的制造工藝和質量控制；預制梁的架設工藝和設備選擇，預制梁架設過程中的安全性和可靠性等[3-5]。

在橋梁施工中，最重要的環節就是預制梁的架設，高速公路具有復雜的交通線路，地理地質條件也比較特殊，特別是近些年橋面寬度及跨徑的不斷增大，使得橋梁工程施工難度進一步加大。

為了滿足使用需求需要，需要對高速公路橋梁工程中預制梁架設技術展開進一步的研究[6]。本文以高速公路橋梁工程預制梁架設技術作為研究重點，結合具體的施工情況進行全方位地討論與分析。

1? ?預制梁架設受力分析

1.1? ?預制梁架設受力分析的必要性

預制梁在架設過程中受到多種力的影響，包括自身重力、風載、地震力等[7]。受力分析的主要目的是確定預制梁在各種工況下的內力和變形，以評估其安全性和穩定性。同時，通過受力分析優化預制梁的設計和架設工藝，有助于提高橋梁的整體性能。

在進行預制梁架設受力分析時，需要綜合考慮這些力的作用，并采取相應的措施來確保架設過程的安全性和穩定性。例如，在架設過程中，受力不平衡可能會引發提梁機前后吊點高差較大、前后吊點橫向位置偏差明顯、提梁不同步、落梁后位置誤差明顯、支撐點間壓力偏差大等問題。對于部分問題，可通過增加臨時支撐、使用纜繩進行牽引等方式來增加預制梁的穩定性。對于其他問題，還需要對架設過程中可能出現的問題進行預測和評估，并制定相應的應對措施。

1.2? ?預制梁架設受力分析流程

1.2.1? ?測力前準備

根據高速公路橋梁工程的具體情況，選擇適當規格和質量的預制梁，對其進行質量檢測，確保其質量符合設計要求。準備架設設備，如塔機、滑輪、鋼絲繩等，檢查設備性能，確保其安全可靠。然后選擇合適的架設場地，確保地面平整、牢固，無影響架設安全的因素。

1.2.2? ?測量受力

將預制梁放置于塔機上，用鋼絲繩固定，確保梁的安全性。預制梁的一端設置滑輪，另一端固定塔機，調整塔機和滑輪的配合，逐漸提升預制梁至預定高度。

在提升過程中，需要使用加速度傳感器和位移傳感器分別測量預制梁的加速度和位移變化。同時，使用力傳感器測量塔機和鋼絲繩的受力情況。在預制梁到達預定高度后，將其緩慢放下至地面，期間記錄相關數據。受力分析測點分布情況如圖1所示。

1.2.3? ?受力計算與數據分析

考慮泊松比的影響，利用公式確定出目標雙向受力影響關系式，其表達式如公式（1）所示：

（1）

式中：κ表示應力，E'0表示目標受力時的初始彈性模量，ω表示極限應變，E0表示初始彈性模量，χ表示泊松比，α表示側向應力與當前應力比值，ωp表示目標受力時最大應力處應變，E's表示最大應力處于0點處的割線模量。

利用雙向受力影響關系式，可以推導目標在不同工況下雙向受力應力和應變的關系。在預制梁架設結束后，整理相關數據，其中包括預制梁的質量、加速度、位移、受力等方面的數據。

對加速度和位移數據進行積分，計算預制梁的位移變化和運動軌跡，結合受力數據，分析預制梁在架設過程中的重力、摩擦力、支撐力等受力情況，對所得數據進行統計分析，得出預制梁架設受力性能的規律和特點。

1.2.4? ?注意事項

需要注意的是，整個分析過程中應確保人員和設備安全，設置專人進行監控和維護。對于關鍵步驟和數據采集環節需進行嚴格把控，以保證數據的準確性和可靠性。在數據處理和分析階段要充分利用所得數據，挖掘其背后的規律和信息。同時，對于異常數據要進行分析和處理，以減小其對分析結果的影響。

通過上述預制梁架設的受力分析，可以全面了解到預制梁在架設過程中的受力情況，依據得到的結果選擇合適的架設方案，能夠進一步確保橋梁的安全性和穩定性。

2? ?預制梁架設施工技術分析

2.1? ?施工流程設計影響因素

預制梁的架設是整個橋梁建設過程中的關鍵環節，需要根據工程實際情況制定合理的預制梁架設施工方案。施工流程設計應考慮以下因素：一是運輸和存放。二是預制梁在架設過程中的受力情況，三是架設設備和工藝的選擇，四是施工過程中的安全性和質量控制，五是橋梁的結構形式和受力情況。

2.2? ?架設質量與安全保障措施

預制梁的架設施工是整個工程的關鍵環節之一，需要采取有效的措施來確保架設安全順利的進行。結合預制梁架設的受力分析情況，選擇具有豐富經驗的架設單位，根據預制梁的數量、尺寸和質量等參數進行架設方案的設計。在架設過程中，采用專業的架設設備和儀器，如龍門起重機、纜繩、滑輪等，確保架設的安全性和穩定性。對預制梁進行精確就位和支撐，確保就位準確、支撐穩固。在架設完成后，進行橋梁的整體檢測和驗收，確保符合設計要求和相關標準。

2.3? ?施工流程設計

施工流程如圖2所示。

2.4? ?架設操作要點

2.4.1? ?裝車與提梁

在裝車過程中，為了防治出現梁滑動情況，在前后轉盤和梁底座之間填補特種橡皮。在提梁過程中，為避免預制梁在吊裝過程中出現受扭、碰撞等情況，要統一起重機的操作，平衡起重機小車和大車的受力變化。其主要措施是在其中一臺天車的吊具上架設分配梁，利用銷軸與其相連，實現三點支撐，保持預制梁的靜定支撐狀態，避免梁體扭曲。

2.4.2? ?架梁

在架梁過程中，運梁車進入架橋機后，由兩個天車運行到吊梁位置，前天車提梁和后運梁車一起同步運行。采用通用落梁方式，以液壓千斤頂作為臨時支點。在安裝支座前需要進行預埋處理，預留錨固支座螺栓孔位，并在支座注漿強度達到標準要求后，接觸落梁千斤頂，完成支座安裝。針對預制梁架設的進行受力分析，若存在不平衡受力情況，采用合適的配重方案緩解吊機的不平衡彎矩問題，比如增加配重小車。在架設過程中配重和橋面吊機同步向前行走，并保證吊機基本平衡。此外，在整個架設過程中需要時刻監測天氣情況，遇大雨天或大風天禁止架梁。為了保證預制梁架設施工的安全性，需要制定完善的安全管理制度，建立嚴格的安全責任制，以保障施工安全進行。

3? ?實驗研究

為驗證提出的高速公路橋梁工程中預制梁架設技術的可靠性，對該技術進行實驗研究。研究采用對比形式，以常規的架設技術作為對照，分別對其應變和撓度進行驗證，觀察不同的架設技術對預制梁性能的影響。

3.1? ?測點布設

以某城市的高速橋梁為研究對象，根據測試內容不同采用不同的測試方式，對于應變測試和撓度測試，布置的測點如圖3所示。

3.2? ?測試要點

在測點布置完成后，使用振弦式應變計對預制梁進行測試（包括裸梁和完成架設后的梁），記錄測量數據并計算誤差。對于撓度測試，使用數字式精密水準儀測量，如果條件允許，可以每片梁底安裝百分表進行測試（測試包括裸梁和完成架設后的）梁，測試完成后計算兩者誤差。

3.3? ?測試結果分析

通過應變測試和撓度測試誤差，分析架設技術對預制梁的性能影響情況。實驗結果如表1所示。

表1中，架設技術1表示從相關參考資料中引入的常規架設技術，架設技術2表示提出的預制梁架設技術。通過表1顯示的數據可以看出，采用常規的預制梁架設技術，應變和撓度誤差比較大，架設技術有一定的安全隱患。在相同的實驗條件下，采用采用文中的預制梁架設技術，應力和撓度誤差更小，說明該架設技術更穩定。綜上所述，文中提出的高速公路橋梁工程中預制梁架設技術在實際工程中效果更好，應用性能優于其他架設技術。

4? ?結束語

本文通過對預制梁的受力分析、架設工藝和總體施工方案設計進行闡述，對高速公路橋梁工程中預制梁架設技術進行了系統研究。通過本研究，可以更加深入地了解預制梁架設技術的原理和方法，為實際工程應用提供參考。同時，本研究也為提高高速公路橋梁建設的質量、施工效率和安全性提供了一定的理論支持和實踐指導。

未來還需對預制梁架設技術進一步深入探究。具體方向包括：對預制梁的新材料和新制造工藝進行研究，提高其性能和生產效率；對預制梁架設過程中的動態特性和安全控制進行深入研究；結合BIM技術和其他先進技術，實現預制梁架設的智能化和自動化；對預制梁的維護和修復技術進行研究，以延長橋梁的使用壽命。總的來說，高速公路橋梁工程中預制梁架設技術的研究是一項復雜而重要的工作。只有不斷深入研究和探索，才能更好地適應社會發展的需要，為公路橋梁建設事業作出更大貢獻。

參考文獻

[1] 劉琳，黃峰，劉勇.復雜條件下輕軌預制箱梁架設關鍵施工技術[J].中外公路，2022，42（1）：178-182.

[2] 呂林，汪家雷，查小林，等.節段預制混凝土箱梁架設施工中架橋機吊桿受力分析[J].施工技術（中英文），2022，51（3）：121-124.

[3] 肖頡，李成全，覃勇剛.深中通道60m混凝土箱梁架設過程臨時支點方案研究[J].橋梁建設，2021，51（4）：38-44.

[4] 吳小斌，劉浪.襄陽龐公大橋主橋加勁梁架設施工技術[J].公路，2021，66（8）：142-147.

[5] 簡方梁，楊永明，焦亞萌，等.大跨度公鐵兩用橋梁公路橋面系設計研究[J].鐵道標準設計，2021，65（11）：11-16.

[6] 龔俊虎，謝海林，鄢巨平.高速磁浮梁軌分離式橋梁與軌道設計和創新[J].鐵道科學與工程學報，2021，18（3）：564-571.

[7] 姜海波，黃承旺，馮家輝，等.預制節段RPC梁干接縫直剪性能試驗研究[J].公路交通科技，2021，38（1）：59-68.