預制空心板橋梁施工中的臨時支撐體系設計與分析

摘要 預制空心板橋梁因其施工速度快、效率高、造價低等優勢，近年來在公路橋梁建設中得到廣泛應用。臨時支撐體系是預制空心板橋梁施工的關鍵環節，其設計與分析直接關系橋梁施工安全和工程質量。文章針對預制空心板橋梁施工中的臨時支撐體系，從結構受力分析、施工工藝要求兩方面展開研究，探討了臨時支撐體系的設計方法和算法，并結合工程實例分析了臨時支撐體系的實際應用效果。

關鍵詞 預制空心板橋梁；臨時支撐體系；結構受力分析；施工工藝

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）03-0102-03

0 引言

預制空心板橋梁作為一種新型的橋梁結構，以其施工便捷、造價低廉、工期短等優勢，在公路橋梁工程中得到越來越廣泛的應用[1]。然而，預制空心板橋梁施工過程中的臨時支撐體系設計與分析對于保證橋梁施工安全、提高施工效率至關重要。近年來，隨著預制空心板橋梁規模的不斷擴大，對臨時支撐體系的設計要求也越來越高[2]。傳統的臨時支撐體系設計往往采用經驗公式和經驗判斷，缺乏科學性和精確性，存在安全隱患。同時，傳統的臨時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[3]。因此，亟須開發一種新型、安全、經濟、高效的預制空心板橋梁施工臨時支撐體系。

針對上述問題，該文將以某預制空心板橋梁工程為例，開展預制空心板橋梁施工臨時支撐體系的設計與分析，旨在探究一種安全可靠、經濟高效的支撐體系方案，為預制空心板橋梁施工提供理論指導和實踐參考。

1 臨時支撐體系設計準則與計算方法

臨時支撐體系的設計流程包括確定支撐體系的類型、承載力、幾何尺寸，以及材料規格，隨后展開支撐體系的強度和穩定性驗算，并制定支撐體系的安裝和拆卸方案，在此過程中應嚴格控制施工過程。

1.1 設計內容概述

臨時支撐體系設計圖如圖1所示：

1.2 支撐體系設計計算方法

支撐體系設計的計算方法應根據橋梁結構形式、荷載情況、施工工法等因素進行綜合考慮。

1.2.1 荷載計算

支撐體系應能承受施工過程中所有可能出現的荷載，具體如下：

（1）自重：包括支撐體系自身重量、預制空心板重量、施工機械重量、施工人員重量等。

（2）施工荷載：包括預制空心板吊裝荷載、混凝土澆筑荷載、模板支撐荷載、機械作業荷載等。計算公式如下：

（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——標準荷載（kN/m2）；h——空心板混凝土體積（m3）；x——標準跨徑（m）。

（3）環境荷載：包括風荷載、雪荷載、地震荷載等。計算公式如下：

（2）

式中，r——基本風壓（kPa）；ye——風荷載標準值（kN/m2）；q——風振頻率（Hz）；gx——基本雪壓（kPa）；φ——雪載荷標準值（kN/m2）；d——積雪分布系數；kβ——水平地震影響系數；bβ——自振周期（s）。

荷載計算應根據相關規范進行，并結合荷載組合確定支撐體系的設計荷載。

1.2.2 支撐體系穩定性計算

支撐體系的穩定性是指其抵抗外力作用而保持平衡的能力。支撐體系的穩定性計算應滿足以下兩個要求。

（1）整體穩定性：支撐體系的整體穩定性應通過計算其傾覆穩定系數、滑移穩定系數等指標進行判斷。計算公式如下：

（3）

式中，a1——軸心受壓構件的整體穩定系數；——構件最大細長比取值；zk——抗滑力（N）；ε——滑動力（N）。

（2）局部穩定性：支撐體系的局部穩定性應通過計算其各個構件的承載能力、穩定性等指標進行判斷。

1.2.3 支撐體系強度計算

支撐體系的強度是指其抵抗破壞的能力。支撐體系的強度計算應滿足以下兩個要求。

（1）構件強度：支撐體系各個構件的強度應滿足相應的規范要求，其計算公式如下：

（4）

式中，——拉力設計值（N）；——抗壓強度（kPa）。

（2）連接強度：支撐體系各個構件之間的連接強度應滿足相應的規范要求，其計算公式如下：

（5）

式中，λ——螺釘的間距（mm）；ih——螺釘直徑（mm）；gn——實際接觸面積（mm2）。

1.2.4 支撐體系剛度計算

支撐體系的剛度是指其抵抗變形的能力。支撐體系的剛度計算應滿足以下兩個要求。

（1）整體剛度：支撐體系的整體剛度應滿足預制空心板吊裝、混凝土澆筑等施工要求，其計算公式如下：

（6）

式中，ni——外力變化量（N）；mi——材料的彈性模量（kPa）；vk——結構變形變化量（m）。

（2）局部剛度：支撐體系的局部剛度應滿足支撐構件的變形要求，避免出現過大的撓度或偏移，其計算公式如下：

（7）

式中，ω——作用于結構的恒力（N）；——由于力產生的形變（m）。

1.2.5 支撐體系沉降計算

支撐體系的沉降是指其在荷載作用下發生的豎向位移。支撐體系的沉降計算應滿足以下兩個要求：

（1）整體沉降：支撐體系的整體沉降應滿足預制空心板吊裝、混凝土澆筑等施工要求，避免出現過大的沉降量，以防止出現結構變形或破壞，其計算公式如下：

（8）

式中，——土底面的距離（m）；——附加應力與自重應力的比值。

（2）局部沉降：支撐體系的局部沉降應滿足支撐構件的變形要求，避免出現過大的沉降量，以防止出現結構變形或破壞，其計算公式如下：

（9）

式中，τ——土層的壓縮量（mm）；lm——地基壓縮層深度（m）。

支撐體系設計的計算方法是保證預制空心板橋梁施工安全和質量的重要環節。設計人員應根據相關規范和橋梁結構特點，選擇合適的計算方法，并進行詳細的計算分析，確保支撐體系能夠滿足施工要求。同時，施工人員應嚴格按照設計要求和施工方案進行施工，確保支撐體系的施工安全和質量。

2 臨時支撐體系施工工藝與實施

2.1 基礎準備

在搭建支撐體系之前，應做好充分的準備工作，包括以下幾點：

（1）場地清理：清除施工場地內的雜物，確保施工區域平整、排水通暢。

（2）測量放線：按照設計圖紙進行精確的測量放線，確定支撐體系的具體位置和標高。

（3）基礎施工：根據支撐體系的荷載要求進行基礎施工，確保基礎強度和穩定性。

（4）材料準備：準備足夠的支撐材料，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進行連接，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）檢查立柱穩定性：完成立柱的安裝后，需要進行檢查，以確保立柱的穩定性，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）檢查支撐架的穩定性：完成支撐架的安裝后，需要進行檢查，以確保支撐架的穩定性，避免支撐架傾斜或倒塌。

（3）調整支撐架高度：根據預制空心板的尺寸調整支撐架的高度，確保支撐架能夠支撐起預制空心板。

2.4 預制空心板吊裝

支撐體系搭建完成后，就可以進行預制空心板的吊裝，主要步驟如下：

（1）吊裝準備：檢查吊裝設備，確保吊裝設備能夠安全、可靠地進行吊裝作業。

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

（3）檢查預制空心板的安裝位置：完成預制空心板的吊裝后，需要進行檢查，以確保預制空心板的安裝位置準確，并進行適當調整。

2.5 支撐體系拆除

預制空心板橋梁施工完成后，需要將臨時支撐體系進行拆除，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行拆除。

（3）拆除立柱：按照先拆除外側立柱，再拆除內側立柱的順序進行拆除。

（4）清理現場：完成支撐體系的拆除后，需要對施工現場進行清理，將廢棄的材料運走，確保施工現場整潔。

3 施工案例分析

3.1 工程簡介

某高架體系位于某城市環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。該工程的遠期目標為建成八個轉向的全互通定向立交，目前實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。根據高架橋自身結構特點及施工現場環境，該項目擬將六聯鋼箱梁劃分為133個制作分段，總重量為3 977 t。單個鋼箱梁最長26.6 m，最寬4.9 m，最高3.033 m，最重65 t。

3.2 臨時支撐選型及布置方案

施工現場根據空間層次劃分為兩部分：跨越主線高架與環路區域和地表施工區域。針對不同的空間特點，應選擇相應的臨時支撐方案。

（1）跨越道路區域：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）地表施工區域：采用并列格構式墩柱支架，根據荷載情況設置以下兩種規格：

1）1.5 m × 1.5 m的并列格構式墩柱支架：主管采用Φ140×8 mm的無縫鋼管，斜撐采用Φ70×6 mm的無縫鋼管，橫撐采用Φ63.5× 5 mm的無縫鋼管，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的并列格構式墩柱支架：主管采用Φ219×10 mm的無縫鋼管；斜腹桿采用Φ140×8 mm的無縫鋼管；直腹桿采用Φ89×5 mm的無縫鋼管；分配梁及墊梁的尺寸為HW400×400×13×21 mm。

以上文闡述的臨時支撐體系的施工工藝與實施步驟為基礎，完成施工案例的搭建。

3.3 應力與變形結果

臨時支撐體系應力與變形結果如圖2所示：

由圖2可知，臨時支撐結構的最大應力值為140 MPa

時，體系的最大變形量不超過10 mm，小于允許變形量15 mm，滿足相關規范要求，說明在該工程的施工過程中，臨時支撐體系運行良好，能夠滿足預制空心板的荷載要求，保證了施工安全。該文所提出的臨時支撐體系方案設計合理、可行性強，能夠有效地保證預制空心板橋梁施工的安全性和質量。

4 結語

該文通過對預制空心板橋梁施工中的臨時支撐體系設計與分析，提出了一系列改進措施，包括合理選擇支撐體系類型、完善施工準備階段與實施階段等。這些措施不僅可以顯著提高施工質量和施工效率，還可以進一步增強施工安全性和結構穩定性。未來，將進一步研究這些措施在實際施工中的應用效果，并不斷優化設計方法，為交通基礎設施建設的不斷推進提供有力支持。

參考文獻

[1]魏方謙.橋梁空心板預制及安裝施工技術分析[J].江西建材， 2023（5）：265-266+269.

[2]陳生云，黃袁媛，王康宇，等.多跨變截面鋼桁橋臨時支撐體系設計與施工[J].中國水運， 2024（20）：110-111+125.

[3]鄧友生，張克欽，趙明華，等.連梁-樁結構荷載傳遞特性試驗研究[J].應用基礎與工程科學學報， 2024（5）：1474-1485.

收稿日期：2024-12-19

作者簡介：吳俊標（1991—），男，本科，工程師，研究方向：公路橋梁。