橋梁無支架雙柱式蓋梁承重支架穩(wěn)定性分析及應用研究

摘要 文章旨在探討橋梁無支架雙柱式蓋梁承重支架的應用，包括計算荷載及組合、建立有限元模型及支架計算，并結合實際工程參數(shù)分析了支架在不同活載與靜荷載組合下的受力情況，分別討論了其應力、撓度變形等情況。研究結果顯示，在各種工況下，主梁結構均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和承載能力，完全符合設計和施工要求。文章針對特定案例所進行的相應討論與分析過程也能為更多同類研究與實踐提供參考。

關鍵詞 公路橋梁；雙柱式蓋梁；穩(wěn)定性分析

中圖分類號 U455.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）02-0135-03

0 引言

蓋梁是橋梁工程的重要承重構件，其安全、高效的施工對橋梁工程整體進度影響重大，尤其在城市快速路建設方面，其施工在場地條件限制情況下的影響更加突出，使得在有限條件下的無支架蓋梁工程施工更為復雜，相關領域研究也對這一課題展開了分析。沈曉杰[1]探討了預制混凝土箱梁橋大型蓋梁的快速施工技術，提出優(yōu)化施工工藝提高效率；李永孌[2]介紹了公路橋梁現(xiàn)澆蓋梁支架施工技術，重點分析支架設計與施工中的關鍵技術；蘭勝強等[3]研究了插入式牛腿托架在方墩蓋梁中的應用，優(yōu)化了結構穩(wěn)定性和施工效率；郭建強等[4]進行軌道交通高架橋獨柱墩偏載試驗，提出了破壞形態(tài)判定方法，提升設計可靠性；夏寶坤等[5]介紹了全預制裝配式城市橋梁快速架設施工技術，推動了城市橋梁建設的標準化與高效化；韓國祥[6]研究了高速公路中央墩大懸臂蓋梁支架施工監(jiān)控，提出了關鍵技術與監(jiān)控手段；崔力寧等[7]探討了獨柱墩彎箱梁橋的加固方法，提出了適應性強、成本較低的加固技術；陶然等[8]研究了鐵路橋梁鋼門式墩設計，提出了提高承載力和穩(wěn)定性的設計方法；李立峰等[9]通過試驗研究了預制大懸臂預應力UHPC薄壁蓋梁的抗彎性能，揭示了其優(yōu)異的結構性能。基于此，該文針對高架橋無支架雙柱式蓋梁承重支架展開研究，通過詳細的計算和分析，探討其在施工過程中可能面臨的挑戰(zhàn)和解決方案。

1 項目概述

蓋梁是橋梁建設中常見的一種結構形式，其承載了橋面系荷載并傳遞到橋墩上，因此蓋梁的穩(wěn)定性直接關系整個橋梁工程的安全性與可靠性。該文所選擇的案例項目位于杭州市蕭山區(qū)，是時代大道南延工程的一部分，采用高架+地面道路結構，總長約11.2 km。

蓋梁工程涵蓋了主線高架的不同段落，根據(jù)結構類型的不同，主線高架蓋梁可分為雙柱式蓋梁、三柱式蓋梁及四柱式蓋梁，均采用C50預應力鋼筋混凝土結構。蓋梁懸臂長度為8.75 m，結構高度為2.6 m。

在蓋梁施工過程中，承重支架作為支撐結構，在保障蓋梁施工質量和安全方面發(fā)揮著至關重要的作用。其中，雙柱式蓋梁、三柱式蓋梁及四柱式蓋梁應根據(jù)現(xiàn)場施工條件選擇無支架或墩梁式支架搭設，而該文則具體討論其中的雙柱式蓋梁無支架構造。

其中，前期準備包括立柱澆筑時的預留孔、銷棒的穿入、牛腿的套裝及砂筒（或精鑄卸落塊）的安裝等步驟。接著是蓋梁承重系統(tǒng)安裝，包括分配梁和底模系統(tǒng)的安裝，最后進行蓋梁主體結構的施工。立柱澆筑時預留銷棒安裝孔，預留孔使用鋼管預埋時必須確保鋼管水平度和間距，銷棒安裝時需嚴格檢查銷棒的直徑。牛腿固定時需要注意與砂箱的連接，并避免承受剪力。在砂箱預壓階段，需要根據(jù)實際情況確定預壓荷載值，并注意放置砂量和細節(jié)處理。隨后是分配梁及底模的安裝階段，在主梁完成后應及時進行這一步驟，并確保作業(yè)平臺和防護措施的完備。最后在結構物強度滿足設計要求、預應力施工完成的基礎上，進行支架拆除。通過對承重支架受力情況、結構參數(shù)及外部環(huán)境影響等因素進行綜合分析，該文旨在探討無支架雙柱式蓋梁承重支架的穩(wěn)定性問題，并結合實際工程案例進行應用研究，以期為相關工程實踐提供科學、可靠的技術指導和參考依據(jù)。

雙柱式蓋梁構造圖如圖1所示：

2 力學性能分析

2.1 主要荷載

荷載包括支架自重、模板重、蓋梁澆筑混凝土及鋼筋的重力、施工人員及設備荷載，以及振搗混凝土時產生的振動荷載。這些荷載在設計中需要按照規(guī)定的標準值進行選擇，如支架自重按容重自動考慮，模板壓重取4 kN/m等。同時，需要考慮不同荷載的組合方法，確保結構在施工過程中能夠承受各種加載情況下的穩(wěn)定性和安全性。根據(jù)工程要求，支架計算荷載組合包括以下四類組合：

組合Ⅰ：1.2×（支架自重+蓋梁澆筑混凝土及鋼筋的重力）+1.4×（對稱平衡施工人員及設備荷載+振搗混凝土時產生的振動荷載）

組合Ⅱ：1.2×（支架自重+蓋梁澆筑混凝土及鋼筋的重力）+1.4×（單邊不平衡施工人員及設備荷載+振搗混凝土時產生的振動荷載）

組合Ⅲ：1.0×（支架自重+蓋梁澆筑混凝土及鋼筋的重力+對稱平衡施工人員及設備荷載+振搗混凝土時產生的振動荷載）

組合Ⅳ：1.0×（支架自重+蓋梁澆筑混凝土及鋼筋的重力+單邊不平衡施工人員及設備荷載+振搗混凝土時產生的振動荷載）

通過這些不同組合的考慮，可以更全面地評估結構在施工過程中承受各種加載情況下的穩(wěn)定性和安全性，確保設計滿足規(guī)范要求并具有足夠的安全裕度。

2.2 有限元模型構建

為了具體評估系統(tǒng)在不同力學荷載水平下的受力和變形情況，分析其能否提供充足的穩(wěn)定性，需要使用有限元分析。通過導入主要設計結構和相關材料性能，使用Midas Civil軟件構建模型，從而能夠結合預期設計情況，根據(jù)具體施工工藝準確地構建這一復雜結構的有限元模型，并設置各個節(jié)點之間的連接關系和約束條件。這種方法能夠更真實地模擬受力情況，利用仿真模型再現(xiàn)現(xiàn)有結構，以及在受力時的行為，并進一步分析其穩(wěn)定性和安全性的表現(xiàn)。因此，通過Midas Civil軟件建立了包括174個梁單元和142個節(jié)點的雙柱式蓋梁支架的空間有限元模型，以用于后續(xù)的結構分析。

此類模型的構建，不僅可以幫助評估支架在施工過程中承受各種加載情況下所表現(xiàn)出來的穩(wěn)定性與安全性，還可以為設計提供重要參考信息，確保設計結果符合規(guī)范并具備足夠的額外預留性能。

2.3 支座反力分析

支座反力描述了被制成物體的支撐力，也即約束性的反作用力，對于上部建筑整體壓力的分攤尤為重要，因而是承重支架穩(wěn)定性分析的重要課題。支座反力分析顯示，主梁最大豎向支座反力為1 419 kN，表明結構在承受水平荷載時具有足夠的抗剪強度，保證了結構的穩(wěn)定性。計算結果提供了深入的數(shù)值分析，突顯了結構在承受荷載時的穩(wěn)定性和安全性。

數(shù)值分析得出的計算結果突顯了結構在承受荷載時所展現(xiàn)出來的穩(wěn)定性和安全性，基于有限元分析的討論也能夠提供具體而細化的受力分攤情況。這一支座反力分析顯示，各組件的主梁、斜撐、底橫梁和豎拉桿等部位的最大支座反力均在規(guī)范要求的范圍內，表明主梁、斜撐、底橫梁和豎拉桿在承受荷載時能夠有效地分擔拉壓作用，保持結構的穩(wěn)定性，各組件都能有效地應對外部加載并符合設計規(guī)范要求，在確保整體安全性和可靠性方面發(fā)揮著積極作用。

2.4 撓度分析

擾度描述主梁在變形時，偏移于軸線法平面的程度，因而對于梁受力變形情況進行了良好刻畫，其評估有利于后續(xù)的分析。基于有限元分析的撓度分析結果顯示，結構懸臂端的最大撓度為19.5 mm，小于規(guī)范允許值22.3 mm，這表明即使在單邊作業(yè)情況下，支架仍能保持足夠的剛度和穩(wěn)定性，并且不會對整體安全性產生影響。該結果強調了結構在承受荷載時所展現(xiàn)出來的穩(wěn)定性和合規(guī)性。此外，根據(jù)臨時支撐反力計算中得到的數(shù)據(jù)顯示，在各種荷載組合下，牛腿支撐裝置的最大豎向支座反力為1 419 kN。這一數(shù)值對于設計支撐結構、選擇適當尺寸和材料具有重要意義，并確保了臨時支撐在承受荷載后依然具備穩(wěn)定性。

支架計算結果詳細說明了結構在不同工況下的承載能力、變形特性及穩(wěn)定性表現(xiàn)。這些數(shù)據(jù)為工程師提供了重要的參考信息，確保設計符合規(guī)范要求并具有足夠的安全裕度。

2.5 穩(wěn)定性分析

整體穩(wěn)定性分析通過屈曲分析計算得出一階和二階的臨界荷載系數(shù)。結果顯示，組合a的一階臨界荷載系數(shù)為43.1，組合b為60.5；而二階臨界荷載系數(shù)分別為66.8和92.8。這些數(shù)據(jù)反映了支架在常見施工荷載下具有較高的穩(wěn)定性，能夠有效地抵抗外部力量對其造成的影響。

在蓋梁結構設計中，支架自重、模板重、蓋梁澆筑混凝土及鋼筋的重力通常被歸類為恒載，因為它們是結構在整個使用壽命內持續(xù)存在的荷載。而施工人員、施工設備、施工材料等產生的振動，以及其他活動過程中產生的負擔則屬于活載，因為它們是在特定時間內出現(xiàn)并隨著施工過程變化的負擔。

在穩(wěn)定性分析中考慮不同類型的負荷組合時，一般會包含恒載和活躍狀態(tài)對結構穩(wěn)定性造成的影響。其中，穩(wěn)定性分析的加載組合可以表示如下：

式中，λ——屈曲臨界荷載系數(shù)。

穩(wěn)定性分析荷載組合中，第一部分詳細考慮了支架自重及其他恒載對結構穩(wěn)定性的影響。支架自重指的是結構本身固有的重量，它對結構的影響不可忽視。恒載標準值則包括各種持續(xù)存在的荷載，如模板壓力、蓋梁自身重力及其他常駐荷載，它們在結構使用階段持續(xù)施加，影響結構的長期穩(wěn)定性和承載能力。第二部分涉及活載，通常是在施工過程中產生的臨時荷載，包括施工人員、設備、材料、可能引起振動的因素等，這些活載在施工期間對結構施加額外的荷載，可能會引起結構的暫時變形或影響其穩(wěn)定性。

進一步對局部穩(wěn)定性進行分析時發(fā)現(xiàn)，最大軸力集中在斜撐桿件和下橫梁上。這些構件由于承受較大的軸向力而相對容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。局部一階臨界荷載系數(shù)被用來評估這些構件的失穩(wěn)風險，結果顯示下橫梁的臨界荷載系數(shù)為29.4，而斜撐桿件的為49.7。這些高數(shù)值表明，在結構的關鍵部位，特別是在下橫梁和斜撐桿件上，結構具有較高的抗失穩(wěn)能力，能夠承受相當大的軸向力而不會發(fā)生失穩(wěn)。穩(wěn)定性分析在結構設計和施工過程中至關重要，通過對支架自重、恒載和活載的詳細分析，可以更好地評估結構的穩(wěn)定性，并采取適當?shù)拇胧┍ＷC結構在使用期間的安全性和可靠性。

3 結論

該文通過對橋梁無支架雙柱式蓋梁承重支架的穩(wěn)定性進行全面分析與研究，驗證了其在不同工況下的優(yōu)異表現(xiàn)。穩(wěn)定性分析結果顯示，該結構具有良好的承載能力和穩(wěn)定性，能夠滿足實際工程需求。這些成果為類似結構設計與施工提供了重要參考，并為確保工程質量與安全和進度提供了可靠的技術支持。

未來的發(fā)展方向應著眼于進一步優(yōu)化設計方案，提高結構效率，推動高架橋建設領域的發(fā)展與創(chuàng)新。無支架雙柱式蓋梁承重結構具有模塊化特點，便于安裝和拆除，施工周期較傳統(tǒng)支架搭設工藝更為簡短，可以在受限場地如城市高架建設施工中得到廣泛推廣應用。

參考文獻

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