高速公路桥梁工程中预制梁架设技术研究

吕德权

摘要：先模拟高速公路桥梁工程的实际工况，对预制梁架设过程进行受力分析，获得预制梁架设过程中固结部分的受力规律和其随着架设进展的变化情况。然后将受力分析数据作为依据，设计相应的预制梁架设流程完成施工。实验结果表明：所提出预制梁架设技术性能更稳定、架设方案更安全，适合应用到实际的项目中。

关键词：高速公路；
桥梁工程；
预制梁；
架设技术；
施工方案

0   引言

桥梁作为高速公路的关键组成部分，其建设质量直接影响到整条道路的使用寿命和安全性[1]。预制梁作为桥梁建设中的主要构件，其架设技术的选择和应用对桥梁的质量、安全性、施工效率等具有重要影响[2]。因此对高速公路桥梁工程中预制梁架设技术进行研究，具有重要的理论和实践意义。近年来，国内外学者针对高速公路桥梁工程中预制梁架设技术进行了广泛研究，主要研究方向包括：预制梁的受力分析和优化设计，预制梁的制造工艺和质量控制；
预制梁的架设工艺和设备选择，预制梁架设过程中的安全性和可靠性等[3-5]。

在桥梁施工中，最重要的环节就是预制梁的架设，高速公路具有复杂的交通线路，地理地质条件也比较特殊，特别是近些年桥面宽度及跨径的不断增大，使得桥梁工程施工难度进一步加大。

为了满足使用需求需要，需要对高速公路桥梁工程中预制梁架设技术展开进一步的研究[6]。本文以高速公路桥梁工程预制梁架设技术作为研究重点，结合具体的施工情况进行全方位地讨论与分析。

1   预制梁架设受力分析

1.1   预制梁架设受力分析的必要性

预制梁在架设过程中受到多种力的影响，包括自身重力、风载、地震力等[7]。受力分析的主要目的是确定预制梁在各种工况下的内力和变形，以评估其安全性和稳定性。同时，通过受力分析优化预制梁的设计和架设工艺，有助于提高桥梁的整体性能。

在进行预制梁架设受力分析时，需要综合考虑这些力的作用，并采取相应的措施来确保架设过程的安全性和稳定性。例如，在架设过程中，受力不平衡可能会引发提梁机前后吊点高差较大、前后吊点横向位置偏差明显、提梁不同步、落梁后位置误差明显、支撑点间压力偏差大等问题。对于部分问题，可通过增加临时支撑、使用缆绳进行牵引等方式来增加预制梁的稳定性。对于其他问题，还需要对架设过程中可能出现的问题进行预测和评估，并制定相应的应对措施。

1.2   预制梁架设受力分析流程

1.2.1   测力前准备

根据高速公路桥梁工程的具体情况，选择适当规格和质量的预制梁，对其进行质量检测，确保其质量符合设计要求。准备架设设备，如塔机、滑轮、钢丝绳等，检查设备性能，确保其安全可靠。然后选择合适的架设场地，确保地面平整、牢固，无影响架设安全的因素。

1.2.2   测量受力

将预制梁放置于塔机上，用钢丝绳固定，确保梁的安全性。预制梁的一端设置滑轮，另一端固定塔机，调整塔机和滑轮的配合，逐渐提升预制梁至预定高度。

在提升过程中，需要使用加速度傳感器和位移传感器分别测量预制梁的加速度和位移变化。同时，使用力传感器测量塔机和钢丝绳的受力情况。在预制梁到达预定高度后，将其缓慢放下至地面，期间记录相关数据。受力分析测点分布情况如图1所示。

1.2.3   受力计算与数据分析

考虑泊松比的影响，利用公式确定出目标双向受力影响关系式，其表达式如公式（1）所示：

（1）

式中：κ表示应力，E"0表示目标受力时的初始弹性模量，ω表示极限应变，E0表示初始弹性模量，χ表示泊松比，α表示侧向应力与当前应力比值，ωp表示目标受力时最大应力处应变，E"s表示最大应力处于0点处的割线模量。

利用双向受力影响关系式，可以推导目标在不同工况下双向受力应力和应变的关系。在预制梁架设结束后，整理相关数据，其中包括预制梁的质量、加速度、位移、受力等方面的数据。

对加速度和位移数据进行积分，计算预制梁的位移变化和运动轨迹，结合受力数据，分析预制梁在架设过程中的重力、摩擦力、支撑力等受力情况，对所得数据进行统计分析，得出预制梁架设受力性能的规律和特点。

1.2.4   注意事项

需要注意的是，整个分析过程中应确保人员和设备安全，设置专人进行监控和维护。对于关键步骤和数据采集环节需进行严格把控，以保证数据的准确性和可靠性。在数据处理和分析阶段要充分利用所得数据，挖掘其背后的规律和信息。同时，对于异常数据要进行分析和处理，以减小其对分析结果的影响。

通过上述预制梁架设的受力分析，可以全面了解到预制梁在架设过程中的受力情况，依据得到的结果选择合适的架设方案，能够进一步确保桥梁的安全性和稳定性。

2   预制梁架设施工技术分析

2.1   施工流程设计影响因素

预制梁的架设是整个桥梁建设过程中的关键环节，需要根据工程实际情况制定合理的预制梁架设施工方案。施工流程设计应考虑以下因素：一是运输和存放。二是预制梁在架设过程中的受力情况，三是架设设备和工艺的选择，四是施工过程中的安全性和质量控制，五是桥梁的结构形式和受力情况。

2.2   架设质量与安全保障措施

预制梁的架设施工是整个工程的关键环节之一，需要采取有效的措施来确保架设安全顺利的进行。结合预制梁架设的受力分析情况，选择具有丰富经验的架设单位，根据预制梁的数量、尺寸和质量等参数进行架设方案的设计。在架设过程中，采用专业的架设设备和仪器，如龙门起重机、缆绳、滑轮等，确保架设的安全性和稳定性。对预制梁进行精确就位和支撑，确保就位准确、支撑稳固。在架设完成后，进行桥梁的整体检测和验收，确保符合设计要求和相关标准。

2.3   施工流程设计

施工流程如图2所示。

2.4   架设操作要点

2.4.1   装车与提梁

在装车过程中，为了防治出现梁滑动情况，在前后转盘和梁底座之间填补特种橡皮。在提梁过程中，为避免预制梁在吊装过程中出现受扭、碰撞等情况，要统一起重机的操作，平衡起重机小车和大车的受力变化。其主要措施是在其中一台天车的吊具上架设分配梁，利用销轴与其相连，实现三点支撑，保持预制梁的静定支撑状态，避免梁体扭曲。

2.4.2   架梁

在架梁过程中，运梁车进入架桥机后，由两个天车运行到吊梁位置，前天车提梁和后运梁车一起同步运行。采用通用落梁方式，以液压千斤顶作为临时支点。在安装支座前需要进行预埋处理，预留锚固支座螺栓孔位，并在支座注浆强度达到标准要求后，接触落梁千斤顶，完成支座安装。针对预制梁架设的进行受力分析，若存在不平衡受力情况，采用合适的配重方案缓解吊机的不平衡弯矩问题，比如增加配重小车。在架设过程中配重和桥面吊机同步向前行走，并保证吊机基本平衡。此外，在整个架设过程中需要时刻监测天气情况，遇大雨天或大风天禁止架梁。为了保证预制梁架设施工的安全性，需要制定完善的安全管理制度，建立严格的安全责任制，以保障施工安全进行。

3   实验研究

为验证提出的高速公路桥梁工程中预制梁架设技术的可靠性，对该技术进行实验研究。研究采用对比形式，以常规的架设技术作为对照，分别对其应变和挠度进行验证，观察不同的架设技术对预制梁性能的影响。

3.1   测点布设

以某城市的高速桥梁为研究对象，根据测试内容不同采用不同的测试方式，对于应变测试和挠度测试，布置的测点如图3所示。

3.2   测试要点

在测点布置完成后，使用振弦式应变计对预制梁进行测试（包括裸梁和完成架设后的梁），记录测量数据并计算误差。对于挠度测试，使用数字式精密水准仪测量，如果条件允许，可以每片梁底安装百分表进行测试（测试包括裸梁和完成架设后的）梁，测试完成后计算两者误差。

3.3   测试结果分析

通过应变测试和挠度测试误差，分析架设技术对预制梁的性能影响情况。实验结果如表1所示。

表1中，架设技术1表示从相关参考资料中引入的常规架设技术，架设技术2表示提出的预制梁架设技术。通过表1显示的数据可以看出，采用常规的预制梁架设技术，应变和挠度误差比较大，架设技术有一定的安全隱患。在相同的实验条件下，采用采用文中的预制梁架设技术，应力和挠度误差更小，说明该架设技术更稳定。综上所述，文中提出的高速公路桥梁工程中预制梁架设技术在实际工程中效果更好，应用性能优于其他架设技术。

4   结束语

本文通过对预制梁的受力分析、架设工艺和总体施工方案设计进行阐述，对高速公路桥梁工程中预制梁架设技术进行了系统研究。通过本研究，可以更加深入地了解预制梁架设技术的原理和方法，为实际工程应用提供参考。同时，本研究也为提高高速公路桥梁建设的质量、施工效率和安全性提供了一定的理论支持和实践指导。

未来还需对预制梁架设技术进一步深入探究。具体方向包括：对预制梁的新材料和新制造工艺进行研究，提高其性能和生产效率；
对预制梁架设过程中的动态特性和安全控制进行深入研究；
结合BIM技术和其他先进技术，实现预制梁架设的智能化和自动化；
对预制梁的维护和修复技术进行研究，以延长桥梁的使用寿命。总的来说，高速公路桥梁工程中预制梁架设技术的研究是一项复杂而重要的工作。只有不断深入研究和探索，才能更好地适应社会发展的需要，为公路桥梁建设事业作出更大贡献。

参考文献

[1] 刘琳，黄峰，刘勇.复杂条件下轻轨预制箱梁架设关键施工技术[J].中外公路，2022，42（1）：178-182.

[2] 吕林，汪家雷，查小林，等.节段预制混凝土箱梁架设施工中架桥机吊杆受力分析[J].施工技术（中英文），2022，51（3）：121-124.

[3] 肖颉，李成全，覃勇刚.深中通道60m混凝土箱梁架设过程临时支点方案研究[J].桥梁建设，2021，51（4）：38-44.

[4] 吴小斌，刘浪.襄阳庞公大桥主桥加劲梁架设施工技术[J].公路，2021，66（8）：142-147.

[5] 简方梁，杨永明，焦亚萌，等.大跨度公铁两用桥梁公路桥面系设计研究[J].铁道标准设计，2021，65（11）：11-16.

[6] 龚俊虎，谢海林，鄢巨平.高速磁浮梁轨分离式桥梁与轨道设计和创新[J].铁道科学与工程学报，2021，18（3）：564-571.

[7] 姜海波，黄承旺，冯家辉，等.预制节段RPC梁干接缝直剪性能试验研究[J].公路交通科技，2021，38（1）：59-68.

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