大跨鋼箱梁設計與頂推施工

賀劍東，楊麗萍，崔 祿

（1.山東通達路橋規劃設計有限公司，山東煙臺 264000；2.煙臺市建筑設計研究股份有限公司，山東煙臺 264000；3.煙臺市城建設計研究院有限公司，山東煙臺 264003）

1 工程概況

某高架橋第7聯設計為58 m+89 m+58 m三跨變截面連續鋼箱梁，橋面寬33 m，按雙向8車道設計，采用單箱六室變高截面，邊支點梁高2 120 mm，中支點梁高3 800 mm，第二跨跨中梁高2 600 mm。鋼材材質為Q345qD。

第7聯地處某河老橋上方，橋寬33m，橋面縱坡0.6%。白天要保證兩側正常通車，屬于特殊架設聯，第7聯中跨跨過老橋，其臨時支架右側邊跨要保證3×3.25=9.75（m）的通車寬度，左側要保證2×3.25=6.5（m）的通車寬度。現有老橋橋長76 m，橋寬33 m，為簡支T形梁橋，橋梁限重20 t。由于老橋承載力受限以及交通通行的需要，89 m跨鋼箱梁采用頂推施工，58 m跨鋼箱梁采用支架散拼施工。詳見圖1～圖3。

2 成橋計算

該工程成橋階段采用日本規范[1]、英國規范[2]，并結合我國規范[3]的方法分析驗算了鋼箱梁的受力及穩定性，其計算結果見圖4～圖6。

鋼箱梁頂板所受正應力共分兩部分，分別為第一體系、第二體系，鋼箱梁底板僅受第一體系應力。限于篇幅不列出第二體系的計算和穩定性計算結果。綜合后鋼箱梁所受應力如表1所示。

3 頂推施工

頂推法施工目前在國內應用比較普遍，其施工工藝主要有3種，分別是：拖拉式多點連續頂推、楔進式多點連續頂推、步履式多點連續頂推。步履式多點連續頂推施工工藝設備構造簡單、受力明確、施工方便、節省成本，故該工程采用該頂推方式進行施工。

步履式頂推設備進行頂推，工作原理是豎向油缸頂起箱梁，水平油缸完成向前頂推，豎向油缸回油落梁后擱置于臨時支撐上，水平油缸回油完成一個行程的頂推工作，頂推過程中是一個自平衡的頂推動作過程。

頂推施工的工藝流程如圖7，拼裝平臺、頂推路線及步履式頂推設備見圖8～圖10。

頂推施工采用ANSYS的shell單元建立整體模型，模擬22個施工階段。限于篇幅不再一一列出每一階段的計算結果，僅示出最不利的工況20的計算結果，見圖11、圖12。

由有限元計算結果可知，頂推過程中鋼箱梁最大應力出現在工況20時導梁翼緣板變薄段處，σmax=93.2 MPa<[σ]=175 MPa。頂推施工鋼箱梁和導梁強度均滿足要求。

該工程第一次采用步履式頂推設備頂推箱梁底板具有豎向弧線的鋼箱梁，由于頂推設備自身豎向調整高度為300 mm，而該工程鋼箱梁最大高差為1 200 mm。為解決此問題，該工程設計了可以調整豎向高度的支架，施工支架頂層設置一層可上下調整高度的調整梁，使用4個10 t油缸將調整梁與下層支架連接，并獲得了成功。

4 結語

圖1 鋼箱梁3.8 m高度標準斷面（單位：mm）

圖2 跨中主梁橫隔板斷面（單位：mm）

圖3 鋼箱梁支點斷面（單位：mm）

圖4 第一體系上緣正應力包絡圖（單位：MPa）

圖5 第一體系下緣正應力包絡圖（單位：MPa）

圖6 第一體系剪應力包絡圖（單位：MPa）

表1 鋼箱梁應力綜合表（單位：MPa）

圖7 鋼箱梁頂推施工工藝流程

鋼箱梁具有造型美觀、施工迅速、工廠化高、跨越能力強、節能環保等優點，是未來我國橋梁主要發展方向之一，而我國的鋼橋規范早已過時，這大大阻礙了我國鋼橋的發展。本文基于日本規范[1]、英國規范[2]并結合我國規范[3]對大跨鋼箱梁進行城橋驗算，避免了以往設計階段繁瑣的計算過程，大大節約了時間，為以后鋼箱梁的普及提供了可靠的技術保障。鋼箱梁的施工以往主要采用散拼支架施工或懸拼施工，很少采用頂推施工，尤其是變截面梁國內更是少有。該工程解決了變截面鋼箱梁的頂推施工難點，為以后類似工程提供了可以借鑒的寶貴經驗。

圖8 拼裝平臺立面圖

圖9 頂推路線圖

圖10 步履式頂推設備效果圖

圖11 工況20鋼箱梁豎向位移云圖

圖12 工況20鋼箱梁應力云圖

[1]道路橋示方書.同解說（鋼橋編）[M].東京:丸善株式會社,2001.

[2]BS 5400,鋼橋、混凝土橋及結合橋[M].成都:西南交通大學出版社,1987.

[3]JTJ 025-86,公路橋涵鋼結構及木結構設計規范[S].