鋼箱梁懸臂頂推施工過程受力分析

陳旖平（核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川成都）

鋼箱梁懸臂頂推施工過程受力分析

陳旖平
（核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川成都）

針對鋼箱梁懸臂頂推施工，結合實例，在對施工方法進行陳述的基礎上，根據工程施工方案，模擬五種最為不利的荷載情況，對施工受力進行深入的分析，并得出相應的分析結果和處理建議，旨在為類似工程提供借鑒。

鋼箱梁；懸臂頂推；受力分析

伴隨頂推技術及其設備的不斷發展，當前該技術可成熟運用于拱橋、懸索橋等工程建設中[1]。在整個施工過程中，各階段受力分析是決定工程成敗和保證施工安全的關鍵，因此對其實施分析研究是具有重大意義的。現結合某工程實例，對鋼箱梁懸臂頂推施工過程受力分析進行探討，詳細內容如下。

1 工程概況

表1 鋼箱梁參數一覽表

某高速公路全長約63km，全段終點和現有公路設互通式立交相連，其中有一個匝道需要跨越已正常通車的公路。考慮到已正常通車公路的運行安全，對于匝道橋，本次設計采用鋼箱梁結構，其規格為 35.1+50+50+35.1m，同時配以頂推法施工。鋼箱梁具體參數如表1所示。

2 鋼箱梁懸臂頂推施工法分析

頂推施工法的基本原理為：在橋梁一端設置一塊制作場地，采取分段的思想制作上部結構，然后再采用頂推裝置沿縱軸方向將主梁頂推成橋。

鋼箱梁懸臂頂推施工法的優勢在于：其一，頂推設備輕盈簡便，無需大型吊車進場，適宜狹小場地使用；其二，未對地基、凈空等提出要求，不會對正常通車造成干擾；其三，對于砼結構橋梁而言，運用此方法可大量節省模板，經濟性突出；其四，施工場地固定，有利于施工安全，方便現場組織和管理。

按照不同的施力形式，可將頂推施工法分為兩種，即為單點頂推與多點頂推。其中，單點頂推是指將頂推裝置固定在主梁預制場上，與橋臺相鄰，前方所有墩柱均分別設置滑動支撐。該方法還可以被分成兩種，其一為使用水平千斤頂，為梁體提供頂推力；其二為聯合使用豎直、水平千斤頂，在實施頂推時，固定不銹鋼板，移動四氟乙烯板[2]。而多點頂推是指在橋梁墩臺上設置小型千斤頂，將原本較為集中的頂推力作用在多個橋墩之上，依靠水平千斤頂提供的反力，來有效平衡滑移摩阻，使直接作用在橋墩上的水平力減小，所以這種方法還可使用在柔性橋墩上。

頂推施工時，橋梁荷載、邊界等條件均會出現不同程度的變化，不同施工階段對應的結構體系和成橋時的最終體系是存在一定差別的。因此，在運用頂推施工法以前，必須做好每個階段的分析工作，認真分析各項條件的實際變化。從自重內力角度講，通過頂推施工而成的結構體系與一次落架基本一致。頂推前端主梁往往要承受相對較大的彎矩，而施工只會對和導梁相接的前幾跨主梁的內力造成實際影響。

運用頂推施工法的橋梁會在放置主梁以前產生最大內力，因此為有效降低彎矩，通常需要在主梁的前端安裝一個輕型鋼導梁。鋼導梁的底緣大多和主梁底處于相同平面，而前端的底部為方便施工，一般設置成向上的圓弧形。鋼導梁最大長度不會超過70%橋梁跨度，剛度則不利于箱梁的10%，具體數值的確定需結合跨度、剛度以及自重等條件，通過對比和計算完成[3]。

3 工程施工方案

（1）邊跨處設置鋼導梁，橋尾處安裝鋼箱梁拼裝胎架。借助橋梁下部施工的封閉區，在主墩兩邊分別設置輔助墩；

（2）對梁段I進行拼裝，并和鋼導梁直接相連；

（3）頂推移動，對梁段II實施焊接；

（4）循環施工；

（5）最后一處梁段施工；

（6）對鋼導梁、胎架以及輔助墩等進行拆卸；

（7）落梁。

4、施工過程受力分析

采取模擬計算的方法，計算過程中鋼導梁的長度取50m，分別計算2個與4個鋼導梁。橋梁的主梁與鋼導梁都使用板單元進行建模，輔以MIDAS軟件分析，為簡化分析過程，模擬五種最為不利的荷載情況，具體內容如下。

（1）荷載情況1，箱梁長度約85m，主梁臨近墩頂；

（2）荷載情況2，箱梁長度約85m，主梁到達墩頂；

（3）荷載情況3，箱梁長度約135m，主梁臨近墩頂；

（4）荷載情況4，箱梁長度約135m，鋼導梁臨近墩頂；

（5）荷載情況5，箱梁長度約135m，鋼導梁到達墩頂。

4.1 荷載情況1作用下受力分析

在此情況下，結構變形最大值約380mm，應力最大值約320MPa，應力相對較大，整體結構處于不安全狀態。通過分析得知，最大應力主要出現在主梁的第二段滑道，數值接近320MPa。需對該位置實施加固處理，如果設置兩個鋼導梁，則主梁的外部會存在一個很大得懸臂，所以此時應設置四個鋼導梁。

4.2 荷載情況2作用下受力分析

在此情況下，結構變形最大值約263mm，應力最大值約360MPa，應力比荷載情況1還要大，整體結構處于不安全狀態，亟需采取上述方法進行加固。

4.3 荷載情況3作用下受力分析

在此情況下，結構變形最大值約370mm，應力最大值約270MPa，應力有所下降，整體結構處在基本安全的狀態，但結構變形量相對較大，需根據實際情況進行調整和處理。

4.4 荷載情況4作用下受力分析

在此情況下，結構變形量最大值約 79mm，符合標準要求，應力最大值約220MPa，整體結構處在基本安全的狀態。

4.5 荷載情況5作用下受力分析

在此情況下，結構變形量最大值約 26mm，符合標準要求，應力最大值約280MPa，相比之下，應力仍然較大，通過進一步分析可知，最大應力主要出現在滑道第二支撐處，數值接近280MPa。

5 結論

（1）由于頂推時主梁與鋼導梁連接點會出現較大應力，所以應做好二者連接工作；

（2）若運用兩根鋼導梁，則會使支撐結構受力不均，因此為保證施工安全，應使用四根鋼導梁；

（3）通過受力分析可知，鋼導梁的前端位移相對較大，當懸臂為50m時，下沉量可以達到390mm，因此應強化鋼導梁，確保頂推施工安全。

[1]劉向華. 鋼箱梁懸臂頂推施工過程受力分析[J]. 科技信息,2014,13:327-328+346.

[2]康俊濤,張旭,范杰,吳璽,黃祥國,汪大海. 鋼箱梁頂推法施工臨時墩優化布置及安全控制研究[J]. 公路,2015,09:103-108.

[3]李傳習,王俊,董創文,張玉平. 聯合Ansys與Matlab進行鋼箱梁頂推施工過程仿真優化[J]. 交通與計算機,2008,06:136-142.

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