大跨鋼箱梁橋頂推施工安全控制研究

（中鐵七局集團鄭州工程有限公司， 河南 鄭州 450000）

1 鋼箱梁橋頂推施工法相關(guān)介紹

運用頂推方法動工時，隨著工程持續(xù)不斷地開展，整個鋼箱梁橋的受力系統(tǒng)也會不停變化，主要是主梁各個截面來擔負不停交換轉(zhuǎn)變的正、負彎矩[1]。經(jīng)運用有限元辦法分析了鋼箱梁頂推施工全過程，可得到結(jié)構(gòu)在鋼箱梁在頂推施工中的整體承受力情況，再分析其改變規(guī)律，進而根據(jù)這些參數(shù)為基礎(chǔ)制定有效的操作方案。文章以某地區(qū)大跨鋼箱梁橋為例，首先建造有限元模型，把這兩座橋動工情況實行有限元分析，對比已有的頂推動工期間的控制參數(shù)，調(diào)控施工，評定已確定的鋼箱梁頂推施工調(diào)控措施。

在創(chuàng)造鋼箱梁標準梁段模型時，運用有限元分析程序ANSYS完成，通過了解影響局部構(gòu)件受力因素和受力特性，研究如何設(shè)置出相符局的部分構(gòu)造或通過調(diào)節(jié)頂推施工設(shè)計從而使局部各構(gòu)件應(yīng)力水平有效降低，也為類似工程建設(shè)提供依據(jù)[2]。

2 工程概況

某城市擁有4環(huán)以上的繞城高速公路，現(xiàn)在高速公路（4環(huán)）上，原定計劃建立一座混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋，正好遇上鐵路要進行排遷，延誤了工期，并將原計劃中的1號、3號、4號橋修改建設(shè)成鋼箱梁橋，這樣既可以提高施工速度，也盡可能縮短施工時間，不用因為工期長而造成鐵路行車發(fā)生安全隱患。

鋼箱梁建設(shè)分為 3聯(lián)，第 1聯(lián)進行 3跨（38+61+38）m，第 2聯(lián)進行 4跨（38+61+61+48）m，第3聯(lián)進行33跨（48+61+38）m，全部長為494m。第1、3聯(lián)建造的橋面寬度是19.8m，第2聯(lián)建造的橋面寬度為21.3m。橋梁平面依次處于直線上面、緩和曲線上面和圓曲線上面，橫跨設(shè)有 8股道的電器化鐵路，而此鐵路承力索與所建梁底部最小距離只有＜1m。

該工程運用的頂推施工方案是多點步履式，其設(shè)置方法是給每個主墩上布置臨時墊塊，而且主墩兩側(cè)都有臨時墩，每個臨時墩上布置一個水平千斤頂和一個垂直千斤頂作為頂推設(shè)備。步履式頂推動工作原理是先用豎向千斤頂頂起鋼梁，再用水平千斤頂進行頂推，使鋼梁落在臨時墊塊，而水平千斤頂回來就是頂推工作一個回程。重復此步 6次為一循環(huán)，一直到把所有鋼箱梁完成推移。運用多點步履式頂推動工方法宜選用大型的頂推設(shè)施，使用此法能避免梁體發(fā)生偏移，由于頂推時水平推力對各墩的作用較小，可使用柔性墩。而且在動工時期，頂推設(shè)備的應(yīng)用很多，有時會因非同步頂推而使梁體受力不一樣。

3 有限元模型及結(jié)果分析

把 1號大橋當作模型，再依據(jù)頂推法動工期間的結(jié)構(gòu)分布特性、受力性質(zhì)、實際計算和精度要求，運用有限元軟件對模型進行計算剖析。對模型中的鋼箱梁、鋼導梁和支撐體系進行計算，其中鋼箱梁模型擬用桿系單元結(jié)構(gòu)。建模所用鋼材是Q345材質(zhì)，其彈性模量和泊松比分別是210GPa、0.3。承擔著梁體和橫隔板的重量以及橫隔板通過節(jié)點的受力。

3.1 支反力情況分析

在頂推法動工期間，作用于頂推動工的支撐滑梁位置分布在第4#墩、第5#墩、第6#墩和第7#墩，頂推動工時期又以第 5#墩與第6#墩所在的支撐滑梁在頂推動工中使用頻繁。因為墩頂支反力是每個墩的重點受力部位，也是動工中控制結(jié)構(gòu)安定的重要因素和對所有千斤頂掌控施力的重要依據(jù)。要想使頂推動工順利，必須要對墩支反力的相關(guān)參數(shù)嚴格把控。由于頂推施工持續(xù)進行，第5#墩與第6#墩所在的支反力也會不同，分析模型可得，通過調(diào)取重點作用的第5#墩與第6#墩關(guān)于支反力信息情況，頂推不斷工作時支反力的變化趨勢見圖1。

圖1 5號墩和6號墩支反力的變化趨勢

由圖1可得，第5#墩支反力隨著頂推進度明顯在不斷變化，頂推在0～55m施工間階段時，第5#墩支反力呈增大趨勢。頂推進度到了55m時，第5#墩支反力第一次到達峰值5746kN，這時導梁前端沒有到達地第6#墩，使結(jié)構(gòu)體系達到懸臂狀態(tài)的最大。在導梁過去第6#墩時，先降下第5#墩支反力，緊接著又大范圍增長，增長達到 5844kN峰值，因為第 5#墩主梁被分配到的重力在不斷變大。之后，第5#墩反力不會有太大變動，大約保持 5000kN左右。由此可知第 5#墩在進度過了55m后，其支反力都比較高。而第6#墩參與受力是在頂推進度到了55m以后開始的，在頂推過程中慢慢加大支反力，主梁建造在成橋時期其支反力達到與第5#墩相同5000kN。

3.2 內(nèi)力情況分析

由于頂推在動工期間，主梁的各個斷面承受內(nèi)力不停變動。根據(jù)在主梁動工全過程內(nèi)力分析中得到的包絡(luò)圖，可知，主梁處在40m斷面前內(nèi)力變動很快，在正彎矩處于20m斷面（接近O.4lmax，lmax是推跨徑55m最大值）首次達到最大，是18802.1kNm，經(jīng)過分析模型20m斷面最大正彎矩在導梁才開始頂推出現(xiàn)頂推跨徑支點最大；負彎矩處于30m斷面（接近lmax-ln，ln作為導梁長度）在頂推動工整個時期處于最大值，達到-70914kNm，30m斷面時期的最大負彎矩是在結(jié)構(gòu)到達最大懸臂時形態(tài)；之后負彎矩數(shù)值將很快降低，經(jīng)過40m斷面以后，每個斷面產(chǎn)生的最大內(nèi)力值保持穩(wěn)定-25000kN·m左右。正彎矩達到第一次峰值后，到達68m斷面（中跨面）又會產(chǎn)生最大值，是20434.5kN·m，形成全工期正彎矩最大，以后正彎矩變數(shù)值基本不變，有6000kN·m左右。所以，主梁達到20m斷面，30m斷面和68m斷面時產(chǎn)生的內(nèi)力值對于整個工期順利關(guān)鍵之處。

此外，在結(jié)構(gòu)完成頂推后，還需做好把控撓度。在大橋?qū)Я何挥谧畲髴冶蹠r期進行結(jié)構(gòu)撓度測量是206mm，而工程中真實橈度是243mm，由于模型測量與實際數(shù)值出現(xiàn)差異，通過對誤差進行分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)差異的原因是結(jié)構(gòu)組裝差異和溫度變化使結(jié)構(gòu)形變，若結(jié)構(gòu)沒有問題就可順利施工。分析該大跨鋼箱梁橋施工進行調(diào)控后的效果，根據(jù)制定出來的調(diào)整流程和操作目標來確保結(jié)構(gòu)施工安全方面效果明顯。

4 結(jié)束語

文章通過對某地區(qū)大跨鋼箱梁橋的施工過程進行有限元模型支反力和內(nèi)力分析以及對施工現(xiàn)場的監(jiān)測，得出了影響頂推施工安全控制的因素有支反力和內(nèi)力參數(shù)；鋼箱梁橋支撐點上方底板等都處于高應(yīng)力水平，可采用角隅加勁的施工措施可以改善大跨鋼箱梁橋的結(jié)構(gòu)受力水平；優(yōu)化頂推施工法，即將導梁長度更改為0.5～0.6倍的頂推最大施工跨度時，撓度為最小，可改善橋梁整體受力情況。

[1]張運濤.大跨鋼箱梁橋頂推施工安全控制研究[D].西安：長安大學，2014.

[2]宋延旭.頂推施工階段鋼箱梁橋受力性能研究[D].北京：北京交通大學，2010.