上跨高速公路鋼箱梁頂推施工支架設(shè)計與檢算

劉瑞 姜榮劍 韓亨通

（中化學(xué)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司第四工程有限公司 山東鄒平 256299）

1 引言

隨著我國高速路網(wǎng)的不斷發(fā)展完善，新建高速公路可通過互通式立交樞紐與既有高速線路進(jìn)行銜接，而立交樞紐匝道橋不可避免上跨既有高速路線，為了不中斷既有高速路線，匝道橋一般采用頂推法進(jìn)行施工，該方法具有對橋下干擾小、施工周期短等優(yōu)點[1,2]。由于頂推施工過程中不同狀態(tài)下，頂推支點位置和數(shù)量不斷變化，使得整個頂推過程是一個動態(tài)變化過程，此時支撐上部結(jié)構(gòu)施工的頂推臨時支架至關(guān)重要[3～5]。因此，有必要對頂推臨時支架結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行重點把控，對其結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行論證分析，確保整個頂推施工順利進(jìn)行。

2 工程概況

楚州樞紐互通式立交位于淮安市馬甸鄉(xiāng)，該互通主要用于京滬高速公路與宿淮鹽高速公路之間的快速交通轉(zhuǎn)換。互通范圍內(nèi)鋼箱梁包括：宿淮高速主線橋、B 匝道橋、D 匝道2 號橋、E 匝道橋、G 匝道橋。其中宿淮高速主線鋼箱梁上跨既有高速，跨徑組合為35+35=70 m，分左右幅設(shè)置，單幅橋?qū)?1 m，梁高1.6 m，箱體結(jié)構(gòu)為單箱四室，具體鋼箱梁結(jié)構(gòu)如圖1 所示，鋼箱梁縱向為直線，施工時可采取用拖拉滑移方式進(jìn)行頂推施工跨越既有高速線路。

圖1 鋼箱梁立面布置圖（單位：mm）

3 鋼箱梁頂推支架設(shè)計

主線鋼箱梁現(xiàn)場施工中采用鋼管支架作為臨時頂推施工作業(yè)平臺，鋼管支架由三部分組成：鋼管立柱、連接系、滑道梁，具體鋼管支架布置如圖2～圖5 所示。

圖2 鋼箱梁頂推支架縱橋向布置（單位：mm）

圖3 鋼管支架橫斷面布置（單位：mm）

圖4 鋼管支架平面布置（單位：mm）

具體搭設(shè)布置如下：（1）支架基礎(chǔ)采用C30 鋼筋混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)，混凝土內(nèi)配雙層Φ16@200鋼筋網(wǎng)片；（2）鋼管立柱采用Φ478 mm×8 mm 鋼管，立柱間通過L100 mm×10 mm 角鋼連接，立柱頂部橫向設(shè)置HN700 mm×300 mm H 型鋼橫梁；（3）橫梁頂部設(shè)置雙拼HN700×300 縱向滑道梁，滑道對接處需采用滿焊，滑道頂面設(shè)置成水平，其上為滑靴，滑道頂部根據(jù)梁段縱向線型設(shè)置不同高度枕木支撐；（4）鋼箱梁拼裝時，橫梁頂部根據(jù)鋼箱梁線型設(shè)置不同高度小立柱支撐，為增大小立柱與梁底接觸面積，在小立柱頂部設(shè)置墊板支撐，墊板規(guī)格不小于200×200×14 mm。

4 頂推支架驗算

4.1 頂推施工步驟及支反力

主線鋼箱梁首先在鋼管支架上進(jìn)行吊裝焊接成整體后，進(jìn)行頂推施工，根據(jù)現(xiàn)場情況，整個頂推過程分為9 個施工步驟，具體施工步驟如表1 所示。

表1 鋼箱梁頂推施工流程

部分施工流程如圖6 和圖7 所示。主線鋼箱梁向前滑移過程中，共有12 個支點，不同狀態(tài)下，頂推支點位置和數(shù)量不斷變化，采用Midas/Civil 2019 有限元計算軟件對主線鋼箱梁全過程頂推施工狀態(tài)進(jìn)行模擬，對不同頂推施工狀態(tài)下支點反力進(jìn)行計算，頂推施工步驟5、步驟8 的支點頂升力計算結(jié)果分別如圖8、圖9 所示，各施工步驟下各支點反力如表2 所示。

表2 各施工步驟下各支點反力/t

圖6 頂推準(zhǔn)備階段

圖7 鋼箱梁頂推完成

圖8 頂推施工步驟5 支點頂升力

圖9 頂推施工步驟8 支點頂升力

4.2 頂推支架計算工況

通過主線鋼箱梁頂推施工中支點反力計算分析可知，在施工步驟5 中，支點9 左右兩個頂推點支反力共計251.6 t，單點反力最大為125.8 t，單點水平力按梁體自重的10%左右計算，即為12.6 t；此時支點9 經(jīng)過跨徑5 m 滑道梁中心，滑道所受彎矩最大；在施工步驟8、步驟9 中，支點11 左右兩個頂推支點反力最大為268.8 t，單點反力最大為134.4 t，單點水平力最大為13.4 t。此時單組支架鋼管柱所受軸力最大，因此對施工步驟5、施工步驟8 狀態(tài)下的頂推支架進(jìn)行受力特性計算分析。

4.3 頂推支架計算結(jié)果

4.3.1 鋼管柱支反力

經(jīng)有限元計算，施工步驟5、步驟8 狀態(tài)下的頂推支架鋼管柱反力見圖10、圖11。施工步驟5中，單管最大豎向力40.0 t，水平力4.5 t。施工步驟8 中，單管最大豎向力56.6 t，水平力3.8 t。

圖10 施工步驟5 狀態(tài)下頂推支架鋼管柱支反力/t

圖11 施工步驟8 狀態(tài)下頂推支架鋼管柱支反力/t

4.3.2 頂推支架變形

經(jīng)有限元計算，施工步驟5、步驟8 狀態(tài)下的頂推支架豎向與水平位移如圖12、圖13 所示。施工步驟5 中支架豎向最大變形6.3 mm＜5000/400=12.5 mm，水平最大變形3.0 mm＜9000/500=16 mm；施工步驟8 中支架豎向最大變形3.3 mm＜2500/400=6.25 mm，水平最大變形4.0 mm＜9000/500=16 mm，滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650-2020)中鋼支架豎向位移最大值L/400，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB500017-2017）附錄A 第A.2.1 條鋼支架結(jié)構(gòu)柱頂水平位移最大值H/500的規(guī)范要求。

圖12 施工步驟5 狀態(tài)下頂推支架位移

圖13 施工步驟8 狀態(tài)下頂推支架位移

4.3.3 頂推支架應(yīng)力

經(jīng)有限元計算，施工步驟5、步驟8 狀態(tài)下的頂推支架各構(gòu)件應(yīng)力如圖14 和圖15 所示。施工步驟5 中鋼管柱最大應(yīng)力68.7 MPa，橫梁最大應(yīng)力108.9 MPa，雙拼滑道梁最大應(yīng)力114.2 MPa，角鋼最大應(yīng)力63.7 MPa；施工步驟8 中鋼管柱最大應(yīng)力86.6 MPa，橫梁最大應(yīng)力113.1 MPa，雙拼滑道梁最大應(yīng)力48.4 MPa，角鋼最大應(yīng)力55.1 MPa；各構(gòu)件應(yīng)力均小于材料容許應(yīng)力215 MPa，滿足規(guī)范要求。

圖14 施工步驟5 狀態(tài)下頂推支架構(gòu)件應(yīng)力

4.3.4 支架基礎(chǔ)驗算

由鋼管柱支反力可知，單根鋼管最大支反力為56.6 t，則單組鋼管受力最大為：56.6×4=226.4 t，即單個基礎(chǔ)所受上部荷載最大為226.4 t。支架基礎(chǔ)應(yīng)力Pk=（226.4+0.4×3.7×3.7×2.5）/（3.7×3.7）=17.54 t/m2=175.4 kPa，現(xiàn)場地基為硬化處理后的高速公路地基，可滿足承載力需求。

5 結(jié) 語

本文通過宿淮高速主線橋2×35 m 鋼箱梁工程，由于橋梁需上跨既有京滬高速，鋼箱梁采用拖拉滑移頂推施工技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)場條件，對頂推臨時支架結(jié)構(gòu)構(gòu)件選型、連接、支架布置等方面進(jìn)行設(shè)，并確定鋼箱梁頂推施工流程。通過鋼箱梁頂推施工過程中的最不利工況下的支反力作用在頂推臨時支架上，計算頂推臨時支架受力狀態(tài)，確保頂推臨時支架在鋼箱梁頂推過程中結(jié)構(gòu)受力安全。最終頂推臨時支架滿足實際工程應(yīng)用，可為類似工程的頂推臨時支架的設(shè)計與計算提供借鑒。