鋼箱梁橋頂推法施工結構分析

李泉彬（廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司）

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鋼箱梁橋頂推法施工結構分析

李泉彬
（廣東省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司）

【摘要】鋼箱梁橋較混凝土橋梁自重小、跨度大、施工對周邊影響較小，隨著交通的日益發(fā)展及鋼橋制造水平的提升，施工方便的鋼橋應用逐漸增加，施工工藝也日趨呈現多樣化、標準化。頂推法施工操作條件好、不影響橋下交通，有廣泛應用的趨勢，本文對頂推施工過程中各關鍵工況進行分析，有效地指導結構設計及施工控制。

【關鍵詞】鋼箱梁；頂推法；臨時支點；導梁

1　引言

廣河高速跨線橋位于廣東省惠州市境內，主要功能是跨越廣河高速，主跨受限于廣河高速路寬和附近涵洞，綜合地形和經濟性方面考慮，主跨跨徑2x75m，主梁采用等截面鋼箱梁，單箱三室斷面，橋面寬23.1m，箱寬5.2～5.4m，懸臂長3.55m。主梁中心高度3.2m，高跨比1/23.44。下部結構主墩采用門式墩，主墩墩高7m，過渡墩墩高12m。墩身尺寸為：縱橋向寬2m，橫橋向寬13.2m。半幅橋主墩基礎采用6根D160cm鉆孔灌注樁。

考慮到廣河高速交通量大，設計時速120km，車速較快，橋梁與被交路平面交角較小，采用頂推法施工，可使橋梁施工對廣河高速的影響降到最低。中間設臨時墩以減小頂推跨徑，最大跨徑45m，主梁采用單向多點頂推法，將鋼箱梁頂推到設計位置。頂推方向由新豐側向博羅側進行，頂推支墩立面布置圖見圖1。

2　模型建立及計算方法

圖1　廣河高速跨線橋頂推布置圖

圖2　鋼箱梁斷面布置

采用midas/civil建立全橋施工模型，導梁以及主梁均采用梁單元模擬，主梁斷面布置圖如圖2所示。臨時墩與主梁支承處采用一般約束模擬，頂推施工工況模擬采用支承點向后轉移進行，工況示意見圖3。

圖3　頂推工況模擬方法示意圖

關鍵工況驗算劃分如表1所示。

表1　頂推關鍵工況

3　頂推過程中受力分析

3.1橋墩及臨時墩支承反力

利用有限元模型，對結構進行計算，頂推過程中各工況支點反力結果見表2，計算結果未考慮支座沉降影響。

表2　各工況支承反力

由表2可知：鋼箱梁頂推過程中，工況4時臨時墩產生最大反力值6267.4kN，此時導梁頂推至中墩前，頂部未與墩頂連接，臨時墩及基礎的結構設計，可按此工況下的反力值控制；邊墩與中墩的施工過程反力值均較該墩的設計反力小，結構安全；在工況4中，邊墩出現負反力，可采用壓重的方式解決。

3.2鋼箱梁受力及變形

頂推過程中，各工況鋼箱梁自身受力及變形如圖4-圖6（左側為頂推前進方向，下同）。

圖4　施工階段主梁正彎矩包絡圖（kN.m）

圖5　施工階段主梁負彎矩包絡圖（kN.m）

圖6　施工階段主梁剪力包絡圖（kN）

由上圖可知：鋼箱梁頂推過程中，鋼箱梁自身最大正彎矩值為11879.4kN.m，最大負彎矩值為45440.5 kN.m，最大剪力為3365.3kN。各工況下鋼箱梁最大應力及最大豎向撓度結果見表3。

表3　各工況鋼箱梁最大應力及撓度

鋼箱梁的最大受力及變形，發(fā)生在工況4，此時導梁頂推至中墩前，頂部未與墩頂連接，前進端處于大懸臂狀態(tài)。在此工況下，鋼箱梁鋼板最大拉應力26.6MPa，最大壓應力44.3MPa，最大剪應力19.6MPa，梁端最大撓度2.19cm。

3.3導梁受力及變形

導梁的作用是減小主梁懸臂長度，增大頂推跨徑，防止頂推過程中主梁因懸臂過大而發(fā)生傾覆。導梁的合理長度應使施工過程中主梁最大負彎矩與使用狀態(tài)支點負彎矩接近，過長的導梁會導致導梁和主梁聯結處的負彎矩與支反力增加，導梁過短會導致頂推過程中主梁負彎矩增加，一般導梁長度宜為頂推跨徑0.6～0.7倍。廣河高速跨線橋的最大頂推跨徑45m，導梁長度28m，為跨徑長度0.62倍，采用雙工字型截面，梁高1.65m～3.2m。頂推過程中，各工況導梁的受力及變形如圖7-圖9。

圖7　施工階段導梁正彎矩包絡圖（kN.m）

圖8　施工階段導梁負彎矩包絡圖（kN.m）

圖9　施工階段導梁剪力包絡圖（kN.m）

由上圖可知：頂推過程中，導梁自身最大正彎矩值為6106.8kN.m，最大負彎矩值為13518.2 kN.m，最大剪力為984.7kN。各工況下導梁最大應力及最大豎向撓度結果見表4。

表4　各工況導梁最大應力及撓度

導梁的最大彎曲變形發(fā)生在工況4，此時導梁頂推至中墩前，頂部未與墩頂連接，前進端處于大懸臂狀態(tài)，在此工況下，導梁的最大拉應力19.6MPa，最大壓應力19.7MPa，梁端最大下撓8.4cm；最大剪應力發(fā)生在工況5，此時導梁梁端到達中墩，因梁端截面高度最小而有最大剪應力。

4　結論

⑴根據有限元計算結果，頂推至最大懸臂狀態(tài)時，臨時支墩有最大反力6267.4kN，對于臨時結構來說，荷載較大，應驗算墩柱承載能力及穩(wěn)定性。橋位地質顯示地表層為粘土，可選用淺層簡易樁基礎配合擴大基礎，控制基礎沉降，以滿足頂推精度要求，降低由于基礎變位產生的次內力。

⑵鋼箱梁結構選用Q345鋼，其容許彎曲應力［σw］=0.6fy=0.6×345=207MPa，容許剪應力［τ］=130MPa，豎向撓度限值為l/300=4500/300=15cm，根據有限元計算結果，鋼箱梁施工過程中最大拉應力26.6MPa，最大壓應力44.3MPa，最大剪應力19.6MPa，梁端最大撓度2.19cm，均滿足安全要求。

⑶導梁為臨時結構，選用Q235鋼，其容許彎曲應力［σw］=0.65fy=0.65×235=152.8MPa，容許剪應力［τ］＝98MPa，根據有限元計算結果，導梁的最大拉應力19.6MPa，最大壓應力19.7MPa，最大剪應力11.3MPa，滿足安全要求。頂推至最大懸臂時，導梁梁端最大撓度8.4cm，小于豎向撓度限值，但依然較大，影響頂推安裝，施工中應采用矯正措施以保證頂推順利進行。

⑷通過上述計算可知，鋼箱梁主梁、導梁在頂推過程中的應力較小，而臨時支墩的反力較大，說明對本橋的鋼箱梁結構而言，45m的頂推跨徑偏小。施工時可根據現場及設備條件，采用增大頂推跨徑（不使用臨時支墩）、減小導梁長度等優(yōu)化方式，降低施工臨時消耗，取得更好的工程經濟性。●

【參考文獻】

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