典型箱梁在頂推施工過(guò)程中的局部受力研究

孫 杰

（寧波杭州灣新區(qū)海澤市政投資有限公司，浙江 寧波 315336）

1 引言

我國(guó)已全面建成小康社會(huì)、實(shí)現(xiàn)第一個(gè)百年奮斗目標(biāo)，正全力向全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家奮進(jìn)。一系列國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)重大戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，一大批橋梁建設(shè)的重大工程應(yīng)運(yùn)而生。隨著橋梁建設(shè)的發(fā)展，面對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境，橋梁施工技術(shù)不斷革新。遇到橋下有行車、通航要求或因地理?xiàng)l件無(wú)法搭設(shè)支架等情況時(shí)，頂推法顯示出其優(yōu)勢(shì)。

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展，頂推法由于其優(yōu)勢(shì)明顯，在橋梁建設(shè)中廣泛應(yīng)用。頂推法施工技術(shù)在早期主要利用卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行了拖拉，而現(xiàn)代頂推法施工多采用千斤頂進(jìn)行推進(jìn)，同時(shí)將滾筒替換成板式滑塊。為定性和定量的研究頂推過(guò)程結(jié)構(gòu)受力情況，許多學(xué)者對(duì)頂推施工過(guò)程中橋梁受力情況進(jìn)行了大量的研究。目前雖對(duì)頂推施工法進(jìn)行了大量的研究，但針對(duì)與頂推施工過(guò)程中，主梁局部受力情況的研究還較少。

為研究典型主梁在頂推施工過(guò)程中局部受力特點(diǎn)，文章選取某市政大橋作為工程背景，利用Ansys建立主梁節(jié)段的有限元模型，進(jìn)行施工階段的模擬。得到最不利工況，并針對(duì)最不利工況提供設(shè)計(jì)建議。

2 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于重慶主城區(qū)，為了滿足較大市區(qū)的通車需求，該橋主梁設(shè)計(jì)為單箱四室流線型箱梁，主梁寬度較寬，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段主梁寬度為35.4 m，高度為3.5 m，如圖1。

圖1 主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面圖(m)

由于該橋位于重慶主城區(qū)，考慮到橋下有通車需求，該橋采用頂推施工法進(jìn)行橋梁架設(shè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益等條件最終決定采用步履式頂推法進(jìn)行施工。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和通航要求在主跨之間搭建6個(gè)臨時(shí)墩，臨時(shí)墩跨距為15 m+5 m×20 m+18 m。臨時(shí)支墩上安裝三層分配梁、高度調(diào)整墊座、頂推裝置等。三層分配梁將墩頂所受壓力均勻分配到下部管樁承重結(jié)構(gòu)，高度調(diào)整墊座用于頂推過(guò)程中的墩頂標(biāo)高調(diào)整及落梁作業(yè)。完成后，將組裝好的箱梁吊運(yùn)至頂推平臺(tái)，后采用步履式頂推系統(tǒng)頂推鋼箱梁到指定位置，步驟循環(huán)直至所有梁端落位。最后進(jìn)行全橋線性調(diào)整。頂推步驟示意圖如圖2。

圖2 頂推流程示意圖

在頂推施工過(guò)程中，最首要的任務(wù)是保證其過(guò)程安全平穩(wěn)，因此選用了多點(diǎn)頂推的方式進(jìn)行。步履式頂推系統(tǒng)主要步驟可以簡(jiǎn)化為頂、推、降、縮四個(gè)階段，每個(gè)階段對(duì)系統(tǒng)精度都有很高的要求。頂推系統(tǒng)采用集中控制系統(tǒng)，依靠電液比例控制技術(shù)，有極高的精確度。在頂推施工過(guò)程中，存在著跨度大，坡度大等問(wèn)題，同時(shí)在頂推過(guò)程中箱梁本身存在線性難以控制等技術(shù)難題。這些施工難題帶來(lái)的是施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)受力的變化。需要進(jìn)行專門的受力計(jì)算以確保安全。由于頂推過(guò)程中存在臨時(shí)墩有高差的問(wèn)題，所以選用了多點(diǎn)頂推方案。多點(diǎn)頂推可以在橋梁施工過(guò)程中提供豎向頂升和水平推進(jìn)兩種方式，這樣可以在頂推的過(guò)程中通過(guò)豎向千斤頂去調(diào)節(jié)橋梁縱向上的高差。

3 有限元模型

計(jì)算采用有限元分析軟件Ansys進(jìn)行。局部實(shí)體模型采用板單元，實(shí)體部分為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段；其余位置采用梁?jiǎn)卧?。在?shí)體模型底部有支撐的位置，用彈性支撐，模型中用彈簧單元以實(shí)現(xiàn)。梁?jiǎn)卧Ｐ途豢紤]豎向約束。彈簧單元的剛度由橡膠墊的尺寸決定，橡膠的彈性模量根據(jù)工程數(shù)據(jù)，取7.4 MPa。各部件有限元模型如圖3。

圖3 各部件有限元模型

4 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)施工流程和最不利條件選擇四種工況，四種工況分別為：①頂推最大懸臂30，前面導(dǎo)梁無(wú)支撐。②頂推最大懸臂30 m，此時(shí)導(dǎo)梁前進(jìn)處有支撐。③一跨完成時(shí)，導(dǎo)梁處在懸臂狀態(tài)。④兩跨完成時(shí)，導(dǎo)梁處在懸臂狀態(tài)。同時(shí)根據(jù)不同的工況設(shè)置不一樣的邊界條件。由于篇幅限制，僅展示工況一時(shí)頂板和底板的有限元計(jì)算圖，如圖4。

圖4 部分有限元計(jì)算結(jié)果

從結(jié)果中可以看出，在各項(xiàng)工況下mises應(yīng)力極值在允許范圍內(nèi)。根據(jù)有限元應(yīng)力云圖顯示最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在縱膈板橫向加勁肋與底板橫向加勁肋相交的角點(diǎn)位置，值得在設(shè)計(jì)階段引起重視。橫向?qū)Ρ人姆N工況，工況二時(shí)各部件所受應(yīng)力最大，在施工過(guò)程中值得注意。

最終各工況計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 各工況計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

文章以典型箱梁在頂推施工過(guò)程中主梁局部受力特性為研究對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建Ansys建立三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析，設(shè)置了四種工況。計(jì)算結(jié)果表明：

（1）在支墩間距30 m的情況下進(jìn)行頂推，鋼箱梁梁體受力滿足要求。

（2）從結(jié)果來(lái)看，縱膈板橫向加勁肋與底板橫向加勁肋相交的角點(diǎn)位置出現(xiàn)最大應(yīng)力，建議在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行處理。

（3）計(jì)算時(shí)支點(diǎn)位置下方采用理想的彈性支承考慮，在滑道設(shè)置時(shí)應(yīng)充分考慮鋼箱梁的轉(zhuǎn)角變形，以柔性的支點(diǎn)構(gòu)造適應(yīng)其變形。

研究結(jié)果表明，頂推法在施工過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)局部構(gòu)件應(yīng)力集中的情況，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以重視。