頂推施工鋼箱梁設計與施工關鍵技術

陳敬松

中交二航局路橋特種工程有限公司，湖北 武漢 430072

0 引言

頂推法是出現(xiàn)于20世紀60年代，最早應用于鋼橋，但由于其并不比直接架設方便，因而未得到廣泛的應用。但在20世紀末其在混凝土梁橋中得到了廣泛的應用，因而獲得了新的生命力，并使頂推技術不斷成熟。目前，在國內國際上又出現(xiàn)了將頂推法應用于鋼橋的趨勢，但對于鋼橋頂推法的設計工藝研究較少見。頂推施工的主要思路是梁在預制場地預測好，然后再推頂?shù)轿?，再進行下一節(jié)段的預制。

1 鋼箱梁頂推施工設計流程

1.2 鋼箱梁頂推施工設計原則

在鋼箱梁橋頂推施工過程中，存在的主要問題為頂推過程中梁的局部區(qū)域應力集中現(xiàn)象明顯，為了減輕應力集中現(xiàn)象，需從頂推施工的設計方案入手，目前主要從以下兩個方面來考慮：

1）在滿足頂推施工要求的前提下，使頂推結構的自重盡量降低。如在洪山大橋的頂推施工中，為了減輕頂推結構的自重，在主梁就位后，采取了安裝行車道案的措施大幅減小了頂推時的重量，使得鋼梁整體與局部的受力狀態(tài)都得到了很大的改善；

2）對施工方案上進行修改，如增大聚四氟乙烯板面積減小局部應力或增加臨時墩的布置減小反力 。

1.2 鋼箱梁頂推施工構造特點

當鋼梁的截面形式基本確定的情況下，在設計鋼梁的具體截面尺寸時，應考慮一些細部的構造措施，以保證其在施工過程中的安全。當采用頂推法施工鋼梁時，鋼梁在構造上應考慮以下幾個方面：

在保證成橋后運營安全的情況下，盡量增大底板厚度并減小底板寬度。這樣既不會增大鋼材的使用量，又可以改善支承點的局部受力性能，并對梁截面的抗彎性能影響較?。?/p>

注意橫隔與縱隔的剛度分配。鋼梁的設計原則為次要構件安全系數(shù)小于主要構件，即當荷載較大或操作不當時，次要構件要先于主要構件發(fā)生失穩(wěn)，避免因主要構件失穩(wěn)而引起整個結構的破壞；一般采用U型肋作為縱隔的加勁肋，其優(yōu)點為可以在微量增大鋼材用量的前提下，大幅度提高結構的局部穩(wěn)定性；為了增大成橋階段的抗風安全儲備，可在梁體設置分流板和導風嘴等抗風構件。

1.3 鋼箱梁頂推施工橋設計理念的探討

如果對鋼梁設計不考慮頂推施工中的施工荷載的影響，而采用傳統(tǒng)的設計方法設計鋼梁的截面，再根據(jù)其采取頂推法，而在局部部位進行補強，一般采用采用施工方案的調整或局問加大構件尺寸以達到頂推施工的要求，這樣的設計往往過程復雜，且設計出來的梁截面形式不經(jīng)濟。目前廣泛認同的方法為在鋼梁截面初始設計時，即將頂推的施工荷載考慮進來，然后再根據(jù)成橋階段的受力特點和施工的特點，對鋼梁的局部進行加強設計，這樣不僅能保證在成橋階段和頂推施工過程受力合理，且能確定主梁在頂推過程以及成橋階段具有良好穩(wěn)定性和受力性能。

1.4 頂推力的控制

在多點分散頂推施工中，單個千斤頂所施加的頂推力需大于頂推過程中的摩擦力，梁體才會被推動，即：

式中：Fi為i號臨時墩處的頂推動力裝置的頂推力；Ni為i號臨時墩處的支點瞬時(最大)支反力；fi為i號臨時墩的支點處頂推裝置的相應摩擦系數(shù)；ai為i號臨時墩處的縱坡率，“+”為上坡頂推，“-”為下坡頂推。

因此，臨時墩頂推力大小受臨時墩支撐力的控制，在施工過程中對縱向支撐力進行時實監(jiān)測。對于支撐力恒定的臨時墩，頂推力也為恒定的，其大小應根據(jù)以前記錄數(shù)據(jù)來確定。在頂推施工過程中，要確保支墩的頂推力與摩擦力相對應，防止支墩上出現(xiàn)較大的水平頂推力的不利情況。

1.5 鋼箱梁軸線控制

為了保證鋼梁在頂推過程中的橫向偏移量小于±l0mm，在每個臨時墩上，需設置可調節(jié)的導向限位塊，并且通過各個臨時墩兩側千斤頂?shù)捻斄ψ兓M行鋼梁的糾偏與導向。

在頂推施工過程中，測量人員要采用全站儀實時監(jiān)測各墩的梁體中心線的偏位情況，當發(fā)現(xiàn)鋼梁中心出現(xiàn)線偏移時，應采用臨時墩兩側的千斤頂及時調整，調整目標為各墩頂偏位均在設計要求范圍之內。鋼梁的糾偏必須在頂推過程中進行，在鋼梁就位后不可進行糾偏工作。臨時墩頂?shù)乃狡粶y量要連續(xù)進行，需做到第一時間發(fā)生鋼箱梁出現(xiàn)“爬行"現(xiàn)象或位移過大情況，當遇到這種情況應停止頂推作業(yè)，重新設計各墩頂力分布。

1.6 合龍段的控制

合龍段的施工是鋼梁頂推施工過程中最為關鍵的工序。鋼梁合龍，對氣候的要求較高，需選擇低溫或溫度均勻、日照不強烈時段內進行合龍安裝，在合攏施工中時實進行高程、平面位置測量，并在所選定時間內，一次完成頂推施工。

合龍口的寬度測量為合龍段測量工作的重點，在合龍前要對其進行實時監(jiān)測。高程測量并不起控制作用，其利用索塔位置處的控制點進行。合龍過程是一個連接匹配過程，只要將兩邊的鋼梁對齊連接即可。

1.7 施工控制原則

施工控制是以確保施工過程中以及成橋后結構受力狀態(tài)和主梁線形滿足設計要求為目標，在施工過程中對各種影響成橋目標的參數(shù)進行修正，合理的設計成橋狀態(tài)為目的。在對本橋鋼箱梁頂推施工控制中，要以結構的應力和主梁線形作為雙控指標，并以線形控制為主，而應力控制為輔。

1.7.1 受力要求

反映頂推施工中結構受力的因素為鋼箱梁的應力以及臨時墩的支反力，在鋼箱梁頂推施工中，要保證主梁的應力以及臨時墩支反力在容許范圍之內，這樣，才能確保結構的安全。

1.7.2 線形要求

線形主要是主梁的軸線和標高偏位，鋼箱梁項推施工完成后，主梁軸線偏位也要控制在允許范圍之內，主梁的標高要滿足設計標高的要求。

2 結論

在頂推鋼梁橋設計中，需將頂推施工的工況考慮進設計中，而不應該將頂推施工單獨采用局部加強措施來考慮，這樣不僅增加了資金投入，且并不完全可靠。

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