大跨鋼箱梁設(shè)計與頂推施工

賀劍東，楊麗萍，崔 祿

（1.山東通達路橋規(guī)劃設(shè)計有限公司，山東煙臺 264000；2.煙臺市建筑設(shè)計研究股份有限公司，山東煙臺 264000；3.煙臺市城建設(shè)計研究院有限公司，山東煙臺 264003）

1 工程概況

某高架橋第7聯(lián)設(shè)計為58 m+89 m+58 m三跨變截面連續(xù)鋼箱梁，橋面寬33 m，按雙向8車道設(shè)計，采用單箱六室變高截面，邊支點梁高2 120 mm，中支點梁高3 800 mm，第二跨跨中梁高2 600 mm。鋼材材質(zhì)為Q345qD。

第7聯(lián)地處某河老橋上方，橋?qū)?3m，橋面縱坡0.6%。白天要保證兩側(cè)正常通車，屬于特殊架設(shè)聯(lián)，第7聯(lián)中跨跨過老橋，其臨時支架右側(cè)邊跨要保證3×3.25=9.75（m）的通車寬度，左側(cè)要保證2×3.25=6.5（m）的通車寬度。現(xiàn)有老橋橋長76 m，橋?qū)?3 m，為簡支T形梁橋，橋梁限重20 t。由于老橋承載力受限以及交通通行的需要，89 m跨鋼箱梁采用頂推施工，58 m跨鋼箱梁采用支架散拼施工。詳見圖1～圖3。

2 成橋計算

該工程成橋階段采用日本規(guī)范[1]、英國規(guī)范[2]，并結(jié)合我國規(guī)范[3]的方法分析驗算了鋼箱梁的受力及穩(wěn)定性，其計算結(jié)果見圖4～圖6。

鋼箱梁頂板所受正應(yīng)力共分兩部分，分別為第一體系、第二體系，鋼箱梁底板僅受第一體系應(yīng)力。限于篇幅不列出第二體系的計算和穩(wěn)定性計算結(jié)果。綜合后鋼箱梁所受應(yīng)力如表1所示。

3 頂推施工

頂推法施工目前在國內(nèi)應(yīng)用比較普遍，其施工工藝主要有3種，分別是：拖拉式多點連續(xù)頂推、楔進式多點連續(xù)頂推、步履式多點連續(xù)頂推。步履式多點連續(xù)頂推施工工藝設(shè)備構(gòu)造簡單、受力明確、施工方便、節(jié)省成本，故該工程采用該頂推方式進行施工。

步履式頂推設(shè)備進行頂推，工作原理是豎向油缸頂起箱梁，水平油缸完成向前頂推，豎向油缸回油落梁后擱置于臨時支撐上，水平油缸回油完成一個行程的頂推工作，頂推過程中是一個自平衡的頂推動作過程。

頂推施工的工藝流程如圖7，拼裝平臺、頂推路線及步履式頂推設(shè)備見圖8～圖10。

頂推施工采用ANSYS的shell單元建立整體模型，模擬22個施工階段。限于篇幅不再一一列出每一階段的計算結(jié)果，僅示出最不利的工況20的計算結(jié)果，見圖11、圖12。

由有限元計算結(jié)果可知，頂推過程中鋼箱梁最大應(yīng)力出現(xiàn)在工況20時導(dǎo)梁翼緣板變薄段處，σmax=93.2 MPa<[σ]=175 MPa。頂推施工鋼箱梁和導(dǎo)梁強度均滿足要求。

該工程第一次采用步履式頂推設(shè)備頂推箱梁底板具有豎向弧線的鋼箱梁，由于頂推設(shè)備自身豎向調(diào)整高度為300 mm，而該工程鋼箱梁最大高差為1 200 mm。為解決此問題，該工程設(shè)計了可以調(diào)整豎向高度的支架，施工支架頂層設(shè)置一層可上下調(diào)整高度的調(diào)整梁，使用4個10 t油缸將調(diào)整梁與下層支架連接，并獲得了成功。

4 結(jié)語

圖1 鋼箱梁3.8 m高度標準斷面（單位：mm）

圖2 跨中主梁橫隔板斷面（單位：mm）

圖3 鋼箱梁支點斷面（單位：mm）

圖4 第一體系上緣正應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MPa）

圖5 第一體系下緣正應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MPa）

圖6 第一體系剪應(yīng)力包絡(luò)圖（單位：MPa）

表1 鋼箱梁應(yīng)力綜合表（單位：MPa）

圖7 鋼箱梁頂推施工工藝流程

鋼箱梁具有造型美觀、施工迅速、工廠化高、跨越能力強、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，是未來我國橋梁主要發(fā)展方向之一，而我國的鋼橋規(guī)范早已過時，這大大阻礙了我國鋼橋的發(fā)展。本文基于日本規(guī)范[1]、英國規(guī)范[2]并結(jié)合我國規(guī)范[3]對大跨鋼箱梁進行城橋驗算，避免了以往設(shè)計階段繁瑣的計算過程，大大節(jié)約了時間，為以后鋼箱梁的普及提供了可靠的技術(shù)保障。鋼箱梁的施工以往主要采用散拼支架施工或懸拼施工，很少采用頂推施工，尤其是變截面梁國內(nèi)更是少有。該工程解決了變截面鋼箱梁的頂推施工難點，為以后類似工程提供了可以借鑒的寶貴經(jīng)驗。

圖8 拼裝平臺立面圖

圖9 頂推路線圖

圖10 步履式頂推設(shè)備效果圖

圖11 工況20鋼箱梁豎向位移云圖

圖12 工況20鋼箱梁應(yīng)力云圖

[1]道路橋示方書.同解說（鋼橋編）[M].東京:丸善株式會社,2001.

[2]BS 5400,鋼橋、混凝土橋及結(jié)合橋[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,1987.

[3]JTJ 025-86,公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].