鋼箱梁懸臂頂推施工過程受力分析

陳旖平（核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都）

鋼箱梁懸臂頂推施工過程受力分析

陳旖平
（核工業(yè)西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都）

針對鋼箱梁懸臂頂推施工，結(jié)合實(shí)例，在對施工方法進(jìn)行陳述的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程施工方案，模擬五種最為不利的荷載情況，對施工受力進(jìn)行深入的分析，并得出相應(yīng)的分析結(jié)果和處理建議，旨在為類似工程提供借鑒。

鋼箱梁；懸臂頂推；受力分析

伴隨頂推技術(shù)及其設(shè)備的不斷發(fā)展，當(dāng)前該技術(shù)可成熟運(yùn)用于拱橋、懸索橋等工程建設(shè)中[1]。在整個施工過程中，各階段受力分析是決定工程成敗和保證施工安全的關(guān)鍵，因此對其實(shí)施分析研究是具有重大意義的。現(xiàn)結(jié)合某工程實(shí)例，對鋼箱梁懸臂頂推施工過程受力分析進(jìn)行探討，詳細(xì)內(nèi)容如下。

1 工程概況

表1 鋼箱梁參數(shù)一覽表

某高速公路全長約63km，全段終點(diǎn)和現(xiàn)有公路設(shè)互通式立交相連，其中有一個匝道需要跨越已正常通車的公路。考慮到已正常通車公路的運(yùn)行安全，對于匝道橋，本次設(shè)計(jì)采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，其規(guī)格為 35.1+50+50+35.1m，同時配以頂推法施工。鋼箱梁具體參數(shù)如表1所示。

2 鋼箱梁懸臂頂推施工法分析

頂推施工法的基本原理為：在橋梁一端設(shè)置一塊制作場地，采取分段的思想制作上部結(jié)構(gòu)，然后再采用頂推裝置沿縱軸方向?qū)⒅髁喉斖瞥蓸颉?/p>

鋼箱梁懸臂頂推施工法的優(yōu)勢在于：其一，頂推設(shè)備輕盈簡便，無需大型吊車進(jìn)場，適宜狹小場地使用；其二，未對地基、凈空等提出要求，不會對正常通車造成干擾；其三，對于砼結(jié)構(gòu)橋梁而言，運(yùn)用此方法可大量節(jié)省模板，經(jīng)濟(jì)性突出；其四，施工場地固定，有利于施工安全，方便現(xiàn)場組織和管理。

按照不同的施力形式，可將頂推施工法分為兩種，即為單點(diǎn)頂推與多點(diǎn)頂推。其中，單點(diǎn)頂推是指將頂推裝置固定在主梁預(yù)制場上，與橋臺相鄰，前方所有墩柱均分別設(shè)置滑動支撐。該方法還可以被分成兩種，其一為使用水平千斤頂，為梁體提供頂推力；其二為聯(lián)合使用豎直、水平千斤頂，在實(shí)施頂推時，固定不銹鋼板，移動四氟乙烯板[2]。而多點(diǎn)頂推是指在橋梁墩臺上設(shè)置小型千斤頂，將原本較為集中的頂推力作用在多個橋墩之上，依靠水平千斤頂提供的反力，來有效平衡滑移摩阻，使直接作用在橋墩上的水平力減小，所以這種方法還可使用在柔性橋墩上。

頂推施工時，橋梁荷載、邊界等條件均會出現(xiàn)不同程度的變化，不同施工階段對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系和成橋時的最終體系是存在一定差別的。因此，在運(yùn)用頂推施工法以前，必須做好每個階段的分析工作，認(rèn)真分析各項(xiàng)條件的實(shí)際變化。從自重內(nèi)力角度講，通過頂推施工而成的結(jié)構(gòu)體系與一次落架基本一致。頂推前端主梁往往要承受相對較大的彎矩，而施工只會對和導(dǎo)梁相接的前幾跨主梁的內(nèi)力造成實(shí)際影響。

運(yùn)用頂推施工法的橋梁會在放置主梁以前產(chǎn)生最大內(nèi)力，因此為有效降低彎矩，通常需要在主梁的前端安裝一個輕型鋼導(dǎo)梁。鋼導(dǎo)梁的底緣大多和主梁底處于相同平面，而前端的底部為方便施工，一般設(shè)置成向上的圓弧形。鋼導(dǎo)梁最大長度不會超過70%橋梁跨度，剛度則不利于箱梁的10%，具體數(shù)值的確定需結(jié)合跨度、剛度以及自重等條件，通過對比和計(jì)算完成[3]。

3 工程施工方案

（1）邊跨處設(shè)置鋼導(dǎo)梁，橋尾處安裝鋼箱梁拼裝胎架。借助橋梁下部施工的封閉區(qū)，在主墩兩邊分別設(shè)置輔助墩；

（2）對梁段I進(jìn)行拼裝，并和鋼導(dǎo)梁直接相連；

（3）頂推移動，對梁段II實(shí)施焊接；

（4）循環(huán)施工；

（5）最后一處梁段施工；

（6）對鋼導(dǎo)梁、胎架以及輔助墩等進(jìn)行拆卸；

（7）落梁。

4、施工過程受力分析

采取模擬計(jì)算的方法，計(jì)算過程中鋼導(dǎo)梁的長度取50m，分別計(jì)算2個與4個鋼導(dǎo)梁。橋梁的主梁與鋼導(dǎo)梁都使用板單元進(jìn)行建模，輔以MIDAS軟件分析，為簡化分析過程，模擬五種最為不利的荷載情況，具體內(nèi)容如下。

（1）荷載情況1，箱梁長度約85m，主梁臨近墩頂；

（2）荷載情況2，箱梁長度約85m，主梁到達(dá)墩頂；

（3）荷載情況3，箱梁長度約135m，主梁臨近墩頂；

（4）荷載情況4，箱梁長度約135m，鋼導(dǎo)梁臨近墩頂；

（5）荷載情況5，箱梁長度約135m，鋼導(dǎo)梁到達(dá)墩頂。

4.1 荷載情況1作用下受力分析

在此情況下，結(jié)構(gòu)變形最大值約380mm，應(yīng)力最大值約320MPa，應(yīng)力相對較大，整體結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)。通過分析得知，最大應(yīng)力主要出現(xiàn)在主梁的第二段滑道，數(shù)值接近320MPa。需對該位置實(shí)施加固處理，如果設(shè)置兩個鋼導(dǎo)梁，則主梁的外部會存在一個很大得懸臂，所以此時應(yīng)設(shè)置四個鋼導(dǎo)梁。

4.2 荷載情況2作用下受力分析

在此情況下，結(jié)構(gòu)變形最大值約263mm，應(yīng)力最大值約360MPa，應(yīng)力比荷載情況1還要大，整體結(jié)構(gòu)處于不安全狀態(tài)，亟需采取上述方法進(jìn)行加固。

4.3 荷載情況3作用下受力分析

在此情況下，結(jié)構(gòu)變形最大值約370mm，應(yīng)力最大值約270MPa，應(yīng)力有所下降，整體結(jié)構(gòu)處在基本安全的狀態(tài)，但結(jié)構(gòu)變形量相對較大，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和處理。

4.4 荷載情況4作用下受力分析

在此情況下，結(jié)構(gòu)變形量最大值約 79mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)力最大值約220MPa，整體結(jié)構(gòu)處在基本安全的狀態(tài)。

4.5 荷載情況5作用下受力分析

在此情況下，結(jié)構(gòu)變形量最大值約 26mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)力最大值約280MPa，相比之下，應(yīng)力仍然較大，通過進(jìn)一步分析可知，最大應(yīng)力主要出現(xiàn)在滑道第二支撐處，數(shù)值接近280MPa。

5 結(jié)論

（1）由于頂推時主梁與鋼導(dǎo)梁連接點(diǎn)會出現(xiàn)較大應(yīng)力，所以應(yīng)做好二者連接工作；

（2）若運(yùn)用兩根鋼導(dǎo)梁，則會使支撐結(jié)構(gòu)受力不均，因此為保證施工安全，應(yīng)使用四根鋼導(dǎo)梁；

（3）通過受力分析可知，鋼導(dǎo)梁的前端位移相對較大，當(dāng)懸臂為50m時，下沉量可以達(dá)到390mm，因此應(yīng)強(qiáng)化鋼導(dǎo)梁，確保頂推施工安全。

[1]劉向華. 鋼箱梁懸臂頂推施工過程受力分析[J]. 科技信息,2014,13:327-328+346.

[2]康俊濤,張旭,范杰,吳璽,黃祥國,汪大海. 鋼箱梁頂推法施工臨時墩優(yōu)化布置及安全控制研究[J]. 公路,2015,09:103-108.

[3]李傳習(xí),王俊,董創(chuàng)文,張玉平. 聯(lián)合Ansys與Matlab進(jìn)行鋼箱梁頂推施工過程仿真優(yōu)化[J]. 交通與計(jì)算機(jī),2008,06:136-142.

G322

B

1007-6344（2016）04-0258-01