連續(xù)梁橋頂推施工臨時支墩受力分析

王冰玉

摘 要：以某頂推施工為工程實(shí)例，利用有限元分析軟件Midas Civil建立了主梁頂推過程分析模型，分析了頂推過程中臨時支墩的支反力隨頂推過程的變化趨勢；建立了臨時墩的有限元分析模型，分析了臨時墩在水平荷載和豎向荷載作用下的受力性能，分析結(jié)果和實(shí)際施工效果表明，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足施工要求。

關(guān)鍵詞：頂推施工；有限元分析；臨時墩；受力分析

引言

近年來，隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和施工技術(shù)的快速發(fā)展，頂推施工方法的發(fā)展表現(xiàn)的日趨成熟，它以其獨(dú)有的優(yōu)勢獲得了廣泛的應(yīng)用，同懸臂法和轉(zhuǎn)體施工等施工方法相比，具有場地要求少，無支架，不影響既有道路的正常通行，快速等優(yōu)點(diǎn)[1]。在頂推施工過程中，若橋梁跨徑過大，頂推過程中的梁體內(nèi)力變化較大，頂推梁的設(shè)計(jì)難度較大，為減小頂推梁的內(nèi)力變化幅度和保證頂推的順利進(jìn)行，可在中間設(shè)置臨時支墩[2]。為保證臨時支墩在體系轉(zhuǎn)換、多點(diǎn)頂推的施工過程中結(jié)構(gòu)受力和變形始終處于安全范圍內(nèi)，需對臨時支墩在體系轉(zhuǎn)換及多點(diǎn)頂推工況下進(jìn)行強(qiáng)度、剛度檢算[3]。

1 工程背景

某客專特大橋全長13.1Km，采用7-16m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)。連續(xù)箱梁位于R=1300m的圓曲線上，梁面坡度為-20.5‰，跨度為（16.5+5×16.6+16.5）m，全長116m，連續(xù)箱梁混凝土共計(jì)643.1m3。連續(xù)梁預(yù)制及頂推位置關(guān)系見圖1。連續(xù)梁對應(yīng)墩號為376-383#墩，其中377#-382#墩采用鋼混結(jié)合框架墩，墩頂設(shè)鋼橫梁，376#、383#墩為普通混凝土實(shí)體墩。

2 頂推過程中受力性能

2.1 主梁模型的建立

為了如實(shí)反映每一頂推工況下梁體各個單元的位置和內(nèi)力，本文采用梁動墩不動的建模方法，由于橋梁施工過程是提前將7孔16m連續(xù)梁預(yù)制在371#-374#墩上，再進(jìn)行頂推，所以建模時就直接建好全橋模型，然后采用固定支座模擬橋墩的方法來進(jìn)行建模，計(jì)算模型中根據(jù)頂推施工梁段的劃分、支點(diǎn)、跨中、截面變化點(diǎn)等控制截面將全橋劃分為187個節(jié)點(diǎn)和186個單元[4]。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙所示施工階段及需完成工作將本橋劃分為200個施工階段，根據(jù)頂推施工特點(diǎn)及梁體的長度，每一施工階段橋梁頂推0.75m，全橋約束每22個一循環(huán)。

2.2 臨時支墩體系

7孔16m連續(xù)梁預(yù)制位置371#-374#墩間孔跨設(shè)計(jì)為32mT梁，無法滿足梁體預(yù)制完成后體系轉(zhuǎn)換的要求，為滿足體系轉(zhuǎn)換16m跨的要求，在32m跨間設(shè)置臨時墩，即在370#-374#間設(shè)置4個臨時支墩（L1、L2、L3、L4#）。臨時墩主要由直徑630mm、壁厚為10mm螺旋焊管構(gòu)成，鋼管橫橋向中心距260cm、順橋向中心距237cm，高度1854cm。鋼管立柱之間由L75，厚度為8mm的角鐵構(gòu)成系桿。臨時墩頂橫橋向設(shè)2*HW300*300型鋼作為橫梁、順橋向設(shè)3*HW300*300型鋼作為縱梁，同時作為頂推滑道安裝底座，橫梁與鋼管柱及縱梁與橫梁之間焊接牢固。

2.3 臨時墩支反力

從全橋模型圖可以看出，隨著施工階段即頂推距離的增加，每個固定支座所代表的墩號是變化的，分別找出每個施工階段中固定支座所代表的4個臨時支墩，并求出它們的支反力值，計(jì)算結(jié)果見圖3。

由于臨時墩L1#～L4#是按梁體前進(jìn)的方向一次排布的，在連續(xù)梁頂推前進(jìn)12m時，導(dǎo)梁脫離了臨時墩L1#，因此在以后的施工階段臨時墩L1#的支反力均為零，臨時墩L1#的最大支反力值為158.2KN；在連續(xù)梁頂推前進(jìn)45m時，導(dǎo)梁脫離了臨時墩L2#，臨時墩L2#的最大支反力值為2525.5KN；在連續(xù)梁頂推前進(jìn)78m時，導(dǎo)梁脫離了臨時墩L3#，臨時墩L3#的最大支反力值為2534.7KN；在連續(xù)梁頂推前進(jìn)111m時，導(dǎo)梁脫離了臨時墩L4#，臨時墩L4#的最大支反力值為2541KN。

2.4 臨時墩受力分析

臨時墩主要承受砼梁的重力，同時需承受由于摩擦引起的橫橋向的水平力，為此臨時墩及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要考慮豎向力和橫橋向的水平力的作用，縱橋向水平力因采用了水平連接，可以將部分水平力傳遞給永久墩，限于篇幅，這里不討論縱橋向水平力的作用[5]。

由全橋模型計(jì)算結(jié)果可知，臨時墩受支反力最大值發(fā)生在L4#墩，所以豎向力取最大值2541KN，根據(jù)施工時的實(shí)際頂推方案，摩擦系數(shù)取0.1，根據(jù)摩擦阻力計(jì)算公式f=μN(yùn)，可求得橫橋向水平力為254KN。建模時，按照兩列縱橋向的豎向均布荷載397KN/m和四個橫橋向的水平荷載63.5KN加載。

由受力分析圖4可知，臨時墩最大組合應(yīng)力發(fā)生在鋼管柱底端，其最大組合應(yīng)力值為132MPa；縱梁最大組合應(yīng)力值為38MPa，橫梁最大組合應(yīng)力值22MPa；臨時墩最大水平位移發(fā)生在鋼管柱之間的連接件處，最大值為0.25mm，最大豎向位移發(fā)生在縱梁跨中，最大值為6.2mm。

3 結(jié)束語

對臨時墩建立了有限元模型，進(jìn)行了分析，得出的主要結(jié)論如下：（1）根據(jù)頂推梁的頂推過程有限元模型分析了臨時墩的受力，求出臨時墩的最大支反力為2541KN；（2）設(shè)計(jì)了臨時墩的結(jié)構(gòu)，為防止頂推過程中的水平力及動力作用，加強(qiáng)了鋼管立柱間的連接；（3）對臨時墩進(jìn)行了受力分析，臨時墩的最大組合應(yīng)力為132MPa小于允許值188.5MPa，發(fā)生在鋼管立柱的底部。橫梁和縱梁的最大組合應(yīng)力分別為22MPa、38MPa也均小于允許值[6-7]。結(jié)果表明，滿足強(qiáng)度要求。

參考文獻(xiàn)

[1]宋延旭.頂推施工階段鋼箱梁橋受力性能研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2010.

[2]李紀(jì)友.臨時墩在橋梁頂推施工中的應(yīng)用[J].林業(yè)建設(shè)，2006（1）：31-33.

[3]黃宏輝.大跨度斜連續(xù)梁橋頂推施工仿真計(jì)算程序設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究[D].湖南：長沙理工大學(xué)，2005.

[4]劉小光.鋼箱梁頂推施工仿真計(jì)算與受力分析[D].湖南：長沙理工大學(xué)，2001.

[5]劉川.鋼箱梁頂推法施工過程仿真分析[J].交通世界，2013（7）：213-215.

[6]JTJ041-2000.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[7]GB 50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].