某跨鐵路橋鋼桁梁頂推施工方案及受力特性分析

黃慶玲

【關(guān)鍵詞】跨鐵路;鋼桁梁;頂推施工方案;受力分析;安全穩(wěn)定

【中圖分類號】U445.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）06-0073-03

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，跨鐵路區(qū)段建設(shè)鋼桁梁成為一種趨勢，然而受路段行車車速快和施工時間短等問題的限制，很難保證鋼桁梁施工有合適的時間和地點(diǎn)，并且施工過程存在一定的風(fēng)險，項目施工的安全性難以保證[1]。如果使用頂推施工技術(shù)，利用場外進(jìn)行施工，設(shè)計合理的工藝流程，不但可以降低整體項目的施工風(fēng)險，還可以減少施工過程對鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊?。因此，設(shè)計合理的頂推施工方案是跨鐵路橋鋼桁梁項目最重要的環(huán)節(jié)。

1 頂推施工方案

1.1 工程概況

本項目屬于廣西境內(nèi)的某跨鐵路橋鋼鋼桁梁頂推施工工程，主要采用雙幅鋼桁梁，固定在兩邊的橋臺墩上，項目全長59.8 m，跨鐵路長59 m。其中，主鋼桁梁的高度為8 m，寬度為19.8 m，兩節(jié)之間的距離為5.9 m。腹桿、部分平聯(lián)及橫聯(lián)使用的截面是“工”形，弦桿和其他平聯(lián)橫撐使用的截面是箱型。本施工技術(shù)項目把導(dǎo)梁裝到端部，利用頂推技術(shù)實施安裝，總體頂推1 389 t的重量，距離為94.4 m。鋼桁梁立面布置圖如1圖所示，鋼桁梁橫斷面布置如圖2所示。

1.2 工程難點(diǎn)

廣西某電氣鐵路具有特殊的性質(zhì)，行車速度比較快。項目整體施工需要供電部門、車務(wù)部門、電務(wù)部門等多個部門相互配合，施工難度比較大，整體跨鐵路的跨度比較長，項目首先需要進(jìn)行懸臂操作，然后進(jìn)行簡支。此外，在施工過程中不但要注意鐵路電線，還要避免高空墜物。所以，本項目的重點(diǎn)是保證施工的安全性和穩(wěn)定性。

1.3 頂推施工工藝

1.3.1 拖拉法多點(diǎn)施工工藝

拖拉法頂推施工是目前普遍使用的方法，它是一種多點(diǎn)連續(xù)頂推，其中鋼絞線使用千斤頂進(jìn)行拉拽，設(shè)有臨時支墩頂，里面有滑道，這樣就可以保證梁在滑道上平穩(wěn)滑動，保證梁體按照預(yù)定位置安裝到位[2]。頂推施工系統(tǒng)主要包括牽引系統(tǒng)、滑道系統(tǒng)及豎向調(diào)節(jié)，不同的系統(tǒng)需要不同的設(shè)備支持，其中牽引系統(tǒng)主要由千斤頂、牽引所及頂推架組成，滑道系統(tǒng)主要由鋼墊梁和滑板組成，豎向調(diào)節(jié)主要通過千斤頂和鋼墊塊實現(xiàn)。

拖拉法多點(diǎn)施工工藝具有以下特點(diǎn)。

（1）水平方向：使用鋼絞線進(jìn)行拖拉，鋼箱梁發(fā)生平動，在這個過程中，水平力為支反力，橋墩整體所受到的摩擦力被抵消，合力微乎其微，不同支點(diǎn)的受力情況不同，所以整體水平方向具有力的作用。

（2）豎直方向：鋼箱梁發(fā)生平動時，由于橋墩受到的摩擦力是隨著豎直力變化而不斷發(fā)生變化的，所以在這個過程中要根據(jù)梁體受到摩擦力的情況不斷對牽引力進(jìn)行調(diào)整，避免梁體受力過大;在泵站進(jìn)行調(diào)壓的時候，一定要確保其獨(dú)立性。

（3）拖拉法多點(diǎn)施工工藝比較成熟，可以保證整體項目施工如期進(jìn)行。

1.3.2 技術(shù)問題和解決措施

（1）進(jìn)行頂推施工時，滑道和鋼梁容易脫空，這主要是受到豎曲線的作用，所以可以使用多個滑靴保證其處于同一水平位置，這樣可以保證鋼梁水平行進(jìn)，實現(xiàn)線形頂推。

（2）在1號主墩位置建立一個頂推墩。使用頂推技術(shù)之前，頂推墩不能作業(yè)，處于拼裝平臺的設(shè)備發(fā)揮水平頂推作用，但是不同滑道的水平受力不均衡，所以需要嚴(yán)格監(jiān)視水平力度，防止水平力度過大。此外，在這個過程中要不斷調(diào)節(jié)油壓，避免油壓過大，保證其處于安全范圍。

（3）拖拉鋼結(jié)構(gòu)時，腹板同時受到3個方向的力，即剪應(yīng)力、支承反力及彎曲壓應(yīng)力，由于項目跨度比較大，因此腹板要進(jìn)行屈曲計算。

1.3.3 頂推施工工藝流程

頂推施工工藝流程如圖3所示，主要包括以下工序：首先安裝支架、滑道，然后把導(dǎo)梁拼裝好，拖拉程序啟動8 m以后停止，在拖拉過程中去除1個滑靴，此時測量1個導(dǎo)梁的重量和側(cè)重量;再次拖拉16 m，再去除1個滑靴，再次測量導(dǎo)梁的重量、側(cè)重量及導(dǎo)梁前段下?lián)暇嚯x;繼續(xù)拖拉16 m，使用千斤頂輔助導(dǎo)梁上墩，然后把鋼絲繩松開并拆除，再去除2個滑靴，測量1個導(dǎo)梁的重量、側(cè)重量及導(dǎo)梁上墩前的最大下?lián)暇嚯x;又拖拉16 m，使用液壓千斤頂把鋼梁升上去，然后把滑靴拉回滑道，重復(fù)此動作后再去除1個滑靴;繼續(xù)拖拉6.4 m，使用液壓千斤頂把鋼梁升上去，然后把滑靴拉回滑道，重復(fù)此動作，去除1個滑靴;拆除導(dǎo)梁和進(jìn)行落梁操作。

1.4 頂推施工方案布置

1.4.1 總體布置

（1）綜合考慮不同場地的交通狀況，選取比較合適的頂推平臺進(jìn)行跨度布置。如果選取平臺比較短，需要進(jìn)行拼裝，并加推頂推，會造成鋼梁懸置時間過久。根據(jù)導(dǎo)梁長度和鋼桁梁的具體狀況，設(shè)置拼裝平臺為104 m。

（2）懸臂最大位置為導(dǎo)梁在1號墩時，此時主梁具有最大的剪力，所以需要對腹板進(jìn)行屈曲分析。

1.4.2 關(guān)鍵工藝流程

（1）受到場地的影響，拖拉完畢后需要橫移鋼梁，使其到達(dá)比較理想的位置，此過程中要使用滑靴、千斤頂及滑道，方法同縱向拖拉。步驟1：把鋼梁用千斤頂頂起來，在滑道上使用橫向滑靴代替縱向滑靴，然后焊接固定。步驟2：在拼裝平臺和1號主墩位置兩邊設(shè)置千斤頂并用鋼絞線緊固，同時啟動千斤頂。步驟3：拖拉2.7 m以后拆除設(shè)備并落梁。

（2）落梁卸載的過程中，要使用合理的設(shè)備，考慮梁底標(biāo)高，選擇使用單液壓頂。梁體落梁之前把支座安裝好，使用墩蓋梁并配置千斤頂，拖拉拼裝完成以后使用整聯(lián)落梁。千斤頂配置一定要滿足落梁要求。步驟1：頂推到預(yù)定位置以后，把卸載墊塊和油缸安裝在橫梁位置。步驟2：使用油缸把頂推頂起來，使其離開滑道，然后把支架和滑道拆除。步驟3：安裝支座，放置鋼墊板。步驟4：交替抽取鋼墊板和油缸墊塊，保證頂推落梁到預(yù)定位置。

（3）導(dǎo)梁進(jìn)行拆除時利用汽車吊，使用分節(jié)拆除的方法。

2 受力特性分析

2.1 荷載計算分析

使用計算機(jī)對自重進(jìn)行核算，然后修改容重，最后保證模型種類和實際重量一致。荷載組合使用1.2倍的自重和1.0 kN/m2的風(fēng)荷載，風(fēng)速按照27 m/s計算。

2.2 模型計算

使用有限元進(jìn)行分析計算，具體步驟如下。

（1）整個路橋的結(jié)構(gòu)為桁架式，總長度為59.8 m，跨度為57 m，使用支架簡支在兩邊臺墩，主梁桁的高度為8 m，寬度為19.8 m，桁節(jié)長度為5.9 m。弦桿和部分平聯(lián)橫撐截面都使用箱型，腹桿和其他平聯(lián)及橫聯(lián)截面使用“工”形[3]，主梁計算模型如圖4所示。

（2）導(dǎo)梁主要由2個主梁桁架構(gòu)成，其材質(zhì)為“H”形鋼，距離為19.8 m，具有圓形的橫向聯(lián)系和上下聯(lián)系，使其組成一個整體，縱向方向長41.3 m。在導(dǎo)梁的前面設(shè)有臺階，主要是為了方便上墩。導(dǎo)梁計算模型如圖5所示。

（3）主橋進(jìn)行頂推時，主要依靠滑靴和臨時墩，在施工時起到臨時支撐的作用，根據(jù)其布置狀況，主要進(jìn)行以下幾種工況計算：導(dǎo)梁和主桁梁拼裝、導(dǎo)梁懸臂、導(dǎo)梁和上1號墩、主梁和1號墩及導(dǎo)梁拆除。

（4）根據(jù)應(yīng)力和變形計算，各工況計算結(jié)果見表1。

根據(jù)表1可知以下結(jié)果：根據(jù)工況六可知，導(dǎo)梁的最大應(yīng)力可達(dá)184.1 MPa;根據(jù)工況三可知，導(dǎo)梁的最大位移可達(dá)142.3 mm。根據(jù)工況四可知，主梁的最大應(yīng)力可達(dá)94.4 MPa;根據(jù)工況五可知，主梁的最大位移可達(dá)38.7 mm。主梁和導(dǎo)梁連接系材質(zhì)的容許應(yīng)力相比發(fā)現(xiàn)，工法滿足相應(yīng)的施工要求。

3 結(jié)語

（1）使用跨鐵路橋鋼桁梁頂推施工技術(shù)，可以合理利用整體施工場地，優(yōu)化了工藝流程，降低了施工風(fēng)險，減少了對鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊憽?/p>

（2）通過深入剖析頂推施工技術(shù)流程，抓住重點(diǎn)、難點(diǎn)和主要工序，降低了施工過程中的危險系數(shù)，保證了施工的安全性和穩(wěn)定性，能帶來較大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（3）通過對頂推施工過程中不同工況的受力特性進(jìn)行分析，優(yōu)化了不同結(jié)構(gòu)的局部節(jié)點(diǎn)，計算結(jié)果滿足相應(yīng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，降低了工程成本[4]。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]白烜寧.大跨鋼桁梁橋頂推施工過程受力分析及控制技術(shù)研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)，2014.

[2]蹇鋼.大跨度鋼桁梁頂推施工控制研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2016.

[3]楊江國.鋼桁梁頂推施工的技術(shù)應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2018，34（5）：56-57.

[4]范靜濤.高速鐵路四線大跨鋼桁斜拉橋主桁研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2018，24（4）：56-57.