大跨钢箱梁桥顶推施工安全控制研究

（中铁七局集团郑州工程有限公司， 河南 郑州 450000）

1 钢箱梁桥顶推施工法相关介绍

运用顶推方法动工时，随着工程持续不断地开展，整个钢箱梁桥的受力系统也会不停变化，主要是主梁各个截面来担负不停交换转变的正、负弯矩[1]。经运用有限元办法分析了钢箱梁顶推施工全过程，可得到结构在钢箱梁在顶推施工中的整体承受力情况，再分析其改变规律，进而根据这些参数为基础制定有效的操作方案。文章以某地区大跨钢箱梁桥为例，首先建造有限元模型，把这两座桥动工情况实行有限元分析，对比已有的顶推动工期间的控制参数，调控施工，评定已确定的钢箱梁顶推施工调控措施。

在创造钢箱梁标准梁段模型时，运用有限元分析程序ANSYS完成，通过了解影响局部构件受力因素和受力特性，研究如何设置出相符局的部分构造或通过调节顶推施工设计从而使局部各构件应力水平有效降低，也为类似工程建设提供依据[2]。

2 工程概况

某城市拥有4环以上的绕城高速公路，现在高速公路（4环）上，原定计划建立一座混凝土预应力连续梁桥，正好遇上铁路要进行排迁，延误了工期，并将原计划中的1号、3号、4号桥修改建设成钢箱梁桥，这样既可以提高施工速度，也尽可能缩短施工时间，不用因为工期长而造成铁路行车发生安全隐患。

钢箱梁建设分为 3联，第 1联进行 3跨（38+61+38）m，第 2联进行 4跨（38+61+61+48）m，第3联进行33跨（48+61+38）m，全部长为494m。第1、3联建造的桥面宽度是19.8m，第2联建造的桥面宽度为21.3m。桥梁平面依次处于直线上面、缓和曲线上面和圆曲线上面，横跨设有 8股道的电器化铁路，而此铁路承力索与所建梁底部最小距离只有＜1m。

该工程运用的顶推施工方案是多点步履式，其设置方法是给每个主墩上布置临时垫块，而且主墩两侧都有临时墩，每个临时墩上布置一个水平千斤顶和一个垂直千斤顶作为顶推设备。步履式顶推动工作原理是先用竖向千斤顶顶起钢梁，再用水平千斤顶进行顶推，使钢梁落在临时垫块，而水平千斤顶回来就是顶推工作一个回程。重复此步 6次为一循环，一直到把所有钢箱梁完成推移。运用多点步履式顶推动工方法宜选用大型的顶推设施，使用此法能避免梁体发生偏移，由于顶推时水平推力对各墩的作用较小，可使用柔性墩。而且在动工时期，顶推设备的应用很多，有时会因非同步顶推而使梁体受力不一样。

3 有限元模型及结果分析

把 1号大桥当作模型，再依据顶推法动工期间的结构分布特性、受力性质、实际计算和精度要求，运用有限元软件对模型进行计算剖析。对模型中的钢箱梁、钢导梁和支撑体系进行计算，其中钢箱梁模型拟用杆系单元结构。建模所用钢材是Q345材质，其弹性模量和泊松比分别是210GPa、0.3。承担着梁体和横隔板的重量以及横隔板通过节点的受力。

3.1 支反力情况分析

在顶推法动工期间，作用于顶推动工的支撑滑梁位置分布在第4#墩、第5#墩、第6#墩和第7#墩，顶推动工时期又以第 5#墩与第6#墩所在的支撑滑梁在顶推动工中使用频繁。因为墩顶支反力是每个墩的重点受力部位，也是动工中控制结构安定的重要因素和对所有千斤顶掌控施力的重要依据。要想使顶推动工顺利，必须要对墩支反力的相关参数严格把控。由于顶推施工持续进行，第5#墩与第6#墩所在的支反力也会不同，分析模型可得，通过调取重点作用的第5#墩与第6#墩关于支反力信息情况，顶推不断工作时支反力的变化趋势见图1。

图1 5号墩和6号墩支反力的变化趋势

由图1可得，第5#墩支反力随着顶推进度明显在不断变化，顶推在0～55m施工间阶段时，第5#墩支反力呈增大趋势。顶推进度到了55m时，第5#墩支反力第一次到达峰值5746kN，这时导梁前端没有到达地第6#墩，使结构体系达到悬臂状态的最大。在导梁过去第6#墩时，先降下第5#墩支反力，紧接着又大范围增长，增长达到 5844kN峰值，因为第 5#墩主梁被分配到的重力在不断变大。之后，第5#墩反力不会有太大变动，大约保持 5000kN左右。由此可知第 5#墩在进度过了55m后，其支反力都比较高。而第6#墩参与受力是在顶推进度到了55m以后开始的，在顶推过程中慢慢加大支反力，主梁建造在成桥时期其支反力达到与第5#墩相同5000kN。

3.2 内力情况分析

由于顶推在动工期间，主梁的各个断面承受内力不停变动。根据在主梁动工全过程内力分析中得到的包络图，可知，主梁处在40m断面前内力变动很快，在正弯矩处于20m断面（接近O.4lmax，lmax是推跨径55m最大值）首次达到最大，是18802.1kNm，经过分析模型20m断面最大正弯矩在导梁才开始顶推出现顶推跨径支点最大；负弯矩处于30m断面（接近lmax-ln，ln作为导梁长度）在顶推动工整个时期处于最大值，达到-70914kNm，30m断面时期的最大负弯矩是在结构到达最大悬臂时形态；之后负弯矩数值将很快降低，经过40m断面以后，每个断面产生的最大内力值保持稳定-25000kN·m左右。正弯矩达到第一次峰值后，到达68m断面（中跨面）又会产生最大值，是20434.5kN·m，形成全工期正弯矩最大，以后正弯矩变数值基本不变，有6000kN·m左右。所以，主梁达到20m断面，30m断面和68m断面时产生的内力值对于整个工期顺利关键之处。

此外，在结构完成顶推后，还需做好把控挠度。在大桥导梁位于最大悬臂时期进行结构挠度测量是206mm，而工程中真实桡度是243mm，由于模型测量与实际数值出现差异，通过对误差进行分析，发现出现差异的原因是结构组装差异和温度变化使结构形变，若结构没有问题就可顺利施工。分析该大跨钢箱梁桥施工进行调控后的效果，根据制定出来的调整流程和操作目标来确保结构施工安全方面效果明显。

4 结束语

文章通过对某地区大跨钢箱梁桥的施工过程进行有限元模型支反力和内力分析以及对施工现场的监测，得出了影响顶推施工安全控制的因素有支反力和内力参数；钢箱梁桥支撑点上方底板等都处于高应力水平，可采用角隅加劲的施工措施可以改善大跨钢箱梁桥的结构受力水平；优化顶推施工法，即将导梁长度更改为0.5～0.6倍的顶推最大施工跨度时，挠度为最小，可改善桥梁整体受力情况。

[1]张运涛.大跨钢箱梁桥顶推施工安全控制研究[D].西安：长安大学，2014.

[2]宋延旭.顶推施工阶段钢箱梁桥受力性能研究[D].北京：北京交通大学，2010.