桃花峪黃河大橋鋼箱梁頂推施工及線形控制

周小勇，劉 建

(長沙理工大學土木與建筑學院)

1 工程概況

桃花峪黃河大橋為三跨自錨式懸索橋(160 +406 +160)m。其主橋采用扁平鋼箱梁形式加勁梁，寬度39 m(含布索區及剛箱梁風嘴)，采用單箱三室斷面布置形式，箱中心梁高3.5 m;主纜為平面形式，布置在鋼箱梁兩側，在中跨的失跨比為1/5.8;吊索基本間距為13.5 m，兩個邊跨分別設置10 對吊索，中跨設置29 對吊索。

2 鋼箱梁頂推施工

本工程采用單向多點頂推施工方法。在沿橋縱軸方向的邊跨設置鋼箱梁拼裝平臺，在各跨中按需設置臨時墩，在拼裝平臺分節段拼裝鋼導梁(52m)和鋼箱梁，然后通過水平頂推系統施力，將梁體向前頂推出拼裝平臺，然后按照理論標高繼續在預制場進行下一節段梁的拼裝并頂推，待全部節段頂推到位后、懸索體基本完成后，將體系轉換，拆除拼裝平臺和臨時墩，完成橋梁施工。鋼箱梁施工頂推過程:頂推平臺搭建→臨時墩架設→鋼導梁布置→滑道與限位裝置安裝→頂推牽引動力裝置安裝→鋼箱梁頂推→橋梁體系轉換→拆除施工平臺→完成施工。

3 鋼箱梁頂推計算及線性控制

3.1 頂推力的計算與安全系數

鋼箱梁頂推的力學原理為:全部頂推力之和大于或等于鋼主梁承受的全部阻力之和;

式中:T 為鋼主梁全部頂推力之和;Ni為鋼主梁自重在臨時墩i 號墩頂產生的豎向反力;μ 為鋼主梁與墩頂滑道之間動摩擦系數(摩擦力:取頂推方向μ =5%，頂推反方向μ =3%);θi為臨時墩i 或主塔墩i 號墩頂滑道面與水平方向夾角。

鋼箱梁頂推過程中采用18 臺ZLD100－200 頂推千斤頂，每臺千斤頂配置8 根鋼絞線。設備配置頂推速度6 ～8 m/h。施工要求水平最大不平衡力不能超過墩頂支反力的5%，總牽引力按總頂推重的5%計算。具體控制參數如下:

鋼絞線的安全系數:

3.2 有限元模型建立

本橋頂推跨度82 m 是目前為止全國最大跨徑鋼箱梁頂推長度，根據頂推施工工藝的流程，采用ANSYS 有限元軟件建立頂推階段整體模型，BEAM44 單元模擬鋼箱梁與鋼導梁，LINK10 模擬各個臨時墩和頂推平臺支墩與主塔;各臨時墩底固結，臨時墩頂與梁底耦合豎向自由度;更準確地模擬結構自重分布情況，各構件自重通過均布荷載(等效密度)+集中荷載(集中力)的形式模擬，導梁橫聯重量按一定比例分配到對應的導梁節點上。頂推計算時采用梁(鋼箱梁及導梁)不動、支承單元移動的方式建模，坐標系X 軸沿頂推方向為正，原點位于頂推鋼箱梁前端(亦即導梁后端);Y軸數值向上為正，原點位于鋼箱梁截面質心處。根據各工況的劃分，將各支座依次后移，頂推施工過程以梁體每前進1 m 一個工況，共分為730 個工況。

3.3 仿真計算結果分析

(1)鋼箱梁應力計算分析

計算結果表明，鋼箱梁最大應力工況發生鋼導梁前端過3 號臨時墩19 m 處，頂推過程中鋼箱梁最大拉應力66.8 MPa，最大壓應力－87.5 MPa。頂推階段各工況鋼箱梁應力包絡圖見圖1。

圖1 頂推階段各工況鋼箱梁應力包絡圖

(2)導梁應力計算分析

統計結果可知，頂推過程中導梁前端過2 號臨時墩27.5 m 時，導梁最大拉應力180. 6 MPa，最大壓應力156. 53 MPa，出現位置為導梁第4 節根部，可見導梁基本滿足強度要求。頂推階段各工況的前導梁應力包絡圖見圖2。

圖2 頂推階段各工況導梁應力包絡圖

(3)鋼箱梁豎向位移

統計結果可知，頂推過程中鋼箱梁最大上撓9 mm，最大下撓136 mm。最大上撓位置為已拼鋼箱梁前端，出現工況為221;最大下撓也為已拼鋼箱梁前端，出現工況為170。頂推階段各工況的鋼箱梁豎向位移包絡圖見圖3。

圖3 頂推階段各工況鋼箱梁豎向位移包絡圖

3.4 頂推線形控制

以豎曲線平面內直線頂推方案為前提，為保證鋼箱梁制作拼裝的無應力線形與設計的無應力線形一致性，本文所依托工程采用測量局部數據用來確定待拼梁段定位標高的方法，采用測量整體數據對已拼梁的線形做出評價，并實現鋼箱梁頂推線形控制的目標。

(1)頂推線形計算公式

考慮到拼裝平臺區內鋼箱梁基本處于無應力狀態，基于拼裝平臺區內鋼箱梁局部測量數據(緊前批次梁段拼裝定位焊接完成時、頂推到位時和當前批次待拼節段拼裝定位時的梁底標高)的待拼梁段定位標高(梁段就位接頭梁底標高)按式(1)確定。

式中:H定為待求的待拼梁段就位的接頭梁底標高;H設為無應力線形的接頭梁底標高設計值;ΔH里程為考慮里程樁號的修正值;ΔH溫為考慮溫差的適時修正值;ΔH傾角為考慮已拼梁段傾角的修正值;ΔH豎移為考慮已拼梁段標高偏差的修正值。

(2)頂推施工控制的成果

①鋼箱梁應力

本橋在頂推過程對上述鋼箱梁的應力進行實時測量，實測值與理論計算值的相差比較小，在許可范圍內。

②鋼箱梁線形

鋼箱梁頂推到位的實際線形與對應的目標線形(即無應力設計線形疊加自重撓度的線形)比較接近，最大相差20 mm，本橋的線形控制取得了較好的效果。具體見圖4。

圖4 鋼箱梁相對標高曲線

4 結論與展望

(1)采用頂推法施工時，通過采用有效的施工控制措施，保證了頂推施工階段結構的安全及成橋狀態下結構的線形、內力等滿足設計要求。

(2)通過理論數據與實際施工數據分析比較，表明運用本文的仿真模型對梁橋頂推施工過程進行計算是可行，計算結果很好地指導了施工操作。

(3)實踐證明，本橋頂推施工過程中，采取的各種施工控制措施是合理有效的，對同型橋梁頂推施工值得借鑒和推廣。

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