公路鋼箱梁頂推施工現場測試分析

陳天艷

(北京鐵路局， 北京 100860)

[定稿日期]2017-09-07

隨著科學技術的進步，各種橋梁施工方法也不斷發展。頂推施工法的基本原理是梁體通過滑塊作用于支撐墩上，通過連續作用千斤頂拽拉牽引鋼絞線，克服滑塊與滑道板之間的摩擦來達到梁體向前頂進。頂推法最早是1959年在奧地利的阿格爾橋上使用，之后頂推施工法在世界各國得到廣泛發展。頂推施工法是一種安全經濟的施工方法，避免高空作業，使施工作業更加安全，其設備機具能重復使用，降低施工成本，施工時對地面環境影響較小，特別在有交通線穿越的區域，施工時可以不必阻斷交通。

本文主要結合某公路鋼箱梁橋上跨鐵路采用頂推施工、開展現場監測，分析鋼箱梁橋在頂推施工過程中的應力大小及分布規律，為后續類似工程的施工監測提供依據。

1 工程概況

某公路鋼箱梁橋上跨鐵路橋梁段主線為雙向六車道。鐵路為非電氣化線路，路基形式為有砟軌道，鋼筋混凝土枕，鐵路兩側無防護圍欄。公路與鐵路的交叉角度49.8°，軌頂高程4.768 m，鐵路位于直線段上。

公路橋跨越鐵路位置采用42 m跨度，梁體高2.1 m，寬13 m，重達670.4 t。上部結構采用單箱三室結構形式的鋼箱梁，頂板厚20 cm。頂底板間設置四道腹板，箱梁間隔3 m布置一道橫隔板，兩側懸臂挑梁長度均為1.8 m，順橋向間隔1.5 m布置挑梁腹板及挑梁底板，形成T梁懸挑形式。

為確保梁體受力安全，在梁前端及后端均設置鋼導梁，前導梁長28 m，后導梁長20 m，下部結構采用蓋梁接樁柱形式，墩柱直徑1.5 m，鉆孔灌注樁直徑1.8 m；樁柱漸變段設置橫系梁，系梁截面尺寸為8.3 m×1.2 m×1.6 m。橋梁與鐵路的位置關系如圖1所示。

圖1 跨線橋上行與鐵路的位置關系

2 現場監測

頂推法施工過程具有如下特點：采用頂推法施工時，由于梁體的位置在不斷地變化，導致每一個截面在施工中的內力也不斷地變化，且每一個截面的正、負彎矩交替出現。因此，非常有必要實時監測橋梁關鍵位置在頂推過程中的線形變化、應力大小及分布規律。通過監測，掌握橋梁施工過程的線形狀態及受力情況，為精確控制施工過程、確保施工安全提供依據。

2.1 監測內容

根據工程概況及試驗目的，主要進行如下內容監測：

(1)鋼箱梁頂推過程關鍵部位的應力。

(2)鋼箱梁頂推過程中的線形控制監測。

2.2 監測方法

通過試算分析，在鋼箱梁上選取典型截面進行應力及變形監測布點。為了判斷鋼箱梁在頂推過程中任意時刻的狀態是否安全，在頂推施工過程中采用計算機連續采樣、自動記錄應變數據，及時了解大橋的應力變化情況，為評估橋梁結構的安全和施工過程的安全提供指導。應力監測的過程如圖2所示。變形監測采用全站儀自動監控。

圖2 應力的測試方法

2.3 梁體監測測點布置

根據橋梁頂推施工的受力特點及前期的計算分析結果，并結合具體的頂推施工方案，重點進行如下截面測試：(1)前導梁與鋼箱梁連接處；(2)鋼箱梁最大下撓狀態時；(3)箱梁跨中截面；(4)箱梁距后導梁10 m；(5)鋼箱梁與后導梁連接處，具體測試截面如圖3所示。以截面②為例，鋼箱梁測點布設如圖4所示。

圖3 鋼箱梁布置截面示意

3 監測結果分析

3.1 箱梁的應力監測結果分析

將頂推施工中的監測數據結果繪制為曲線，可以直觀地看出各個截面的應力變化情況及應變最大、最小值，通過與限值對比判斷結構物是否安全。

3.1.1 第①斷面

在鋼箱梁頂推過程中，鋼箱梁第①斷面位置處梁體應力監測結果如圖5所示。

由圖5可以看出，箱梁第①斷面梁頂面的應力在橋梁頂推過程中有波動，應變曲線說明在頂推的初始階段前導梁懸空時鋼箱梁第①斷面上表面受拉應力，頂推后半程當前導梁搭接上對面的橋墩上時，第①斷面上表面受壓應力，變化規律與實際工況相吻合。從測試數據來看，在整個頂推過程中，該斷面梁頂的受力最大值為171MPa，小于Q345鋼材的強度預警值，故結構處于安全狀態。

圖4 鋼箱梁第②橫截面布點(注：●代表布點位置)

圖5 第①斷面應變監測值

3.1.2 第②斷面

在鋼箱梁頂推過程中，鋼箱梁第②斷面位置處梁體應力監測結果如圖6所示。

圖6 第②斷面應變監測值

由圖6可以看出，與①斷面類似，箱梁第②斷面梁頂面的應力在橋梁頂推過程中亦有波動。數值與①斷面相比,在頂推的初始階段及結束階段鋼箱梁第②斷面上表面受力較小，頂推中間階段第②斷面上表面受拉應力相對大。從測試數據來看，在整個頂推過程中，該斷面梁頂的受力最大值為95.6 MPa，小于Q345鋼材的強度預警值，結構處于安全狀態。

3.1.3 第③斷面

在鋼箱梁頂推過程中，鋼箱梁第③斷面位置處梁體應力監測結果如下圖7所示。

圖7 第③斷面應變監測值

由圖7可以看出，在頂推的初始階段鋼箱梁第③斷面上表面受力較小，頂推中間階段鋼箱梁第②斷面上表面受拉應力，在頂推的結束階段鋼箱梁第③斷面上表面受一定程度的壓應力，這與正常工作狀態下跨中梁體上表面受壓應力的現象相吻合。從測試數據來看，在整個頂推過程中，該斷面梁頂的受力最大值為79.2 MPa，小于Q345鋼材的強度預警值，結構處于安全狀態。

觀察第④、第⑤斷面的監測數據，發現也有類似的曲線變化趨勢，但變化幅度較小，即整個頂推過程受力簡單，所以結構處于安全的狀態。

3.2 箱梁的梁端偏移監測結果分析

利用全站儀對頂推施工中的梁體偏移情況進行量測，結果如圖8所示。

圖8 梁端偏移結果

從圖8可以看出，梁體在頂推過程中，前端和后端都隨著頂推過程出現了水平偏移。但當偏移量較大時，施工單位都及時進行了糾偏，使得梁端的水平位移均控制在允許范圍內，保證了頂推施工的順利完成。

總體來看，在整個頂推施工過程中，梁體位移偏差都處于控制范圍內。且在梁體頂推最后部分，重點工作是進行糾偏，保證了梁體處于正確的空間位置。

4 結論

(1)梁體在整個頂推過程中，頂部和底部的拉壓應力交替出現，且基本呈對稱分布。這主要是由于梁體在頂推過程中，測試截面通過橋墩上方，從而產生了彎矩的交替變化。從測試數據來看，在整個頂推過程中，梁體受到的最大拉應力為171MPa，與鋼箱梁允許強度相比，結構處于安全狀態。

(2)對比鋼箱梁在頂推過程中的應力值可以看出，最不利位置為前導梁與鋼箱梁的連接處，最不利工況為前導梁完全懸臂狀態。因此建議，如果采用鋼箱梁頂推施工，應加強鋼箱梁與前導梁的焊接質量檢測，重點關注前導梁懸臂后的施工監測，以確保施工安全。

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