大跨鋼箱梁橋頂推施工安全控制研究

（中鐵七局集團鄭州工程有限公司， 河南 鄭州 450000）

1 鋼箱梁橋頂推施工法相關介紹

運用頂推方法動工時，隨著工程持續不斷地開展，整個鋼箱梁橋的受力系統也會不停變化，主要是主梁各個截面來擔負不停交換轉變的正、負彎矩[1]。經運用有限元辦法分析了鋼箱梁頂推施工全過程，可得到結構在鋼箱梁在頂推施工中的整體承受力情況，再分析其改變規律，進而根據這些參數為基礎制定有效的操作方案。文章以某地區大跨鋼箱梁橋為例，首先建造有限元模型，把這兩座橋動工情況實行有限元分析，對比已有的頂推動工期間的控制參數，調控施工，評定已確定的鋼箱梁頂推施工調控措施。

在創造鋼箱梁標準梁段模型時，運用有限元分析程序ANSYS完成，通過了解影響局部構件受力因素和受力特性，研究如何設置出相符局的部分構造或通過調節頂推施工設計從而使局部各構件應力水平有效降低，也為類似工程建設提供依據[2]。

2 工程概況

某城市擁有4環以上的繞城高速公路，現在高速公路（4環）上，原定計劃建立一座混凝土預應力連續梁橋，正好遇上鐵路要進行排遷，延誤了工期，并將原計劃中的1號、3號、4號橋修改建設成鋼箱梁橋，這樣既可以提高施工速度，也盡可能縮短施工時間，不用因為工期長而造成鐵路行車發生安全隱患。

鋼箱梁建設分為 3聯，第 1聯進行 3跨（38+61+38）m，第 2聯進行 4跨（38+61+61+48）m，第3聯進行33跨（48+61+38）m，全部長為494m。第1、3聯建造的橋面寬度是19.8m，第2聯建造的橋面寬度為21.3m。橋梁平面依次處于直線上面、緩和曲線上面和圓曲線上面，橫跨設有 8股道的電器化鐵路，而此鐵路承力索與所建梁底部最小距離只有＜1m。

該工程運用的頂推施工方案是多點步履式，其設置方法是給每個主墩上布置臨時墊塊，而且主墩兩側都有臨時墩，每個臨時墩上布置一個水平千斤頂和一個垂直千斤頂作為頂推設備。步履式頂推動工作原理是先用豎向千斤頂頂起鋼梁，再用水平千斤頂進行頂推，使鋼梁落在臨時墊塊，而水平千斤頂回來就是頂推工作一個回程。重復此步 6次為一循環，一直到把所有鋼箱梁完成推移。運用多點步履式頂推動工方法宜選用大型的頂推設施，使用此法能避免梁體發生偏移，由于頂推時水平推力對各墩的作用較小，可使用柔性墩。而且在動工時期，頂推設備的應用很多，有時會因非同步頂推而使梁體受力不一樣。

3 有限元模型及結果分析

把 1號大橋當作模型，再依據頂推法動工期間的結構分布特性、受力性質、實際計算和精度要求，運用有限元軟件對模型進行計算剖析。對模型中的鋼箱梁、鋼導梁和支撐體系進行計算，其中鋼箱梁模型擬用桿系單元結構。建模所用鋼材是Q345材質，其彈性模量和泊松比分別是210GPa、0.3。承擔著梁體和橫隔板的重量以及橫隔板通過節點的受力。

3.1 支反力情況分析

在頂推法動工期間，作用于頂推動工的支撐滑梁位置分布在第4#墩、第5#墩、第6#墩和第7#墩，頂推動工時期又以第 5#墩與第6#墩所在的支撐滑梁在頂推動工中使用頻繁。因為墩頂支反力是每個墩的重點受力部位，也是動工中控制結構安定的重要因素和對所有千斤頂掌控施力的重要依據。要想使頂推動工順利，必須要對墩支反力的相關參數嚴格把控。由于頂推施工持續進行，第5#墩與第6#墩所在的支反力也會不同，分析模型可得，通過調取重點作用的第5#墩與第6#墩關于支反力信息情況，頂推不斷工作時支反力的變化趨勢見圖1。

圖1 5號墩和6號墩支反力的變化趨勢

由圖1可得，第5#墩支反力隨著頂推進度明顯在不斷變化，頂推在0～55m施工間階段時，第5#墩支反力呈增大趨勢。頂推進度到了55m時，第5#墩支反力第一次到達峰值5746kN，這時導梁前端沒有到達地第6#墩，使結構體系達到懸臂狀態的最大。在導梁過去第6#墩時，先降下第5#墩支反力，緊接著又大范圍增長，增長達到 5844kN峰值，因為第 5#墩主梁被分配到的重力在不斷變大。之后，第5#墩反力不會有太大變動，大約保持 5000kN左右。由此可知第 5#墩在進度過了55m后，其支反力都比較高。而第6#墩參與受力是在頂推進度到了55m以后開始的，在頂推過程中慢慢加大支反力，主梁建造在成橋時期其支反力達到與第5#墩相同5000kN。

3.2 內力情況分析

由于頂推在動工期間，主梁的各個斷面承受內力不停變動。根據在主梁動工全過程內力分析中得到的包絡圖，可知，主梁處在40m斷面前內力變動很快，在正彎矩處于20m斷面（接近O.4lmax，lmax是推跨徑55m最大值）首次達到最大，是18802.1kNm，經過分析模型20m斷面最大正彎矩在導梁才開始頂推出現頂推跨徑支點最大；負彎矩處于30m斷面（接近lmax-ln，ln作為導梁長度）在頂推動工整個時期處于最大值，達到-70914kNm，30m斷面時期的最大負彎矩是在結構到達最大懸臂時形態；之后負彎矩數值將很快降低，經過40m斷面以后，每個斷面產生的最大內力值保持穩定-25000kN·m左右。正彎矩達到第一次峰值后，到達68m斷面（中跨面）又會產生最大值，是20434.5kN·m，形成全工期正彎矩最大，以后正彎矩變數值基本不變，有6000kN·m左右。所以，主梁達到20m斷面，30m斷面和68m斷面時產生的內力值對于整個工期順利關鍵之處。

此外，在結構完成頂推后，還需做好把控撓度。在大橋導梁位于最大懸臂時期進行結構撓度測量是206mm，而工程中真實橈度是243mm，由于模型測量與實際數值出現差異，通過對誤差進行分析，發現出現差異的原因是結構組裝差異和溫度變化使結構形變，若結構沒有問題就可順利施工。分析該大跨鋼箱梁橋施工進行調控后的效果，根據制定出來的調整流程和操作目標來確保結構施工安全方面效果明顯。

4 結束語

文章通過對某地區大跨鋼箱梁橋的施工過程進行有限元模型支反力和內力分析以及對施工現場的監測，得出了影響頂推施工安全控制的因素有支反力和內力參數；鋼箱梁橋支撐點上方底板等都處于高應力水平，可采用角隅加勁的施工措施可以改善大跨鋼箱梁橋的結構受力水平；優化頂推施工法，即將導梁長度更改為0.5～0.6倍的頂推最大施工跨度時，撓度為最小，可改善橋梁整體受力情況。

[1]張運濤.大跨鋼箱梁橋頂推施工安全控制研究[D].西安：長安大學，2014.

[2]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，2010.