鋼箱梁頂推施工應(yīng)用分析

朱亞飛、徐澤平

（蘇交科集團(tuán)檢測(cè)認(rèn)證有限公司，江蘇南京211112）

0 引言

鋼箱梁頂推施工的前身是縱向拖拉法,是利用拖拉系統(tǒng),通過卷揚(yáng)機(jī)拉動(dòng),將鋼箱梁沿制定路線拖拉到位的一種施工方法。而頂推法則是利用千斤頂施力,利用支座替代圓滾筒和滑車將鋼箱梁運(yùn)輸?shù)轿弧Ｅc拖拉法相比,頂推法更為方便和優(yōu)越,其能夠避免拖拉法中的不足[1]。現(xiàn)以某跨徑為53.8m+85m+53.8m，橋?qū)?8.5m 的橋梁，對(duì)鋼箱梁頂推施工進(jìn)行分析研究，基本信息如下：該橋?yàn)榈冉孛嬷备拱屙斖剖┕や撓淞海缆分行木€處梁高3.4m。鋼箱梁橫斷面為單箱三室結(jié)構(gòu)，頂板按道路橫坡，底板按平坡設(shè)計(jì)；道路中心線處梁高3400mm，頂寬18480mm，底寬14520mm，箱梁懸臂長2000mm。邊跨頂板厚16mm，中跨頂板厚18mm，在中支點(diǎn)處加厚至24mm；邊跨底板厚16mm，中跨底板厚18mm，在中支點(diǎn)處加厚至24mm；腹板板厚邊跨、中跨均為16mm，在中支點(diǎn)處加厚至24mm。頂板下設(shè)U 形加勁肋、開口加勁肋，U 形加勁肋板厚8mm，間距600mm；開口加勁肋截面14×140mm，間距350mm。底板設(shè)開口加勁肋，截面16×200mm，間距400mm。腹板設(shè)置開口加勁肋，截面12×150mm。橫隔板間距邊跨一般為2800mm，跨中為2600mm，中跨一般為2850mm。普通橫隔板板厚16mm，中支點(diǎn)橫隔板板厚2×25mm，端支點(diǎn)橫隔板板厚2×20mm。焊縫通過焊孔焊后要求用密封膠密封，支點(diǎn)處橫隔板設(shè)有檢修孔洞，靠近端支點(diǎn)橫隔板處箱梁底板設(shè)有檢修孔洞，腹板在跨中附近設(shè)入孔，以保證整個(gè)箱梁日后檢修維護(hù)通道的需要。橋面鋪裝層厚170mm（70mm 混凝土+100mm 瀝青）。

1 普通臨時(shí)支墩計(jì)算

1.1 荷載取值

1.1.1 支架自重標(biāo)準(zhǔn)值G1k

支架自重標(biāo)準(zhǔn)值G1k，在Midas 模型中自動(dòng)計(jì)算。

1.1.2 鋼箱梁荷載G2k

根據(jù)梁段分段劃分及支架布置情況，可以確定AL-5、AL-6 分段為最重吊裝分段，按此受力對(duì)支架進(jìn)行驗(yàn)算，分段荷載計(jì)算表如表1所示。

1.1.3 施工荷載Q1k

根據(jù)《建筑施工模板安全施工技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162—2008）第4 章的規(guī)定，施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值，均布活荷載可取2.5kN/m2，則Q1k=10×2.5=25kN/m2。

1.1.4 荷載組合

計(jì)算承載力：1.2×(G1k+G2k)+1.2×Q1k

驗(yàn)算撓度：1.0×(G1k+G1k)

1.2 計(jì)算模型

用Midas 程序進(jìn)行空間仿真模擬，支架按施工方案布置采用梁單元模擬，鋼箱梁按照E.C 漢波利梁格法理論劃分多條主梁，各主梁之間用橫梁連接。按照實(shí)際施工布置情況，以同比例創(chuàng)建支架和橫梁模型，取單排支架采用Midas Civil 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間仿真分析。

1.3 穩(wěn)定性驗(yàn)算

此拼裝支架立柱采用φ273×8 螺旋鋼管，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2017）規(guī)定，支架鋼管截面特性如下：外徑F（273mm），壁厚t（8mm），截面積A（92.74cm2），截面慣性矩I（5852cm4），回轉(zhuǎn)半徑i（9.373cm）。

支架最大桿件間距為3m，取L0=300cm，則桿件長細(xì)比為：λ1=L0/i1=300/9.373=32

由長細(xì)比查表可得，穩(wěn)定系數(shù)：φ1=0.929

根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，支架最大軸壓應(yīng)力為：σ1=87.2MPa

根據(jù)實(shí)復(fù)式軸心受壓桿件的穩(wěn)定性計(jì)算公式為：σ1=87.2MPa≤f×φ1=215×0.929=199.74MPa

故支架穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

1.4 地基驗(yàn)算

1.4.1 混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算

鋼管最大支承反力為Fz=25.8×10=258kN，按照單根鋼管最大承載力258kN 進(jìn)行計(jì)算，鋼管下墊鋼板尺寸為500mm×500mm×14mm。

對(duì)混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算：

C30 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=14.3MPa，滿足要求。

1.4.2 基底承載能力驗(yàn)算

支架反力：P反=(19.4+13.9+25.8+11.2)×10=703kN

基礎(chǔ)自重：P自=8.025×4.5×0.5×26=469.5kN

按45o將應(yīng)力擴(kuò)散至基礎(chǔ)底，則A=(0.5+0.5×2)×(0.5+0.5×2)×4=9.0m2

基礎(chǔ)底應(yīng)力：

基底地基承載能力不得小于145kPa。

2 頂推計(jì)算

2.1 頂推工況計(jì)算

計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 頂推過程計(jì)算結(jié)果

由表2 可見：鋼箱梁最大支反力為343t。

鋼梁最大組合應(yīng)力為30MPa＜容許應(yīng)力250MPa，最大下?lián)隙?7mm＜鋼箱梁前懸17000/400=42.5mm。

導(dǎo)梁最大組合應(yīng)力為79MPa＜容許應(yīng)力170MPa，最大位移為工況一前懸時(shí)的127mm＜35000/200=175mm，鋼箱梁及導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)均滿足使用要求。

2.2 頂推臨時(shí)支架驗(yàn)算

臨時(shí)墩墩高約為3～10m。臨時(shí)墩的承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在邊腹板下方。地面采用4 根φ630×8mm 鋼管，鋼管立柱之間通過槽鋼連接成整體，保證臨時(shí)墩整體穩(wěn)定性。分配梁受力結(jié)構(gòu)為：分配梁F1 為雙拼H 型鋼900×300×16×28 和700×300×13×24，分配梁F2為三拼H 型鋼900×300×16×28 和700×300×13×24。經(jīng)過對(duì)上部結(jié)構(gòu)頂推分析，找出最不利工況，單獨(dú)對(duì)臨時(shí)墩進(jìn)行受力分析。

2.2.1 設(shè)計(jì)荷載

臨時(shí)支撐計(jì)算數(shù)據(jù)匯總,如表3所示。

表3 臨時(shí)支撐計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表

（1）恒載：臨時(shí)墩自重荷載。

（2）上部結(jié)構(gòu)荷載

一是梁及導(dǎo)梁自重產(chǎn)生的豎向支反力：普通頂推支架最大支點(diǎn)反力為343t/頂；兩側(cè)頂推支架最大支點(diǎn)反力為281t/頂。二是步履頂在臨時(shí)墩頂產(chǎn)生的縱向水平力：由于步履頂推為內(nèi)力自平衡頂推，在頂推過程中在臨時(shí)墩頂產(chǎn)生的水平外力極小。為了保障頂推支架的安全，可偏保守地考慮8% 的水平反力（8%×豎向支點(diǎn)反力）。三是步履頂橫向調(diào)整水平力：當(dāng)箱梁在頂推過程中發(fā)生橫向偏位之后，需要利用步履頂進(jìn)行橫向調(diào)整。可偏保守地考慮8%的橫向水平反力（8%×豎向支點(diǎn)反力）。

由上表3 可見，單管最大支反力110t，最大組合應(yīng)力167MPa＜容許應(yīng)力170MPa，最大剪應(yīng)力86MPa＜容許剪應(yīng)力100MPa，最大位移6mm＜3000/400=7.5mm。

2.3 地基驗(yàn)算

2.3.1 混凝土強(qiáng)度驗(yàn)算

頂推臨時(shí)支墩鋼管最大支承反力為Fz=1078kN，按照單根鋼管最大承載力1078kN 進(jìn)行計(jì)算，鋼管下墊鋼板尺寸為800mm×800mm×16mm。

對(duì)混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算：

C30 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc=14.3MPa，滿足要求。

2.3.2 基底承載能力驗(yàn)算

支架反力：P反=8642kN

基礎(chǔ)自重：P自=11×6×1×26=1716kN

按45o將應(yīng)力擴(kuò)散至基礎(chǔ)底，則：A=(0.8+1×2)×(0.8+1×2)×8=62.728m2

基礎(chǔ)底應(yīng)力：

基底地基承載能力不得小于175kPa。

3 頂推施工主要控制內(nèi)容

3.1 頂推施工中監(jiān)測(cè)內(nèi)容

橋梁在頂推施工過程中，會(huì)受到很多確定因素(如設(shè)計(jì)參數(shù)、施工精度)和不確定因素(如溫度、濕度和風(fēng)荷載)的影響,從而出現(xiàn)梁體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況與設(shè)計(jì)理論存在不符的情況,因此需要對(duì)頂推過程中的梁體結(jié)構(gòu)和墩進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、糾偏[2]。

為了確保鋼箱梁成橋后線形和應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)施工過程中動(dòng)靜態(tài)下各種工況及天氣的影響進(jìn)行分析，找出最大變形量及最不利狀態(tài)，進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，具體包括以下幾點(diǎn)。

3.1.1 臨時(shí)墩的沉降及變形。

3.1.2 鋼箱梁的運(yùn)輸及吊裝產(chǎn)生的變形。

3.1.3 因氣溫影響、焊接累積誤差而產(chǎn)生長度變化以及風(fēng)力對(duì)吊裝頂推的影響。

3.1.4 鋼箱梁及導(dǎo)梁撓度監(jiān)測(cè)，關(guān)鍵截面的應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

3.2 同步頂推

當(dāng)千斤將鋼箱梁頂起后，同一立柱上的水平千斤頂以勻速伸出，其他水平千斤頂為隨動(dòng)點(diǎn)，并與伸出千斤頂比較，每臺(tái)頂與其位移量控制在預(yù)設(shè)值之內(nèi)，若有伸出較快，則減小控制閥的流量，若有伸出較慢，則增大控制閥的流量。不同立柱上水平千斤頂?shù)耐娇刂茷椋阂云渲幸粋€(gè)立柱上的一臺(tái)頂為主動(dòng)點(diǎn)，其余立柱的同一縱軸線上的千斤頂與之比較，若有伸出較快，則減小控制閥的流量，若有伸出較慢，則增大控制閥的流量，從而實(shí)現(xiàn)推頂?shù)耐竭M(jìn)行。此過程精度各墩之間保持在5mm 以內(nèi)，同墩兩側(cè)可保持在1mm以內(nèi)。

每臺(tái)千斤頂上裝有壓力傳感器，可以監(jiān)視荷載變化，通過頂推主控臺(tái)設(shè)定每臺(tái)千斤頂?shù)淖畲髩毫巴欢丈蠋着_(tái)千斤頂?shù)淖畲髩翰睿ㄟ^監(jiān)視每臺(tái)千斤頂?shù)暮奢d變化量，合理準(zhǔn)確地分配整個(gè)系統(tǒng)的荷載。

3.3 豎向頂升控制

當(dāng)豎向千斤頂伸縮時(shí)，頂推楔塊和鋼箱梁頂起與下降并再次落到兩側(cè)墊梁上，此過程中控制臺(tái)除了控制千斤頂?shù)膭?dòng)作一致之外，還要通過安裝的位移監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)頂升的高度，保證左右兩側(cè)頂升同步進(jìn)行。控制措施為：以其中一側(cè)為基準(zhǔn)側(cè)，兩側(cè)位移差在可控范圍內(nèi)，若另一側(cè)頂升高度偏高，則減小控制閥的流量，若另一側(cè)頂升高度偏低，則增大該側(cè)控制閥的流量。此過程中精度保持在4mm 以內(nèi)。

3.4 平衡度的控制

每個(gè)立柱的滑箱上安裝有用于監(jiān)測(cè)鋼箱梁在X與Y 軸方向的傾斜角度設(shè)備，因此通過設(shè)定每個(gè)傳感器在X 與Y 軸方向的最大允許傾斜角度參數(shù)，便可控制鋼箱梁頂推的平衡。假如有傳感器在X 與Y 軸方向的傾斜角度突破最大允許參數(shù)，控制臺(tái)將提示預(yù)警。

3.5 糾偏措施

每個(gè)立柱上將安裝兩個(gè)檢測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)實(shí)際軸線與設(shè)計(jì)軸線偏差（鋼箱梁的軸線采用醒目的顏色標(biāo)記）。通過檢測(cè)裝置對(duì)軸線位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)微調(diào)千斤頂，達(dá)到糾偏的目的。

4 結(jié)語

鋼箱梁頂推施工技術(shù)已日趨成熟，但施工過程中的誤差也是不可避免，直接影響著結(jié)構(gòu)的整體安全。因此通過計(jì)算對(duì)關(guān)鍵截面的變形和內(nèi)力進(jìn)行分析，并在施工中及時(shí)監(jiān)測(cè)修正，確保施工中始終處于可控狀態(tài)，成橋后其結(jié)構(gòu)的內(nèi)力合理。