典型箱梁在頂推施工過程中的局部受力研究

孫 杰

（寧波杭州灣新區海澤市政投資有限公司，浙江 寧波 315336）

1 引言

我國已全面建成小康社會、實現第一個百年奮斗目標，正全力向全面建設社會主義現代化國家奮進。一系列國民經濟社會重大戰略目標的實現離不開我國基礎建設的發展，一大批橋梁建設的重大工程應運而生。隨著橋梁建設的發展，面對復雜多變的環境，橋梁施工技術不斷革新。遇到橋下有行車、通航要求或因地理條件無法搭設支架等情況時，頂推法顯示出其優勢。

隨著我國橋梁建設事業的飛速發展，頂推法由于其優勢明顯，在橋梁建設中廣泛應用。頂推法施工技術在早期主要利用卷揚機進行了拖拉，而現代頂推法施工多采用千斤頂進行推進，同時將滾筒替換成板式滑塊。為定性和定量的研究頂推過程結構受力情況，許多學者對頂推施工過程中橋梁受力情況進行了大量的研究。目前雖對頂推施工法進行了大量的研究，但針對與頂推施工過程中，主梁局部受力情況的研究還較少。

為研究典型主梁在頂推施工過程中局部受力特點，文章選取某市政大橋作為工程背景，利用Ansys建立主梁節段的有限元模型，進行施工階段的模擬。得到最不利工況，并針對最不利工況提供設計建議。

2 項目概況

項目位于重慶主城區，為了滿足較大市區的通車需求，該橋主梁設計為單箱四室流線型箱梁，主梁寬度較寬，標準節段主梁寬度為35.4 m，高度為3.5 m，如圖1。

圖1 主梁標準斷面圖(m)

由于該橋位于重慶主城區，考慮到橋下有通車需求，該橋采用頂推施工法進行橋梁架設。根據現場環境、經濟效益等條件最終決定采用步履式頂推法進行施工。根據現場條件和通航要求在主跨之間搭建6個臨時墩，臨時墩跨距為15 m+5 m×20 m+18 m。臨時支墩上安裝三層分配梁、高度調整墊座、頂推裝置等。三層分配梁將墩頂所受壓力均勻分配到下部管樁承重結構，高度調整墊座用于頂推過程中的墩頂標高調整及落梁作業。完成后，將組裝好的箱梁吊運至頂推平臺，后采用步履式頂推系統頂推鋼箱梁到指定位置，步驟循環直至所有梁端落位。最后進行全橋線性調整。頂推步驟示意圖如圖2。

圖2 頂推流程示意圖

在頂推施工過程中，最首要的任務是保證其過程安全平穩，因此選用了多點頂推的方式進行。步履式頂推系統主要步驟可以簡化為頂、推、降、縮四個階段，每個階段對系統精度都有很高的要求。頂推系統采用集中控制系統，依靠電液比例控制技術，有極高的精確度。在頂推施工過程中，存在著跨度大，坡度大等問題，同時在頂推過程中箱梁本身存在線性難以控制等技術難題。這些施工難題帶來的是施工過程中結構受力的變化。需要進行專門的受力計算以確保安全。由于頂推過程中存在臨時墩有高差的問題，所以選用了多點頂推方案。多點頂推可以在橋梁施工過程中提供豎向頂升和水平推進兩種方式，這樣可以在頂推的過程中通過豎向千斤頂去調節橋梁縱向上的高差。

3 有限元模型

計算采用有限元分析軟件Ansys進行。局部實體模型采用板單元，實體部分為一個標準節段；其余位置采用梁單元建模。在實體模型底部有支撐的位置，用彈性支撐，模型中用彈簧單元以實現。梁單元模型均只考慮豎向約束。彈簧單元的剛度由橡膠墊的尺寸決定，橡膠的彈性模量根據工程數據，取7.4 MPa。各部件有限元模型如圖3。

圖3 各部件有限元模型

4 計算結果

根據施工流程和最不利條件選擇四種工況，四種工況分別為：①頂推最大懸臂30，前面導梁無支撐。②頂推最大懸臂30 m，此時導梁前進處有支撐。③一跨完成時，導梁處在懸臂狀態。④兩跨完成時，導梁處在懸臂狀態。同時根據不同的工況設置不一樣的邊界條件。由于篇幅限制，僅展示工況一時頂板和底板的有限元計算圖，如圖4。

圖4 部分有限元計算結果

從結果中可以看出，在各項工況下mises應力極值在允許范圍內。根據有限元應力云圖顯示最大應力位置出現在縱膈板橫向加勁肋與底板橫向加勁肋相交的角點位置，值得在設計階段引起重視。橫向對比四種工況，工況二時各部件所受應力最大，在施工過程中值得注意。

最終各工況計算結果如表1。

表1 各工況計算結果

5 結論

文章以典型箱梁在頂推施工過程中主梁局部受力特性為研究對象，通過構建Ansys建立三維有限元模型進行計算分析，設置了四種工況。計算結果表明：

（1）在支墩間距30 m的情況下進行頂推，鋼箱梁梁體受力滿足要求。

（2）從結果來看，縱膈板橫向加勁肋與底板橫向加勁肋相交的角點位置出現最大應力，建議在設計時進行處理。

（3）計算時支點位置下方采用理想的彈性支承考慮，在滑道設置時應充分考慮鋼箱梁的轉角變形，以柔性的支點構造適應其變形。

研究結果表明，頂推法在施工過程中可能會出現局部構件應力集中的情況，在設計時應予以重視。