周小勇，劉 建

(長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)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(qū)及剛箱梁風(fēng)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(cè)，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(shè)置10 對吊索，中跨設(shè)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(shè)置鋼箱梁拼裝平臺，在各跨中按需設(shè)置臨時墩，在拼裝平臺分節(jié)段拼裝鋼導(dǎo)梁(52m)和鋼箱梁，然后通過水平頂推系統(tǒng)施力，將梁體向前頂推出拼裝平臺，然后按照理論標高繼續(xù)在預(yù)制場進行下一節(jié)段梁的拼裝并頂推，待全部節(jié)段頂推到位后、懸索體基本完成后，將體系轉(zhuǎn)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(shè)→鋼導(dǎo)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(zhuǎn)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(shù)

鋼箱梁頂推的力學(xué)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(chǎn)生的豎向反力;μ 為鋼主梁與墩頂滑道之間動摩擦系數(shù)(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(shè)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(shù)如下:

鋼絞線的安全系數(shù):

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(jù)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(dǎo)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(jié)，臨時墩頂與梁底耦合豎向自由度;更準確地模擬結(jié)構(gòu)自重分布情況，各構(gòu)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(dǎo)梁橫聯(lián)重量按一定比例分配到對應(yīng)的導(dǎo)梁節(jié)點上。頂推計算時采用梁(鋼箱梁及導(dǎo)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(dǎo)梁后端);Y軸數(shù)值向上為正，原點位于鋼箱梁截面質(zhì)心處。根據(jù)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(jié)果分析

(1)鋼箱梁應(yīng)力計算分析

計算結(jié)果表明，鋼箱梁最大應(yīng)力工況發(fā)生鋼導(dǎo)梁前端過3 號臨時墩19 m 處，頂推過程中鋼箱梁最大拉應(yīng)力66.8 MPa，最大壓應(yīng)力－87.5 MPa。頂推階段各工況鋼箱梁應(yīng)力包絡(luò)圖見圖1。

圖1 頂推階段各工況鋼箱梁應(yīng)力包絡(luò)圖

(2)導(dǎo)梁應(yīng)力計算分析

統(tǒng)計結(jié)果可知，頂推過程中導(dǎo)梁前端過2 號臨時墩27.5 m 時，導(dǎo)梁最大拉應(yīng)力180. 6 MPa，最大壓應(yīng)力156. 53 MPa，出現(xiàn)位置為導(dǎo)梁第4 節(jié)根部，可見導(dǎo)梁基本滿足強度要求。頂推階段各工況的前導(dǎo)梁應(yīng)力包絡(luò)圖見圖2。

圖2 頂推階段各工況導(dǎo)梁應(yīng)力包絡(luò)圖

(3)鋼箱梁豎向位移

統(tǒng)計結(jié)果可知，頂推過程中鋼箱梁最大上撓9 mm，最大下?lián)?36 mm。最大上撓位置為已拼鋼箱梁前端，出現(xiàn)工況為221;最大下?lián)弦矠橐哑翠撓淞呵岸耍霈F(xiàn)工況為170。頂推階段各工況的鋼箱梁豎向位移包絡(luò)圖見圖3。

圖3 頂推階段各工況鋼箱梁豎向位移包絡(luò)圖

3.4 頂推線形控制

以豎曲線平面內(nèi)直線頂推方案為前提，為保證鋼箱梁制作拼裝的無應(yīng)力線形與設(shè)計的無應(yīng)力線形一致性，本文所依托工程采用測量局部數(shù)據(jù)用來確定待拼梁段定位標高的方法，采用測量整體數(shù)據(jù)對已拼梁的線形做出評價，并實現(xiàn)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(qū)內(nèi)鋼箱梁基本處于無應(yīng)力狀態(tài)，基于拼裝平臺區(qū)內(nèi)鋼箱梁局部測量數(shù)據(jù)(緊前批次梁段拼裝定位焊接完成時、頂推到位時和當(dāng)前批次待拼節(jié)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(shè)為無應(yīng)力線形的接頭梁底標高設(shè)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(yīng)力

本橋在頂推過程對上述鋼箱梁的應(yīng)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(nèi)。

②鋼箱梁線形

鋼箱梁頂推到位的實際線形與對應(yīng)的目標線形(即無應(yīng)力設(shè)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(jié)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(jié)構(gòu)的安全及成橋狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的線形、內(nèi)力等滿足設(shè)計要求。

(2)通過理論數(shù)據(jù)與實際施工數(shù)據(jù)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(jié)果很好地指導(dǎo)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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