覃華橋　朱廷志　袁杰升　莫露瑩　黃文泉

針對超大噸位、大跨徑公鐵兩用鋼桁梁大橋頂推關(guān)鍵技術(shù)難題，首次提出了一種新型拖拉式頂推滑靴及頂推工法。通過理論計(jì)算及有限元驗(yàn)證分析，該技術(shù)路線可行，并應(yīng)用于三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼構(gòu)桁梁頂推工程。工程應(yīng)用表明研制的滑靴結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡單，載重能力強(qiáng)，可主動(dòng)糾偏，滑移過程平穩(wěn)無噪聲等優(yōu)點(diǎn)，減少了對沿線交通、鐵路的影響，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

鋼桁梁? 頂推? 滑靴? 主動(dòng)糾偏? MGE滑板

近年來，我國的橋梁建設(shè)迅猛發(fā)展，為順應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求，加快推進(jìn)現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施建，我國的橋梁建設(shè)不斷向著高難度、大跨徑、多用途方向發(fā)展，中國橋梁一次次刷新紀(jì)錄、創(chuàng)造歷史。伴隨著科技的發(fā)展，鋼桁梁架設(shè)方法越來越多，但目前應(yīng)用最廣泛的主要是頂推法、懸臂拼接法及支架法，需要根據(jù)不同的施工條件選用。其中頂推施工法具有結(jié)構(gòu)整體性好、易于實(shí)現(xiàn)、機(jī)具設(shè)備簡便、節(jié)省施工用地、構(gòu)件拼裝質(zhì)量宜保證等諸多優(yōu)點(diǎn)，在當(dāng)今以鋼桁梁為主的公鐵兩用橋梁施工中，應(yīng)用較為普遍。

目前，超大噸位、大跨徑公鐵兩用鋼桁梁大橋頂推仍存在主梁整體剛度較弱，施工過程中各桁受力均勻性難以保證，鋼桁梁出現(xiàn)橫向大偏位等關(guān)鍵技術(shù)難題。為改變現(xiàn)有不利狀況，將采用新型拖拉式頂推方式。拖拉式頂推是基于柔性牽引、液壓同步控制、多點(diǎn)連續(xù)頂推的施工方法，由于其頂推設(shè)備噸位較小，便于現(xiàn)場運(yùn)輸及安裝，各支點(diǎn)鋼桁梁受力均勻、安全性較高，更適合于超大噸位、大跨徑、重載的公鐵兩用鋼桁梁的架設(shè)。結(jié)合三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼桁梁頂推工程特點(diǎn)，研究新型拖拉式頂推滑靴及頂推工法，解決上述關(guān)鍵性的技術(shù)難題。

1 概述

三門峽黃河公鐵兩用大橋主橋由11 跨連續(xù)鋼桁結(jié)合梁橋組成，主梁位于6‰的單向縱坡上（三門峽至運(yùn)城方向?yàn)橄缕路较颍?，橋跨布置?4m+9×108m+84m，主橋全長1142.5m，主橋總重41808t。主橋立面布置圖如圖1所示。

主橋承受四線鐵路和六線道高速公路，下層為四線鐵路，上層為六線公路。主桁架由三角形桁式構(gòu)成，桁高15m，每一節(jié)間長度為12m，橫向共有3片主桁，中、邊桁中心間距13.6m，上層公路橋面全寬32m。主橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置圖如圖2所示。

（4）主橋?yàn)?1跨連續(xù)鋼桁梁橋式、上下層公鐵橋面雙層板桁組合式復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

（5）主橋11跨連續(xù)鋼桁梁多點(diǎn)同步頂推架設(shè)，且主梁不帶混凝土橋面板頂推，整體剛度較弱，施工工序多，要求嚴(yán)，技術(shù)含量高。

（6）主橋鋼桁梁由三片主桁組成，頂推過程中不僅要保證各個(gè)頂推點(diǎn)位的同步性、支承三片主桁的各滑靴不發(fā)生偏載、在往復(fù)頂推作業(yè)過程中墩頂滑道梁及各墩旁支架的安全穩(wěn)定性，還需要嚴(yán)格控制墩身偏心彎矩值。工程施工難度系數(shù)大，各環(huán)節(jié)技術(shù)要求嚴(yán)苛。

2 頂推施工方法

本工程采用單向多點(diǎn)拖拉式頂推施工方法。在主橋11#-南引S4#之間搭設(shè)頂推拼裝平臺，首先在拼裝平臺上布設(shè)三桁對應(yīng)的三條頂推滑道，然后在各頂推滑道上分節(jié)點(diǎn)布置滑靴，

利用塔吊、回轉(zhuǎn)吊機(jī)不斷的在拼裝平臺的滑靴上拼裝拼裝導(dǎo)梁、鋼桁梁和橋面板，完成高栓施擰和橋面板焊接后，利用高強(qiáng)鋼絞線牽引鋼梁支點(diǎn)底部滑靴，通過精準(zhǔn)控制水平連續(xù)千斤頂進(jìn)行同步頂推，水平連續(xù)千斤頂則帶動(dòng)滑靴逐一將鋼導(dǎo)梁和鋼桁梁向前推離拼裝平臺。因此鋼桁梁每頂推一個(gè)循環(huán)，通過起頂和回拉置換滑靴，準(zhǔn)備下一循環(huán)的頂推，頂推施工原理如圖3所示，直至鋼導(dǎo)梁頂推至主橋0#墩。進(jìn)行導(dǎo)梁拆除，鋼梁頂推至0#墩，完成全部鋼梁拼裝頂推。

同步水平頂推系統(tǒng)由水平連續(xù)千斤頂、滑靴、滑板、千斤頂反力座、液壓泵站、水平頂同步控制系統(tǒng)組成。其中滑靴作為水平頂推系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件，應(yīng)具有承載能力強(qiáng)、可靠性好、主動(dòng)糾偏、對滑道的沖擊力小、使用壽命長等特點(diǎn)，可最大限度的平衡各點(diǎn)的摩擦力與頂推力，減少單個(gè)頂推點(diǎn)的不平衡水平力，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全。因此，根據(jù)三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼桁梁頂推工程的特點(diǎn)，創(chuàng)新研發(fā)新型頂推滑靴。

3 新型頂推滑靴設(shè)計(jì)

本工程滑靴采用分體式創(chuàng)新設(shè)計(jì)，方便快速拆裝和移運(yùn)。

1. 由于鋼梁與滑道之間摩擦阻力的不同與變化、滑道間高差變化、梁體重心變化、風(fēng)向、溫差等原因，鋼梁在頂推移動(dòng)過程中將必然會出現(xiàn)橫向位置偏移。為確保鋼梁在頂推過程中不存在較大偏移及對出現(xiàn)的偏移進(jìn)行及時(shí)糾正，應(yīng)設(shè)置頂推滑移過程限位裝置。因此，新型滑靴在滑靴兩側(cè)設(shè)計(jì)有可調(diào)式液壓糾偏滾輪。頂推作業(yè)時(shí)，智能控制系統(tǒng)通過控制兩側(cè)液壓千斤頂?shù)纳炜s量來橫向調(diào)節(jié)滑靴回到正確線路，防止因滑靴跑偏發(fā)生卡頓等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)智能化的主動(dòng)糾偏，滑靴結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

滑靴底部滑板材料具有耐壓、耐磨、耐沖擊、承載能力大、摩擦系數(shù)小、質(zhì)量輕便等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的聚四氟乙烯板雖然摩擦系數(shù)小，但是在重載荷作用下易發(fā)生塑性變形，而“MGE”板不僅耐壓、承載力大，而且還具有耐磨、摩擦系數(shù)?。?.016～0.065）、抗沖擊性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，較好的保證了頂推順滑性，因此設(shè)計(jì)選用MGE板作為滑靴底部滑板使用。

鋼桁梁在頂推過程中單點(diǎn)最大支反力為2233t，每個(gè)滑靴底部MGE板面積為1.8m2。則該處MGE滑板承受的壓應(yīng)力為12.4MPa，由于MGE板的壓縮強(qiáng)度≥65Mpa，因此MGE滑板受壓滿足規(guī)范要求。

MGE滑板底面設(shè)計(jì)有儲油槽和注油口，為了盡可能的減少滑板和滑道表面的摩擦阻力，制造的滑道頂面采用焊接Q345鋼板+304不銹鋼的熱軋復(fù)合面板，面板表面粗糙度應(yīng)小于Ra5μm，且要求長期保持面板清潔。在頂推作業(yè)前還應(yīng)在滑板底面涂上一層潤滑油脂，不僅能夠減小摩擦阻力，而且還能節(jié)能降耗。

4 滑靴受力性能分析

采用土木結(jié)構(gòu)非線性詳細(xì)分析專業(yè)軟件對主墩滑靴進(jìn)行空間實(shí)體有限元分析。建立了滑靴的全空間三維實(shí)體模型，進(jìn)行豎向力和水平千斤頂作用下全施工過程的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析?；ソY(jié)構(gòu)有限元分析模型如圖5 所示，鋼結(jié)構(gòu)滑靴底面與鋼滑道梁頂板全接觸。

依據(jù)滑靴構(gòu)造圖，以保證縱向水平頂推設(shè)備的運(yùn)行和作用，其水平作用荷載為300t，作用于鋼結(jié)構(gòu)滑靴中間錨箱承壓板上，圓環(huán)外直徑φ274mm、內(nèi)直徑φ230mm，采用面荷載作用。

依據(jù)鋼桁梁頂推施工全過程的豎向反力值，滑靴頂面的豎向荷載為2232t，采用滑靴頂面的面荷載作用。

滑靴的豎向最大變形為0.61mm，水平向最大變形為0.68mm，剛度滿足規(guī)范要求。

2?.應(yīng)力

在短暫狀況下，滑靴的最大von Mises 應(yīng)力為356.82 MPa，出現(xiàn)在頂板與橫隔板交叉點(diǎn)處。最大剪應(yīng)力為190.20MPa，出現(xiàn)在頂板與橫隔板交叉點(diǎn)處。

在短暫狀況下，錨箱的最大von Mises 應(yīng)力為216.0MPa，出現(xiàn)在承壓錨圈口邊緣。最大剪應(yīng)力為90.32MPa，出現(xiàn)在承壓錨圈口邊緣。計(jì)算分析結(jié)果可知：滑靴的豎向變形和水平變形均滿足規(guī)范要求;滑靴的von Mises 應(yīng)力和剪切應(yīng)力均滿足規(guī)范要求，滑靴安全性滿足要求。

5 工程應(yīng)用效果

三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼桁梁在南岸頂推拼裝平臺上拼裝，每拼裝9個(gè)節(jié)間進(jìn)行一次頂推，在1#～10#墩頂各設(shè)置3個(gè)滑道梁及頂推滑靴裝置，滿足鋼桁梁多點(diǎn)連續(xù)頂推的要求，直到全橋頂推到位，頂推中的鋼桁梁如圖6所示。

在頂推鋼桁梁上9#墩頂前，由于鋼桁梁節(jié)段數(shù)量較少，重量較輕且摩阻較小，為節(jié)能增效，可以暫不啟用中桁梁的水平連續(xù)千斤頂，動(dòng)力儲備依然能滿足使用要求。因此只需要使用兩邊桁的水平連續(xù)千斤頂提供頂推動(dòng)力，如果鋼桁梁在頂推過程中出現(xiàn)軸線橫向偏位，也僅需要用兩邊桁滑靴的主動(dòng)糾偏裝置進(jìn)行偏位調(diào)整即可。

鋼桁梁頂推作業(yè)前，預(yù)先在滑道周圍布設(shè)有多組傳感器，主要用于監(jiān)測主桁梁在頂推過程中是否發(fā)生軸線偏位。當(dāng)偏移量超過允許值時(shí)，智能頂推控制系統(tǒng)會自動(dòng)調(diào)節(jié)滑靴兩側(cè)的液壓糾偏油缸的行程直至糾正偏位，頂推主動(dòng)糾偏滑靴如圖7所示，在頂推過程中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化的主動(dòng)糾偏，確保各鋼桁架節(jié)點(diǎn)相對主橋中心軸線的橫向偏位均小于19.2mm，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

滑靴作為拖拉頂推中關(guān)鍵的承載受力構(gòu)件，除了能帶動(dòng)鋼桁架向前滑移，自動(dòng)糾正偏位，還對鋼桁梁起到支撐保護(hù)作用，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要經(jīng)過縝密的建模計(jì)算和校驗(yàn)，保證滑靴的結(jié)構(gòu)安全。

三門峽黃河公鐵兩用大橋鋼構(gòu)桁梁頂推滑靴集超強(qiáng)承載、快捷滑移、主動(dòng)糾偏功能于一體，這種設(shè)計(jì)構(gòu)思新穎，施工方便，節(jié)約費(fèi)用。頂推滑移過程穩(wěn)定性強(qiáng)，滑移間距精確化，自動(dòng)化程度高，多點(diǎn)連續(xù)頂推同步性好，鋼桁梁三片桁支點(diǎn)受力均勻。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)裝備已實(shí)現(xiàn)大跨度、大噸位、大懸臂、超重載的公鐵兩用鋼桁梁的架設(shè)，不僅可以不中斷交通或通航，而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。可推廣應(yīng)用于頂推連續(xù)梁，懸臂施工的大跨徑連續(xù)鋼桁梁和連續(xù)混凝土梁。