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(1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司 合肥市 230088；2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心 合肥市 230088)

0 引言

頂推施工具有安全、快速、環(huán)境影響小和施工場(chǎng)地少等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外中小跨徑橋梁建設(shè)中得以廣泛應(yīng)用，隨著設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的不斷提高，頂推法也被逐漸應(yīng)用于長(zhǎng)大跨徑橋梁，所應(yīng)有的橋梁類型有斜拉橋、拱橋等復(fù)雜橋梁。

以淮南孔李淮河大橋?yàn)楣こ瘫尘?，首先介紹本橋拱梁整體頂推施工過(guò)程及構(gòu)造措施，然后采用有限元軟件，結(jié)合該橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)行整體頂推施工仿真分析，對(duì)主橋和臨時(shí)構(gòu)件在頂推過(guò)程中的受力和變形進(jìn)行計(jì)算，得出各構(gòu)件最不利的應(yīng)力、位移及各關(guān)鍵工況臨時(shí)墩反力，分析結(jié)果驗(yàn)證拱梁整體頂推施工可行性。

1 工程概述

孔李淮河大橋主橋?yàn)槿邕B續(xù)下承式鋼箱系桿拱橋(圖1)，跨徑布置為(110+180+110)m，主拱跨徑180m，立面矢高45m，邊拱跨徑110m，立面矢高27.25m[1]，雙向六車道，橋梁全寬42m。主梁與拱圈(主拱圈高45m)整體頂推過(guò)河，實(shí)現(xiàn)橋梁貫通，為淮河橋建設(shè)首次應(yīng)用。

圖1 孔李淮河大橋總體布置圖及建成后實(shí)景

2 頂推施工方案及施工響應(yīng)措施

主橋采用整體頂推施工法，具體頂推過(guò)程如下：

(2)施工河道中臨時(shí)墩。

(3)在河岸邊已建拼裝平臺(tái)上采用先梁后拱的順序進(jìn)行拱梁拼裝。

(4)安裝主縱梁與拱肋之間的臨時(shí)支撐及鋼導(dǎo)梁，鋼導(dǎo)梁長(zhǎng)45m。

(5)頂推左邊拱和中拱，直至左邊拱和中拱頂推到位。

(6)在支架上拼裝右邊拱[2]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，在中拱跨中設(shè)置2個(gè)臨時(shí)墩，左邊拱設(shè)置2個(gè)臨時(shí)墩，施工期間各永久橋墩不承擔(dān)荷載，臨時(shí)墩間最大間距80m[3]，右邊跨完全在臺(tái)架上拼裝，各臨時(shí)墩布置如圖2。

圖2 臨時(shí)墩的布置圖

結(jié)合施工過(guò)程和成橋，以成橋運(yùn)營(yíng)控制設(shè)計(jì)為原則，設(shè)置臨時(shí)拱梁間A型臨時(shí)支撐、前導(dǎo)梁，配合多點(diǎn)步履式自平衡整體頂推系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)頂推過(guò)程中受力均勻和整體穩(wěn)定性[4-5]。頂推過(guò)程中拱肋撐桿等臨時(shí)構(gòu)造設(shè)置如圖3。

圖3 頂推期間中拱肋臨時(shí)撐桿構(gòu)造設(shè)置

主橋拼裝頂推過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)整體實(shí)景如圖4所示。

如何在教學(xué)過(guò)程中凸顯思維教學(xué)的有效性？學(xué)生學(xué)習(xí)的效果和質(zhì)量與學(xué)習(xí)方式方法密切相關(guān)，課改的今天，“師生互動(dòng)”、“生生互動(dòng)”、“生本互動(dòng)”、“獨(dú)立思考”、“小組討論”、“展示交流”等都是數(shù)學(xué)課堂學(xué)習(xí)的常見(jiàn)方式，而“小組討論、交流展示”的學(xué)習(xí)方式充分利用了同學(xué)之間年齡相仿、心理相近、志趣相投、相互啟迪等有利因素，讓思維的教學(xué)在學(xué)生交流碰撞中得以充分發(fā)展，讓部分學(xué)生的思維火花衍生為全班學(xué)生的智慧之光．用思維來(lái)主導(dǎo)的數(shù)學(xué)課堂，才是數(shù)學(xué)的課堂，才能有效促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)本來(lái)的教育目的．

圖4 拱梁整體頂推施工實(shí)景圖

3 頂推施工計(jì)算模型

頂推過(guò)程中主梁和拱圈受力處于連續(xù)變化狀態(tài)，且對(duì)橋梁整體穩(wěn)定性要求高。設(shè)計(jì)階段分析各不利施工工況橋梁受力，采用有限元軟件對(duì)主橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行頂推施工仿真分析，采用梁?jiǎn)卧M拱肋、主縱梁及臨時(shí)支撐等構(gòu)件，用索單元模擬吊桿[6]。

頂推過(guò)程模擬采用梁不動(dòng)，通過(guò)調(diào)整支承體系，隨頂推階段變化而變化的方法，對(duì)主橋頂推施工過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，并以主橋每向前頂推5m作為一個(gè)頂推工況，整個(gè)施工過(guò)程共分為75個(gè)施工工況。

成橋階段及頂推過(guò)程計(jì)算模型(最大懸挑工況)如圖5、圖6所示。

圖5 主橋成橋計(jì)算模型

圖6 主橋頂推計(jì)算模型(最大懸挑工況)

計(jì)算模型的邊界條件：主拱肋與主梁之間、主拱肋與臨時(shí)支撐之間采用共節(jié)點(diǎn)的剛接，主縱梁與前導(dǎo)梁連接采用固接。

計(jì)算模型荷載條件如下：結(jié)構(gòu)荷載主要包括豎向自重荷載；使用階段荷載包括溫度梯度、不均勻沉降和活荷載等，其中不均勻沉降主墩設(shè)置2cm。過(guò)渡墩設(shè)置1cm不均勻沉降，主梁截面梯度溫度參照英國(guó)BS5400規(guī)范取值[7]。

4 計(jì)算結(jié)果及其分析

根據(jù)主橋結(jié)構(gòu)的頂推施工仿真模擬，給出各構(gòu)件在最不利頂推工況下的最大應(yīng)力和位移包絡(luò)值[2]。

4.1 應(yīng)力計(jì)算

(1)頂推過(guò)程中拱肋、系梁、拱肋臨時(shí)支撐、前導(dǎo)梁在荷載組合下應(yīng)力包絡(luò)圖，如圖7。

圖7 頂推過(guò)程中拱肋上下緣應(yīng)力

由圖7看出頂推過(guò)程中拱肋上、下緣最大應(yīng)力為115MPa，最小應(yīng)力為-175MPa(正值為壓應(yīng)力，負(fù)值為拉應(yīng)力)，最大、最小應(yīng)力均出現(xiàn)在左邊拱肋。

(2)頂推過(guò)程中系梁在荷載組合下應(yīng)力包絡(luò)圖，如圖8。

圖8 頂推過(guò)程中系梁上下緣應(yīng)力

由圖8看出頂推過(guò)程中系梁上、下緣最大應(yīng)力為239MPa，最小應(yīng)力為-179MPa(正值為壓應(yīng)力，負(fù)值為拉應(yīng)力)，最大、最小應(yīng)力均出現(xiàn)在左邊拱系梁。

(3)頂推過(guò)程中拱肋臨時(shí)支撐在荷載組合下最大及最小應(yīng)力包絡(luò)情況如下：拱肋臨時(shí)支撐上、下緣最大應(yīng)力為128MPa，最小應(yīng)力為-133MPa(正值為壓應(yīng)力，負(fù)值為拉應(yīng)力)。

頂推過(guò)程中主拱肋、拱肋臨時(shí)支撐、前導(dǎo)梁最大應(yīng)力及最小應(yīng)力均不大，均小于180MPa；主縱梁在邊拱頂推100～115m施工段，邊拱局部點(diǎn)最大應(yīng)力相對(duì)較大，為235MPa，但仍小于Q345鋼材施工階段容許應(yīng)力295MPa。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果看出，主拱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、臨時(shí)支撐及臨時(shí)墩的設(shè)置是合理的，適用于頂推施工[8]。

4.2 位移計(jì)算

為保證頂推過(guò)程中主橋各構(gòu)件的剛度滿足設(shè)計(jì)要求及前后鋼導(dǎo)梁順利通過(guò)支墩，需進(jìn)行相應(yīng)位移分析。各構(gòu)件在荷載組合作用下拱肋、系梁位移包絡(luò)圖見(jiàn)圖9。主拱、鋼主縱梁在頂推過(guò)程中的最大豎向位移為34cm，滿足設(shè)計(jì)和施工要求。在頂推階段中，在各不利工況下主體結(jié)構(gòu)位移不大，就剛度而言，主橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、臨時(shí)支撐及臨時(shí)墩的設(shè)置是合理的，適合頂推施工[9]。

圖9 頂推過(guò)程鋼主縱梁位移包絡(luò)圖

4.3 連續(xù)頂推過(guò)程臨時(shí)墩支反力計(jì)算

施工期間，中跨設(shè)置2個(gè)臨時(shí)墩，邊跨靠近橋墩處設(shè)置2個(gè)臨時(shí)墩，施工期間永久墩不承擔(dān)荷載，臨時(shí)墩設(shè)置需滿足施工期間主孔橋下雙向通航凈寬要求，滿足頂推裝置的安裝與連續(xù)頂推工作要求，同時(shí)臨時(shí)墩布置位置盡量考慮施工期間支反力均勻，施工各主要階段支反力情況如表1，最大懸臂工況各臨時(shí)墩反力如圖10所示。

表1 各工況臨時(shí)墩支反力表

圖10 最大懸臂工況臨時(shí)墩反力圖

由上述分析看出，各施工階段臨時(shí)墩反力相對(duì)均勻，臨時(shí)墩布置合理，頂推設(shè)備合理分配豎向反力，實(shí)現(xiàn)連續(xù)頂推過(guò)程平穩(wěn)。

5 結(jié)論

拱梁整體頂推施工減少對(duì)航道和環(huán)境影響、減少高空水上施工，體現(xiàn)創(chuàng)新、環(huán)保理念。對(duì)大跨度拱橋拱梁整體頂推施工關(guān)鍵技術(shù)研究，為拱橋以及其他類型橋梁頂推施工積累經(jīng)驗(yàn)，為大跨度橋梁施工方案的選擇提供更廣空間。

通過(guò)孔李大橋主橋頂推施工過(guò)程分析可得出以下結(jié)論：

(1)結(jié)合強(qiáng)度和剛度分析，主橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、臨時(shí)支撐及臨時(shí)墩的設(shè)置是合理的，適合頂推法施工。

(2)主拱肋、主縱梁、前導(dǎo)梁、臨時(shí)支撐的應(yīng)力不大，滿足規(guī)范要求。同時(shí)主拱肋與臨時(shí)支撐、主縱梁與臨時(shí)支撐、主縱梁與滑道板接觸區(qū)域受力還需進(jìn)一步用板單元進(jìn)行接觸仿真分析[4]。

(3)主撟結(jié)構(gòu)的最大豎向位移能滿足設(shè)計(jì)和施工要求；前導(dǎo)梁豎向位移偏大，可通過(guò)加強(qiáng)前導(dǎo)梁剛度，來(lái)減小導(dǎo)梁擾度，同時(shí)也可因此進(jìn)一步減小主體結(jié)構(gòu)位移[5]。

(4)主縱梁在邊拱頂推100～115m施工段，邊拱局部點(diǎn)最大應(yīng)力相對(duì)較大，為235MPa，結(jié)合施工過(guò)程中監(jiān)控，確保頂推過(guò)程順利。

采取合理的臨時(shí)墩、拱梁臨時(shí)支撐，主體結(jié)構(gòu)頂推過(guò)程中受力和穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，以成橋運(yùn)營(yíng)為控制的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可滿足步履式整體頂推施工過(guò)程各結(jié)構(gòu)受力要求。