舒育正，何 斌，賈正偉，傅中秋

（1.浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院，江蘇 南京 210098）

橋梁作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，連接著中國城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。目前，隨著城市交通需求量的與日俱增，橋梁施工技術(shù)也進(jìn)入了高速發(fā)展的階段[1]。鋼箱梁具有質(zhì)量輕、剛度大、跨越能力強(qiáng)等特點(diǎn)[2]，被廣泛應(yīng)用于大跨徑橋梁建設(shè)中。同時(shí)，為了使橋梁建設(shè)過程不影響既有交通，鋼箱梁頂推施工法[3]逐漸被人們采用。

鋼箱梁頂推施工過程中，需要搭建臨時(shí)構(gòu)件，包括頂推支架、拼裝支架、臨時(shí)扣塔等，臨時(shí)構(gòu)件對(duì)頂推施工順利實(shí)施及安全保障起到至關(guān)重要的作用[4]。趙世超等[5]采用了有限元軟件計(jì)算分析不同臨時(shí)墩布置方案下鋼箱梁的受力特性，研究發(fā)現(xiàn)，隨著臨時(shí)墩間距的增大，頂推過程中，主梁產(chǎn)生的最大應(yīng)力、變形及支反力均增大。潘峰等[6]分析了裝配式混凝土建筑中常見的臨時(shí)支撐體系存在的問題，并提出了豎向構(gòu)件臨時(shí)支撐體系。

鋼箱梁頂推施工臨時(shí)構(gòu)件是確保頂推施工質(zhì)量與安全的重要組成部分。因此，本文以實(shí)例工程為背景，研究頂推過程中臨時(shí)構(gòu)件受力情況，用于保障施工的順利進(jìn)行，得到的結(jié)論可用于指導(dǎo)類似工程施工。

1 工程概況

本工程案例橋跨越某榆河，為新建工程，全長約1.6 km，寬40 m。其中橋梁為東西方向的城市主干路，橋長252 m，為主跨120 m 的鋼箱梁結(jié)構(gòu)斜拉橋，斜拉橋外裝飾，跨徑布置為66 m+120 m+66 m。

本工程臨時(shí)構(gòu)件包括：①單幅單邊鋼梁頂推共計(jì)3組頂推支架，其中3#支架采用8 根Φ630 mm×10 mm的鋼管，管頂采用雙拼HM588 型鋼作縱梁；1#及2#支架采用8 根Φ630 mm×10 mm 的鋼管，管頂采用三拼H440 型鋼作縱梁。支架鋼管連接系均采用18 號(hào)槽鋼。②單幅單邊鋼梁吊裝共計(jì)2 組拼裝支架，支架立柱采用8 根Φ273 mm×6 mm 的鋼管，管頂采用雙拼H440 型鋼作分配梁，支架鋼管連接系均采用L80×5 mm 的角鋼。③臨時(shí)扣塔由4 根Φ630 mm×10 mm 的鋼管組成，塔頂設(shè)雙拼HM588 型鋼作為張拉錨點(diǎn)底座。支架底部采用3 m×1.5 m×0.18 m 的鋼箱板作為底座，箱板底座與鋼梁焊接固定。

2 有限元計(jì)算結(jié)果

本節(jié)主要通過有限元軟件，分析最大頂推懸臂狀態(tài)工況下各臨時(shí)構(gòu)件的受力情況。

2.1 頂推支架受力分析

荷載工況取最大反力516.7 t 豎直壓力及516.7×tan4°=36 t 水平分力建模分析，恒載荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.3，并考慮步履機(jī)位于縱梁正中位置及步履機(jī)偏離縱梁正中最大距離位置2 種情況驗(yàn)算。

頂推支架有限元模型如圖1 所示。

圖1 頂推支架有限元模型

將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總，如表1 所示。從表1 中可以看出，各頂推支架滿足強(qiáng)度要求。根據(jù)屈曲分析的計(jì)算結(jié)果，頂推支架的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)均不小于4，支架整體穩(wěn)定性滿足要求。

表1 頂推支架計(jì)算匯總

2.2 拼裝支架受力分析

取最大鋼梁節(jié)段136 t 自重荷載并考慮1.5 倍不均衡偏心系數(shù)，對(duì)H440 型鋼分配梁和P273×6 mm 支架鋼管進(jìn)行受力分析，有限元模型如圖2 所示。

圖2 拼裝支架有限元模型

根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果，分配梁最大組合應(yīng)力為59.2 MPa，最大撓度為2 mm。H440 型鋼橫梁最大組合應(yīng)力為59.2 MPa＜175 MPa，最大撓度為2 mm＜2 000/400=5 mm，H440 型鋼橫梁滿足要求。對(duì)P273×6 mm 支架鋼管進(jìn)行分析，求得支架鋼管最大組合應(yīng)力為96.2 MPa；支架鋼管最大軸力為331.9 kN；支架鋼管最大反力為27.8 t，根據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，驗(yàn)證了鋼管穩(wěn)定性滿足要求，拼裝支架滿足要求。

2.3 臨時(shí)扣塔受力分析

鋼梁前端頂推至預(yù)定合攏位置后，在P1、P2 墩頂支座中心上方鋼箱梁頂面隔板處安裝40 m高的臨時(shí)扣塔，利用鋼絞線張拉提升鋼梁前端下?lián)喜糠?。根?jù)采用的施工過程計(jì)算，頂推到位后搭設(shè)臨時(shí)扣塔并采用鋼絞線對(duì)稱張拉，可分解為98.6 t 豎直向上的力和113 t 水平方向的力。經(jīng)過計(jì)算，成橋后的鋼箱梁成橋組合應(yīng)力最大值為69.7 MPa，撓度最大值為266.6 mm。臨時(shí)扣塔斜拉索張拉后、合攏焊接前，合攏焊縫與距離6.5 m 處的節(jié)點(diǎn)之相對(duì)位移為14.5 mm，故合攏焊縫處的順橋向折角坡度為2×14.5/6 500≈4.5‰，線形基本平順。

對(duì)扣塔縱梁取豎向和水平分力塔進(jìn)行建模計(jì)算，如圖3 所示。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2HM588 型鋼墊梁最大組合應(yīng)力約為44.3 MPa，剪應(yīng)力約為0 MPa；支架鋼管最大組合應(yīng)力約為169.4 MPa＜215 MPa，剪應(yīng)力最大值約為14.5 MPa＜125 MPa，位移最大值約為95.6 mm。臨時(shí)扣塔的鋼管的鋼管立柱最大軸壓力為1955.4 kN，根據(jù)屈曲分析的計(jì)算結(jié)果，臨時(shí)扣塔的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為22.7，支架整體穩(wěn)定性滿足要求。

圖3 扣塔鋼管立柱有限元模型

3 結(jié)論

本文主要研究大跨度變截面鋼箱梁頂推施工下臨時(shí)結(jié)構(gòu)受力情況，主要結(jié)論如下：①在頂推至最大懸臂端工況下，各臨時(shí)構(gòu)件結(jié)構(gòu)受力與整體穩(wěn)定性均滿足要求；②根據(jù)施工方案，頂推至合龍前，現(xiàn)場(chǎng)將在鋼梁尾端配重，建議在滿足鋼梁整體穩(wěn)定性需求的前提下，嚴(yán)格控制配質(zhì)量，以減少配重對(duì)臨時(shí)支架受力的影響；③根據(jù)計(jì)算，頂推至最大懸臂狀態(tài)時(shí)，臨時(shí)扣塔組合應(yīng)力和軸力均較大，建議線形滿足條件下，調(diào)整鋼絞線的張拉力和扣塔高度，以改善扣塔的受力。