張建平,張 楠

（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測(cè)咨詢有限公司,貴州 貴陽 550014）

0 引言

隨著橋梁施工技術(shù)和相關(guān)機(jī)械設(shè)備的發(fā)展，頂推法施工已作為架設(shè)連續(xù)梁橋的先進(jìn)施工工藝，在世界各國(guó)得到了廣泛應(yīng)用[1]。頂推技術(shù)在大跨橋梁的建設(shè)中顯示了較大優(yōu)勢(shì)，已在橋梁建設(shè)中占據(jù)了極其重要的地位[2-3]。

橋梁跨徑的增加和其他因素的影響，連續(xù)梁橋在頂推過程中出現(xiàn)的一些技術(shù)難題成為目前研究的重點(diǎn)。蘇魁[4]通過分析發(fā)現(xiàn)橋梁頂推過程中，僅可通過優(yōu)化構(gòu)件截面和局部構(gòu)造來解決支點(diǎn)局部受力情況，但其尺寸大小會(huì)受到臨時(shí)支承墩的設(shè)計(jì)參數(shù)限制。蔣雄[5]通過計(jì)算分析得到采用軟的橡膠墊塊能夠有效改善滑道處鋼箱梁的局部受力性能。張鴻等[6]通過分析發(fā)現(xiàn)支座位置處的反力大小是影響鋼梁結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力的主要因素，因此在頂推施工控制過程中，支座反力的測(cè)定較為關(guān)鍵。董創(chuàng)文等[7]提出了梁體的非應(yīng)力線性形狀的相位和定位基準(zhǔn)線的概念，研究了實(shí)測(cè)瞬時(shí)高程基準(zhǔn)和固定相位梁的位置，闡明了逐步提高主梁截面非應(yīng)力線性偏差的數(shù)學(xué)表達(dá)式。項(xiàng)敏[8]通過對(duì)頂推滑動(dòng)面組成材料進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，合理選擇潤(rùn)滑劑，成功克服了頂推中易出現(xiàn)的滑道板起鼓褶皺、脫離更換等問題。夏學(xué)軍[9]從改善臨時(shí)墩受力方面、增加臨時(shí)墩整體性、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離頂推控制要求等方面進(jìn)行了分析與研究。周建庭[10]提出一種結(jié)合無應(yīng)力狀態(tài)法理論及應(yīng)力增量評(píng)價(jià)法的頂推施工控制方法，指導(dǎo)鋼箱梁節(jié)段安裝定位并進(jìn)行安裝后線形、應(yīng)力評(píng)價(jià)。

該文以貴州省頂推施工最大跨度鋼箱梁橋—下壩大橋?yàn)楸尘埃芯繕蛄涸诮Y(jié)構(gòu)頂推施工過程中的受力情況，分析數(shù)值結(jié)果的變化趨勢(shì)，以確定頂推過程中的重要工況，以便更好地指導(dǎo)施工。

1 工程概況

下壩大橋是雙龍航空港經(jīng)濟(jì)區(qū)物流外環(huán)道路工程的控制性工程，鋼箱梁頂推段為305 m，跨徑組合為（55+105+90+55）m，單幅橋面寬度17 m。

鋼箱梁頂寬17 m，梁高4 m。為單箱四室截面，共設(shè)5 道腹板；頂板寬度為17 m，厚度根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)作變厚度布置，頂板主要厚度有16 mm、20 mm 及28 mm；底板寬度為8.44 m，主要厚度有16 mm、28 mm。頂?shù)装寮觿爬呔捎肬 肋形式。橋面橫坡通過變腹板高度使頂板形成1.5%橫坡，底板保持水平。箱梁縱向每3 m 設(shè)置一道橫隔板，每?jī)傻罊M隔板之間設(shè)置豎向加勁肋。鋼箱梁兩側(cè)懸臂寬2.93 m，根部高80 cm，端部高31 cm，縱向每1.5 m 左右設(shè)一道懸臂梁，其位置與箱內(nèi)橫隔板、豎肋相對(duì)應(yīng)。

2 整體有限元分析

2.1 有限元模型

采用橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件Midas Civil 對(duì)該橋頂推施工階段進(jìn)行仿真分析，鋼箱梁和導(dǎo)梁采用梁?jiǎn)卧M，共計(jì)660 個(gè)單元、1 007 個(gè)節(jié)點(diǎn)，臨時(shí)支撐通過僅受壓彈性連接進(jìn)行模擬。建模要點(diǎn)如下：

（1）鋼箱梁每頂推1 m 作為一個(gè)施工階段，每個(gè)施工階段認(rèn)為結(jié)構(gòu)按照一次落架形成。

（2）墩動(dòng)梁不動(dòng)，每頂推一次，通過變更邊界條件的方式模擬該階段支承處的受力情況。

（3）鋼箱梁局部構(gòu)造復(fù)雜，容重通過線荷載的方式施加。

2.2 整體分析計(jì)算結(jié)果

2.2.1 應(yīng)力及位移

應(yīng)力和位移是鋼箱梁頂推施工控制的2個(gè)重要指標(biāo)。鋼箱梁、導(dǎo)梁各工況下應(yīng)力及位移數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 梁體應(yīng)力及位移計(jì)算表

由表1 可知：

（1）當(dāng)鋼箱梁頂推至4#墩且前端導(dǎo)梁未上墩時(shí)，鋼箱梁彎曲應(yīng)力達(dá)到最大值，為-102.6 MPa，此階段鋼箱梁和導(dǎo)梁的位移值也最大，其值分別為-181.3 mm 和-436.2 mm。該階段鋼箱梁懸臂長(zhǎng)度為整個(gè)頂推過程中的最大值，使得靠近支點(diǎn)處的鋼箱梁應(yīng)力增加，同時(shí)鋼箱梁產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)角位移，帶動(dòng)整個(gè)導(dǎo)梁產(chǎn)生下?lián)喜⑦_(dá)到最大值。

（2）當(dāng)鋼箱梁頂推至F3#墩且前端導(dǎo)梁未上墩時(shí)，導(dǎo)梁彎曲應(yīng)力達(dá)到最大值，其值為-167.4 MPa，此時(shí)導(dǎo)梁的位移值為99.3 mm，表明該階段導(dǎo)梁端部上撓。分析原因?yàn)樵撾A段F2#墩和4#墩之間的主梁跨徑最大，自重原因產(chǎn)生下?lián)系耐瑫r(shí)在4#墩產(chǎn)生一定的逆時(shí)針轉(zhuǎn)角位移，但因4#墩和F3#墩之間懸臂部分自重引起的轉(zhuǎn)角不足以抵消，致使導(dǎo)梁懸臂部分產(chǎn)生上撓。

2.2.2 墩頂支反力

鋼箱梁頂推施工時(shí)，每個(gè)頂推支架的墩頂支反力隨著結(jié)構(gòu)體系的改變而不斷變化，是頂推施工過程中重要的控制性因素，也是豎向千斤頂施加頂升力的主要依據(jù)。2#~6# 墩、F2#~ F3# 臨時(shí)墩墩頂支反力數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 墩頂支反力計(jì)算表

由表2 可知，隨著頂推距離的增加，除2#墩外，其余橋墩在各個(gè)工況下的支反力均有明顯的變化趨勢(shì)，3#墩和4#墩的支反力整體上呈臺(tái)階式上升；F2#墩、F3#墩以及5#墩具有明顯的突變點(diǎn)，其中F2#墩支反力變化顯著，當(dāng)鋼箱梁頂推至4#墩且前端導(dǎo)梁未上墩時(shí)，其值為11 479.1 kN，分析原因?yàn)樵撾A段F2#墩和4#墩之間的主梁懸臂長(zhǎng)度最大，使得F2#墩支反力取得最大值。

3 局部有限元分析

結(jié)合梁體應(yīng)力、位移以及墩頂最大支反力可知，鋼箱梁頂推至4#墩且前端導(dǎo)梁未上墩時(shí)為鋼箱梁頂推過程中的不利工況。由于鋼箱梁結(jié)構(gòu)局部構(gòu)造比較復(fù)雜，局部應(yīng)力問題也很突出，因此對(duì)鋼箱梁墩頂處區(qū)域進(jìn)行局部空間有限元分析。

3.1 有限元模型建立

取3 個(gè)梁段作為研究對(duì)象，使用Midas FEA 建立有限元局部分析模型，采用三維板殼單元模擬，墩頂支反力采用面荷載施加。整體結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示。

圖1 整體結(jié)構(gòu)模型圖

3.2 局部分析計(jì)算結(jié)果

鋼箱梁節(jié)段主要計(jì)算結(jié)果見圖2~5。

圖2 整體應(yīng)力云圖

圖3 整體位移云圖

圖4 底板應(yīng)力云圖

圖5 底板位移云圖

通過應(yīng)力云圖可知，在鋼箱梁頂推至4#墩且前端導(dǎo)梁未上墩時(shí)，底板與豎向頂推裝置接觸區(qū)域明顯產(chǎn)生較大的應(yīng)力和位移，最大應(yīng)力位于腹板正下方，其值為149.2 MPa，小于其容許值295 MPa，表明墊梁強(qiáng)度滿足要求。

通過位移云圖可知，變形最大位置位于靠近導(dǎo)梁側(cè)腹板下方的底板，其值為4.61mm，底板的局部位置產(chǎn)生豎向撓曲變形的同時(shí)帶動(dòng)附近豎肋產(chǎn)生橫向彎曲。

4 結(jié)論

（1）頂推過程中鋼箱梁和導(dǎo)梁的應(yīng)力、位移出現(xiàn)兩種典型工況，當(dāng)鋼箱梁頂推至4#墩且前端導(dǎo)梁未上墩時(shí)，鋼箱梁彎曲應(yīng)力達(dá)到最大值-102.6 MPa，鋼箱梁和導(dǎo)梁的位移值同時(shí)達(dá)到最大，分別為-181.3 mm、-436.2 mm。當(dāng)鋼箱梁頂推至F3#墩且前端導(dǎo)梁未上墩時(shí)，導(dǎo)梁彎曲應(yīng)力達(dá)到最大值，其值為-167.4 MPa，此時(shí)導(dǎo)梁的位移值為99.3 mm。

（2）當(dāng)鋼箱梁頂推至4#墩且前端導(dǎo)梁未上墩時(shí)，F(xiàn)2#墩支反力變化顯著，其值為11 479.1 kN，確定了鋼箱梁頂推過程中的最不利工況。

（3）底板與豎向頂推裝置接觸區(qū)域明顯產(chǎn)生較大的應(yīng)力和位移，最大應(yīng)力149.2 MPa 位于腹板正下方，該處位移4.61 mm。頂推過程中，應(yīng)對(duì)該位置處的應(yīng)力、位移引起重視，避免因操作不當(dāng)引起底板及附屬構(gòu)件局部應(yīng)力超限。