大跨度钢箱梁顶推施工控制关键技术研究

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摘 要 本文以钢箱梁桥顶推施工方法为探讨对象，对顶推法施工的特点进行了概括，对顶推法实施过程中的顶推力计算、钢箱梁轴线控制等进行了分析和总结，最后以MIDAS软件为例，对顶推施工的计算机模拟进行了概述。

关键词 桥梁施工；钢箱梁；顶推法

中图分类号[TU997] 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0070-02

1概述

人类建造桥梁的历史非常悠久，随着桥梁建造的规模加大和结构复杂程度的增加，新的施工技术也需要随着桥梁施工要求的提高而不断改进。在各类桥梁施工方法中，顶推施工技术是应用得比较普遍的技术。这项技术经历了早期的导梁拖拉法、纵向连接拖拉法以及拖拉法三个发展阶段。其中拖拉法的施工理念和方法跟现在的顶推施工较为接近，但存在着平底船施工精度控制难度较大的问题。现代顶推法的施工理念是基于钢梁纵向拖拉法，以千斤顶的来取代卷扬机，以板式滑动取代滚筒，其顶推能力和控制精度都具有较高的水准。经过多年的发展和完善后，顶推法已经成为大型桥梁尤其是预应力混凝土桥梁的重要施工技术。

2顶推法施工的特点分析

桥梁顶推法施工之所以能够得到广泛应用，是基于该施工方法具有很明显的优点，其优点主要表现为：1）便利性 采用顶推法施工所需设备相对轻便，无需依赖于大型吊运设备，施工设备尺寸相对较小，尤其适合于不利于浮吊进入的浅水和深谷施工现场；2）对周围环境影响小，对通车和通航无影响，同时受周围环境的影响也小；3）施工所需模板数量少，施工流程便于标准化管理。

此外，顶推法施工也有自身的一些缺点，主要表现为顶推悬臂所能承受的弯矩有限，并且施工期和运行期的内力相差不能太大，这限制了顶推法更适合于跨数较多的桥梁，而不适用于跨数较少的桥梁。其次，是顶推法对于桥梁的曲率也有限制，一般只适用于梁高恒定且底面是平面的桥梁。

桥梁顶推法施工在混凝土桥梁中的研究和应用较多，已经总结出了一套较为完善的施工方法，但对于大跨度、钢箱梁桥顶推施工方面还存在明显的不足。这方面的问题主要表现为业内研究重点侧重于施工工艺的完善，而对箱梁的受力特性研究不足，导梁的设计也侧重于主梁弯矩分析，对支点的反力在顶推中的影响分析不够深入，这导致了国内对于钢箱梁斜拉桥的主梁截面设计时缺乏成熟的设计思路。

要全面考虑上述问题是一个复杂的过程，因此本文以钢箱梁斜拉桥顶推施工为例，在满足桥梁强度要求的前提下，探讨在顶推法施工中的安装控制问题。

3顶推施工关键问题分析

3.1顶推施工的一般过程

钢箱梁桥顶推施工主要分为三个主要的阶段，首先是在主塔附近搭设顶推平台，并在主跨河中架设临时墩，从而为主跨钢箱梁的顶推创造前提条件。在进行顶推作业时，利用临时之间安装边跨钢箱梁。顶推施工结束以及边跨钢箱梁安装完毕后在进行全桥的合龙。

在顶推施工的过程中，由于桥梁尚未进入运行期间的强度，在前期准备时应较为准确的计算顶推力，其次在进行实际顶推施工之前进行必要的数值模拟，以检验顶推方案是否合理可行。

3.2顶推力的计算

在钢箱梁顶推施工中，一般都会采用多点分散顶推的方式，即各顶推千斤顶所能提供的顶推力之和应大于梁体的摩擦力。在考虑考虑这一摩擦力时主要考虑三类因素，一是临时墩处的最大支点反力，二是临时墩支点处的摩擦系数，三是临时墩处是否水平，即还需要区分上坡顶推还是下坡顶推。顶推力的计算公式如式1所示：

式1中，为摩擦系数，为坡度，为临时墩支撑力，式1计算出的是临界顶推力，要满足实际顶推需要，应使得千斤顶的顶推力超过F，且有一定的裕度。此外，在顶推进行过程中，应对临时墩的支撑力实时监测，根据临时墩支撑力的变化情况来实时调整千斤顶的顶推力，从而保证顶推过程的平稳。

3.3顶推过程中钢箱梁轴线控制

在顶推过程中，钢箱梁的轴线控制是顶推施工正确性的重要衡量指标，在钢箱梁顶推过程中的动态纠偏具有控制性的意义。为了保证顶推过程中钢箱梁轴线在给定的误差范围内，需采取如下措施：1）设置导向限位块 导向限位块设置在临时墩上，把钢箱梁限制在固定的推进路线附近，一般需保证钢箱梁在推进过程中的横向偏移不超过10mm。由于钢箱梁轴线的偏移也会导致临时墩两侧千斤顶顶推力的变化，因此监测顶推力的变化也可以侧面反映出钢箱梁轴线的偏移情况；2）全程跟踪监测 在钢箱梁顶进时，应对临时墩的位移情况和钢箱梁轴线位置进行监测，监测各临时墩顶部偏移和钢箱梁轴线偏移是否在设计范围之内。其中临时墩顶部偏移对于顶推过程具有控制性的意义，该偏移量超过了设计值或者推进过程中钢箱梁出现了“爬行”的情况，则应中止顶推，重新调整各临时墩的推力分布。

3.4合龙段的控制

合龙段施工对于钢箱梁桥梁的施工而言最为关键，对合龙期间的各类参数都有很高的要求，并且需要一次性完成装配。在合龙过程中需要监测的变量包括：平面位移、标高、龙口宽度、温度等。通常情况下为了避免温度应力过大，合龙应选在日照不强温度较低或是温度变幅较小的时段。

4顶推施工的模拟分析

在条件允许的情况下，在对钢箱梁进行顶推施工之前，应借助计算机进行模拟分析，制定施工方案，也可以校核桥梁的设计参数。在初步拟定了顶推方案的情况下，以模拟分析为依据，必要时修改施工方案。在进行模拟分析时，状态应从开始顶推直至顶推结束，在模拟顶推的过程中，以桥梁结构挠度作为控制性指标，从而计算出钢箱梁的安装标高。计算机模拟可借助有限元分析来完成，由于可利用的软件不同，这里只给出模拟顶推施工中重要的参数及其注意事项，本文中以MIDAS为例进行说明。

4.1模拟顶推基础信息设定

模拟信息的输入应尽可能真实的描述工程实际，从而提高模拟精度。这些模拟量主要包括以下几类关键数据：1）梁截面特性 截面特性主要是输入主梁和钢导梁的材料类型数据、梁截面特征数据、模拟计算时的梁单元长度、预设的钢箱梁顶推施工历时等；2）边界条件设定 边界条件的设定主要是定义桥墩和临时墩的高度、截面、材料等；3）顶推过程阶段定义。该部分的定义主要是定义预设的钢箱梁顶推方向、顶进信息，顶推过程中各阶段逐次激活的各临时墩、临时支撑的边界条件，顶推过程中的荷载信息等，在此基础上程序可自动生成顶推过程中的边界条件。

4.2模拟结果的分析要点

在完成上述基础条件的设定后，可得到顶推过程中桥梁模拟运行数据。在对这些数据进行分析时主要考察的控制性数据包括梁体所承受的正负弯矩值、梁体结构的应力值、位移值、钢箱梁在顶推过程中的结构应力和位移、导梁在顶推过程中的结构应力和位移、顶推完成后的结构应力，并重点分析这些数值在顶推过程中的变化过程是否合理，考察其峰值是否超出设计值，如发现异常值，应检查参数设定是否合理，必要时修改顶推方案。

参考文献

[1]张平华.混凝土斜连续梁桥顶推施工控制技术研究[D].长沙：长沙理工大学，2012.

[2]安金星.大跨度斜拉桥施工控制与仿真计算[D].成都：西南交通大学，2009.