大跨度钢桁梁顶推滑动体系的研究与应用

大跨度钢桁梁顶推滑动体系的研究与应用

陈木

保利长大工程有限公司   广东省广州市  528441

摘要：1959年，顶推施工工艺首次应用于奥地利的Ager大桥，相对于其他施工方法，顶推施工工艺仅需搭设较少支架，甚至不需搭设支架，施工过程中，不影响下方交通，增加施工工效，节省施工工期，降低施工成本，在桥梁工程中应用广泛。不同于刚度比较均匀的钢箱梁，钢桁梁仅节点位置可用于支撑，滑动体系会受到滑道布置、滑道面摩擦系数、滑道质量控制等因素影响，滑动体系对顶推施工过程以及临时支撑结构设计等具有十分重要地作用。

关键词：大跨度；钢桁梁顶推滑动体系；研究；应用

某新建断面桥长1183m，主跨河大桥设计为桥梁（120+4×180+120）m连续钢梁。主桥连续钢梁采用顶推施工技术。顶推距离840m，最大推力跨度180m，质量13420t。它分为22个顶推循环，同步顶推不超过14个。该桥具有推力时间跨度大、顶推距离长、跨度大、重量大的特点，对顶推滑移系统的性能要求较高。因此，为了保证滑道系统的稳定性和可靠性，降低顶推过程中的摩擦系数和推力，对顶推滑移系统进行了研究。

一、大跨度钢桁梁顶推工艺研究

目前，国内外顶推设备技术主要有拖拉式、楔进式、步履式顶推法。在大跨度钢梁的设计中，分析了三种施工工艺的适应性：

1.拖拉式：虽然用于多座桥梁的顶推，但存在很多缺陷。顶推法对墩身有较大的水平力，要求滑道平整。顶推式墩对临时支护沉降要求高，建筑安全可控性差，不适用于高柔性临时墩。

2.楔进式：顶推装置技术特点过大，下降搁置使用时单点受力大，对梁体底板应力要求高。如下弦杆较窄，只能强调节点受力。受力状态和安装空间不能满足要求。该技术适用于大底板实腹式大箱梁顶推。

3.步履式：顶推设备附在墩端，顶推设备和临时支撑交替承载受力，周期性顶推梁向前。然而，该设备通常用于顶推箱梁。如为大跨度钢桁架结构，需要通过节点受力。为了成功地实现大跨度钢桁梁的步履式施工，迫切需要开发一种新的大跨度钢桁梁的步履式开发技术和设备。

二、滑动体系设计

在施工过程中，根据钢桁梁的受力特性选择顶推法。顶推重量小，方向难以控制，偏转容易实现。通过仿真计算，受力单点可达到14250kn。滚轴顶推法接触方式为线性接触，需要大量滚轴。步履式顶推是通过调节顶推千斤顶的向前运动来实现的，但钢桁梁只能在支撑点下方进行调节。步履式顶推施工不能满足钢梁节点的受力特性。平面滑移顶推相对稳定，能适应大吨位，方向控制方便，顶推精度高，施工同步性好，因此平面滑移顶推选择。滑移系统由滑动梁、滑动面和滑块组成，如图1所示。滑动梁位于钢梁主梁正下方。图1中滑动梁滑动系统的总长度为25m。滑动梁上设有滑板，钢梁由滑板支撑，滑动梁上设有滑板。滑动面必须放置在滑块和滑动梁之间。

图1顶推滑移体系

三、顶推滑动面设计

滑动面主要由滑板和滑道板组成。滑道板焊接在滑动梁上并与滑板连接。在顶推过程中，在滑动面上涂抹高性能润滑剂，以减少摩擦和推力，提高顶推的稳定性和速度。

1、滑板。（1）材料。一般为聚四氟乙烯板和ＭＧ产品。聚四氟乙烯板材具有抗压强度低、耐磨性差的特点，而ＭＧ板材具有抗压强度高、承载能力大、剪切冲击强度高、耐磨性好、摩擦系数低的特点。滑板性能参数见表1。

表１滑板性能参数

根据数值顶推模拟，钢梁在顶推过程中的最大单点反力为14250kn，每个滑块底部的MGB板表面为0.66m2，MGB板上的最大压力载荷为21.6MPa。对PTFE、MGE和MGB滑板的性能进行了比较和选择，即对滑板材料进行了抗压强度试验。抗压强度试验采用分级荷载，为5MPa。聚四氟乙烯板10MPa以下变形大，不能使用；MGE板在20MPa时有明显的凹陷，在30MPa时有明显的变形；MGB板在30MPa压力下可以保持完好，只有很少的压痕。MGE板和MGB板在30MPa以下的变形如图2所示，因此选择MGB板作为滑板材料。(2)滑板连接。滑块与MGB板通过凹进螺钉连接，滑板对应满足间距90×150mm。

图2ＭＧＥ板和ＭＧＢ板在３０ＭＰａ压强下的变形情况

2.滑道板。（1）材料。传统上，4mm厚的不锈钢板用于焊接滑道。由于不锈钢板和与滑道板只能在两侧点焊，并且与与滑道板紧密连接，因此在顶推过程中容易脱落。这会导致不锈钢板离缝、翘曲。因此，滑道板是一种特殊的热轧滑板，即5mm不锈钢板+20mm Q345B为热轧钢板，整体焊接在滑道梁上。滑板采用5mm上部不锈钢板，连接板采用20mm Q345下部钢板，保证滑板与滑道梁焊接质量不因顶推产生的水平力而降低。（2）布置滑道板。选择宽度为40cm，滑动梁的中心是对称轴，距离为25cm。在滑动梁顶部两侧对称焊接两块特殊滑板。特殊滑板和滑动梁分段焊接。特殊滑板和滑动梁必须分段焊接。焊接间隔为每30cm 20cm。喉道焊缝高度为6mm。安装滑轨时，ino钢板两侧所有相邻滑轨的高度必须一致。安装前，所有滑轨必须调平，以确保钢梁、滑板和滑道板表面在滑动过程中接触，减少滑动过程中的顶推力。在安装复合钢板之前，必须检查滑块的平整度，并且必须用顶推力不平区域。安装专用滑道板前，检查平整度是否达到2mm。用机械千斤顶专用滑板和滑动梁，以防空鼓。复合钢板安装为1mm平整度。高性能润滑剂。滑道板和MGB滑板之间涂抹润滑剂，以降低摩擦系数。根据以往的施工经验，通常使用润滑油。在试验过程中，两种材料之间很难加注润滑油，造成钢载体摩擦、润滑油损失等负面影响。结合技术要求，选择性能优于润滑油的润滑脂。润滑脂主要由增稠剂、基础油和添加剂组成。它有两个优点：

与金属表面附着力好，不易脱落；当在难以密封的地方使用时，润滑系统的结构可以简化。在高负荷和冲击负荷下具有良好的润滑性能和防侧倾性能。使用大吨位顶推进行蛙跳并不容易。润滑脂中的添加剂是提高润滑脂润滑效果的关键。不同的添加剂具有不同的润滑效果，脂肪分子层之间的滑动取代了两个金属表面之间的相对滑动，从而降低了摩擦系数和磨损，这是二硫化钼良好润滑的基本原理。MoS2润滑膜的摩擦系数一般为0.5-009。

四、顶推实施效果

顶推实践表明，顶推起动摩擦系数为0.06-0.08，正常执行机构的滑动摩擦系数为0.04左右，有效降低初始摩擦阻力，避免蛙跳现象。与黄油等其他润滑剂相比，滑动摩擦阻力降低，运动效率提高。

通过对施工工艺的分析总结，选用MGB板、20mm Q345B钢板+5mm热轧不锈钢板为芯、二硫化钼锂基润滑脂为芯的滑动面，成功解决了剪切过程中滑板的吊装问题。降低剪力摩擦系数，实现大桥主桥840m连续顶推。在顶推过程中，滑动系统没有问题。

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