简支钢箱梁桥顶推法施工控制分析

简支钢箱梁桥顶推法施工控制分析

张磊1

（1.            天津城建设计院有限公司，天津 300122）

摘 要：以跨径58 m简支钢箱梁桥为工程背景，由于该桥上跨的高速公路运营不能断交，采用了顶推施工方法。本文论述了该桥桥梁施工方案拟定，有限元软件计算顶推施工各工序的验算指标，钢箱梁顶推施工保证措施及施工控制要点，落梁施工安全保证措施，该项目施工已顺利完成，本文对钢箱梁桥施工方法有较高的应用价值。

关键词：钢箱梁桥；顶推施工；控制要点

1 工程概况

本工程路线设计起点为既有路（桩号K0+000），终点接现状路，线路长度约1.97km。其中桥梁修筑起点桩号为K1+044.832，终点桩号为K1+402.932，桥梁全长358.1m，桥梁面积约为4087 m2。在桩号K1+195位置上跨既有高速公路，斜交角620。

桥梁第3联设置一跨跨径为58 m简支钢箱梁，跨越高速公路，采用顶推法施工，钢箱梁立面布置见图1。钢箱梁梁高3m，桥梁横断面采用单箱双室结构，箱梁悬臂1.50m。箱梁标准顶板厚16mm，标准底板厚20mm，局部位置根据受力需要进行加厚，腹板标准厚20mm，局部位置根据受力需要进行加厚，顶板设置U 型加劲肋，加劲肋中心间距600mm，底板设置板肋，加劲肋中心间距400mm。

图1 钢箱梁立面布置图

2 施工方案拟定

由于本桥为简支单跨，平面上存在曲率，在施工过程中制定施工工序如下：

（1）钢梁厂内加工制作完成，现场利用汽车吊吊装、安装钢梁，同时安装钢梁顶推设备，准备进行顶推作业。

（2）钢梁顶推施工：由7#工向6#墩侧方向顶推，共计顶推40m，导梁前端到达6#墩附近支架。

（3）继续顶推到达设计位置。

（4）导梁拆除，完成顶推作业；钢梁落架完成，施工桥面二期等附属设施。

3 顶推施工控制要点

桥梁顶推施工是一种将预制桥梁段在后台预制好后，通过千斤顶等设备沿桥墩下滑或水平推送，直至完成全桥拼装的施工方法。具有施工速度快、对桥下交通影响小、节省施工成本等优点。

钢箱梁顶推施工过程中需要分别检测桥墩、临时墩、钢箱梁和导梁的应力和变形，并且以控制线型为主要指标，控制应力为次要指标，建立钢箱梁顶推施工的双控指标，以确保结构成型后能达到较为理想的受力状态。

采用计算软件建立分析模型，对顶推过程各施工工况进行模拟，将最不利工况下应力及变形位置作为监控控制点。

3.1有限元模型建立及计算

采用Midas Civil空间有限元程序进行建模验算，计算时按空间理论仿真建模，荷载效应考虑恒载、汽车活载、温度荷载、施工荷载、风荷载等。本工程验算内容为：

（1）持久状况承载能力极限状态：钢箱梁应力验算满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）要求。

（2）在正常使用阶段：钢箱梁挠度验算满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）要求。

（3）钢箱梁支座反力结果，支座的选型满足要求。

（4）施工阶段中不同施工工序下钢导梁截面的最大应力及钢箱梁截面的最大应力满足要求。

（5）施工阶段中不同施工工序下钢导梁前端的最大挠度及钢箱梁的最大挠度满足要求。

（6）顶推过程中的支架强度、刚度、稳定性验算满足《钢结构设计标准》（GB50017-2017）要求。

（7）钢箱梁与钢导梁整体稳定前三阶稳定系数，满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）要求。

3.2钢箱梁顶推施工保证措施

为了验证主梁截面应力和主梁、支架等的变形是否符合安全要求，本项目进行了施工观测，主梁在拖拉过程中，通过液压泵站油表读数和钢箱梁重量的计算关系，复核滑道的启动静摩擦系数和动摩擦系数。重点监控内容如下：

（1）钢箱梁的平面轴线偏位的控制

如果在施工过程中因两端千斤顶的不同步，造成钢箱梁平面轴线偏移时，就需要在拖拉过程中桥轴线偏位观测，并进行偏位的调整。轴线偏拉控制时既要实时测量箱梁平面线型，也要关注千斤顶的顶推力，一旦出现钢箱梁的平面轴线偏移，就要立刻调整两端千斤顶的顶推力，把钢箱梁的轴线位置控制在合理范围内。

（2）钢箱梁、钢导梁、支架的应力监控

由于悬臂不断增长和结构体系的转换，钢箱梁和导梁的杆件应力和拉压状态都在随时改变。应力变化的复杂性要求需要实时进行应力监测，如果发生了应力变化的异常情况，立即预警，暂停钢箱梁顶推施工，及时寻找原因并解决问题，防止杆件在顶推过程中发生屈服和失稳。

主梁挠度、支架的压缩变形和沉降等项目，在观测部位设置固定的水准尺或测点用精密水准仪观测。支架受水平推力发生的偏移，可在桥面和支架上标记的轴线位置用全站仪观测。主梁在支架上的荷载产生的反力，用竖向千斤顶上的压力表计算出反力，然后与理论值比较，以保证施工安全。

（3）控制导梁端部变形

钢箱梁顶推施工过程中必须严格控制导梁的梁端变形，确保梁下净空。施工中通过测量导梁端部高度的变化来体现挠度的变化，达到最大悬臂长度时最需注意导梁端高，同时也能通过梁段标高确定千斤顶临时起顶主梁的高度。

3.3落梁施工安全保证措施

落梁设备使用前必须经检验预压，保证设备正常工作，油压线路需经常保养、更换，避免出现卸载现象，控制系统提前调试完成后，由专人负责操作，压力表需经标定方可使用，落梁时，千斤顶压力表读数与桥面测量数据相互校验，避免出现压力与标高偏差过大，导致梁段滑移；落梁过程中数据监测必须及时准确反映梁段下落情况，落梁千斤顶单次行程完成后，分析测量数据，对下次落梁行程提供可靠数据；开工前检查所有预埋件连接情况，及时修补加强，保证落梁支架的稳定性。

4 结语

通过有限元软件验算了钢箱梁和导梁的应力和变形，同时在施工过程中实时与原计算值进行比较，保证了顶推施工过程的安全。该工程的顺利施工，节省了建设工期，未影响到桥梁所跨高速高速公路的交通运行，可对后续类似工程项目有一定的指导意义。

参考文献：

[1]JTG D64-2015，公路钢结构桥梁设计规范[S].人民交通出版社股份有限公司，2015.47-49.

[2]GB50017-2017，钢结构设计标准[S].中华人民共和国住房和城乡建设部，2017.81-94.

[3]曹广飞，申岩等.钢箱梁步履式多点顶推技术实践[J].建筑结构.2022,52(S2):2797-2801.

[4]范鹏，李志成，钢箱梁顶推施工中导梁结构受力分析[J].科技资讯.2023,22:125-128.

[5]谢福君，张家生，钢箱梁顶推参数影响及稳定性分析[J].铁道科学与工程学报,2019,16(6):1484-1492.