大跨钢箱梁设计与顶推施工

2015-01-08贺剑东杨丽萍

城市道桥与防洪 2015年7期

贺剑东，杨丽萍，崔禄

（1.山东通达路桥规划设计有限公司，山东烟台 264000；2.烟台市建筑设计研究股份有限公司，山东烟台 264000；3.烟台市城建设计研究院有限公司，山东烟台 264003）

1 工程概况

某高架桥第7联设计为58 m+89 m+58 m三跨变截面连续钢箱梁，桥面宽33 m，按双向8车道设计，采用单箱六室变高截面，边支点梁高2 120 mm，中支点梁高3 800 mm，第二跨跨中梁高2 600 mm。钢材材质为Q345qD。

第7联地处某河老桥上方，桥宽33m，桥面纵坡0.6%。白天要保证两侧正常通车，属于特殊架设联，第7联中跨跨过老桥，其临时支架右侧边跨要保证3×3.25=9.75（m）的通车宽度，左侧要保证2×3.25=6.5（m）的通车宽度。现有老桥桥长76 m，桥宽33 m，为简支T形梁桥，桥梁限重20 t。由于老桥承载力受限以及交通通行的需要，89 m跨钢箱梁采用顶推施工，58 m跨钢箱梁采用支架散拼施工。详见图1～图3。

2 成桥计算

该工程成桥阶段采用日本规范[1]、英国规范[2]，并结合我国规范[3]的方法分析验算了钢箱梁的受力及稳定性，其计算结果见图4～图6。

钢箱梁顶板所受正应力共分两部分，分别为第一体系、第二体系，钢箱梁底板仅受第一体系应力。限于篇幅不列出第二体系的计算和稳定性计算结果。综合后钢箱梁所受应力如表1所示。

3 顶推施工

顶推法施工目前在国内应用比较普遍，其施工工艺主要有3种，分别是：拖拉式多点连续顶推、楔进式多点连续顶推、步履式多点连续顶推。步履式多点连续顶推施工工艺设备构造简单、受力明确、施工方便、节省成本，故该工程采用该顶推方式进行施工。

步履式顶推设备进行顶推，工作原理是竖向油缸顶起箱梁，水平油缸完成向前顶推，竖向油缸回油落梁后搁置于临时支撑上，水平油缸回油完成一个行程的顶推工作，顶推过程中是一个自平衡的顶推动作过程。

顶推施工的工艺流程如图7，拼装平台、顶推路线及步履式顶推设备见图8～图10。

顶推施工采用ANSYS的shell单元建立整体模型，模拟22个施工阶段。限于篇幅不再一一列出每一阶段的计算结果，仅示出最不利的工况20的计算结果，见图11、图12。

由有限元计算结果可知，顶推过程中钢箱梁最大应力出现在工况20时导梁翼缘板变薄段处，σmax=93.2 MPa<[σ]=175 MPa。顶推施工钢箱梁和导梁强度均满足要求。

该工程第一次采用步履式顶推设备顶推箱梁底板具有竖向弧线的钢箱梁，由于顶推设备自身竖向调整高度为300 mm，而该工程钢箱梁最大高差为1 200 mm。为解决此问题，该工程设计了可以调整竖向高度的支架，施工支架顶层设置一层可上下调整高度的调整梁，使用4个10 t油缸将调整梁与下层支架连接，并获得了成功。

4 结语

图1 钢箱梁3.8 m高度标准断面（单位：mm）

图2 跨中主梁横隔板断面（单位：mm）

图3 钢箱梁支点断面（单位：mm）

图4 第一体系上缘正应力包络图（单位：MPa）

图5 第一体系下缘正应力包络图（单位：MPa）

图6 第一体系剪应力包络图（单位：MPa）

表1 钢箱梁应力综合表（单位：MPa）

图7 钢箱梁顶推施工工艺流程

钢箱梁具有造型美观、施工迅速、工厂化高、跨越能力强、节能环保等优点，是未来我国桥梁主要发展方向之一，而我国的钢桥规范早已过时，这大大阻碍了我国钢桥的发展。本文基于日本规范[1]、英国规范[2]并结合我国规范[3]对大跨钢箱梁进行城桥验算，避免了以往设计阶段繁琐的计算过程，大大节约了时间，为以后钢箱梁的普及提供了可靠的技术保障。钢箱梁的施工以往主要采用散拼支架施工或悬拼施工，很少采用顶推施工，尤其是变截面梁国内更是少有。该工程解决了变截面钢箱梁的顶推施工难点，为以后类似工程提供了可以借鉴的宝贵经验。