红水河特大斜拉桥顶推施工中导梁设计施工关键技术

黄绍结, 李莘哲, 崔 海

(1.广西路桥工程集团有限公司, 广西 南宁 530011; 2.中铁大桥(南京)桥隧诊治有限公司, 江苏 南京 210061)

红水河特大斜拉桥顶推施工中导梁设计施工关键技术

黄绍结1, 李莘哲1, 崔 海2

(1.广西路桥工程集团有限公司, 广西 南宁 530011; 2.中铁大桥(南京)桥隧诊治有限公司, 江苏 南京 210061)

顶推施工过程中结构体系不断转换，对主梁的刚度、强度要求较高。导梁的设置可有效降低顶推过程中主梁内力，增大顶推的跨度；施工过程中也是引导主梁上墩以及纠偏的重要措施。结合顶推施工实例对导梁设计及施工的重要参数、工艺进行介绍，为特大斜拉桥顶推施工积累经验，为类似工程提供参考。

斜拉桥; 顶推； 导梁

1 项目概述

红水河特大桥位于贵州省罗甸县与广西省天峨县交界处。桥梁上部结构为：引桥2×20 m预应力混凝土现浇箱梁+主桥(213 m+508 m+185 m)双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥，桥型布置如图1所示。

其中中跨及贵州岸边跨采用钢纵、横梁及混凝土桥面板叠合梁；广西岸边跨采用现浇预应力混凝土双肋式“Ⅱ”型梁。

叠合梁高3.08 m，宽27.7 m。钢梁由钢主梁、钢横梁、小纵梁组成，结构形式如图2所示。

图1 红水河大桥桥型布置图(单位： cm)

图2 钢梁构造图

全桥钢主梁按顺序划分为ZL1 — ZL65，其中贵州岸边跨主塔上梁段ZL1 — ZL22采用顶推法，合计236.78 m。

2 顶推施工概述

顶推法施工自1959年在奥地利的Ager桥上成功应用以来，在国际及国内建桥史上得到了迅速发展。1963年，委内瑞拉的卡罗尼桥被认为是第一座真正意义的采用顶推法施工。2004年的法国米约高架桥采用多点柔性正交顶推技术，代表了目前世界顶推技术的先进水平。国内自1977年狄家河大桥成功采用顶推法之后，相继修建了几十座预应力连续梁桥。到目前为止，顶推法施工已经成功在连续梁桥、斜拉桥、悬索桥、梁拱组合桥梁中应用，已经具有成熟施工工艺和丰富的施工经验。

红水河大桥为于“U”型峡谷上，主塔高度达到了195.1 m，采用多点同步顶推工艺是科学、经济的施工方案。但是红水河特大斜拉桥结构复杂，施工难度大，采用顶推施工是大桥甚至是惠罗线的关键节点。

3 导梁参数确定

3.1 导梁形式选择

目前常用的导梁结构形式有两种，桁架梁和钢板梁，两种结构形式对比如表1所示。

表1 导梁结构形式对比项目钢桁梁钢板梁受力桁架弦杆承受集中荷载性能较差,需做加强,抗风性能较好受力明确,适应顶推过程各点均需承受集中荷载,抗风性能较差自重自重较小自重较大刚度刚度较小刚度较大加工节点多,加工复杂节点少,加工简单

根据国内外施工经验，主梁自重及刚度较大时应采用刚度大、强度高的钢板梁形式。红水河大桥主梁每延米重量约117.7 kN，选择钢板梁形式更加合理，前导梁构造如图3所示。

图3 前导梁构造图(单位： mm)

3.2 导梁跨度和刚度

导梁的跨度设计通常要考虑强度和刚度因素。主梁负弯矩与主梁端部悬臂长度的二次方成正比，最经济的导梁长度通常为顶推跨度的2/3。一般情况下导梁的刚度仅为主梁刚度的1/5～1/10。相对而言，对主梁内力的影响，跨度比刚度影响要大。

表2为部分桥梁导梁长度参数统计。

表2 部分桥梁导梁长度参数统计桥梁主跨/m顶推跨度/m导梁长度/m比值导梁形式狄家河桥404030.80.77钢板梁钱塘江二桥3232230.72钢板梁杭州江东桥26052360.69钢板梁佛山平胜大桥35078480.62钢板梁郑州黄河大桥1681681080.64钢桁梁注:表中比值为“导梁长度/顶推跨度”。

综合考虑导梁的自重、长度对主梁悬臂负弯矩及支点反力的影响，红水河特大斜拉桥最终确定导梁长度为顶推跨度的0.6倍。导梁根部的惯性矩为0.0683 m4，钢主梁截面惯性矩为0.3559 m4，两者刚度比值为1/5.2。

通常导梁最不利的受力状态为最大悬臂状态或支点位于钢导梁与桁架连接处工况。采用有限元分析软件midas建立模型(图4)进行分析。

图4 导梁计算模型

顶推施工过程中，当桥墩支撑在钢导梁与桁架连接处为最不利工况。导梁承受自重引起的负弯矩同时，又承受连接横梁自重作用引起的负弯矩，为双向受弯状态。各工况应力统计如表3所示，最不利应力云图如图5所示。

在顶推过程中，前导梁最大弯矩的阶段为导梁悬臂16 m，最大弯应力值为101.5 MPa<210 MPa；最大剪力阶段为导梁悬臂出临时墩顶20 m，剪应力值为24.6 MPa<120 MPa。满足顶推受力要求。

3.3 导梁上墩

顶推施工时，当导梁端部移动至前方桥墩时，由于悬臂下挠导致导梁前端底标高低于滑道顶标高。因此需要施加一定的垂直顶升力使导梁重新返回滑道。主要措施包括以下几点。

表3 最不利状态导梁应力统计悬臂长度/m正弯应力/MPa负弯应力/MPa最大剪应力/MPa备注066.881.510.9282.383.411.7474.177.314.6678.279.917.589497.418.510100.499.120.21293.792.518.41495.394.120.416101.5100.321.2支点位于连接处1898.297.222.82095.994.824.6最大悬臂状态2295.994.89.2

图5 导梁受力最不利状态应力云图(单位： MPa)

1) 导梁前端设置鼻梁构造。鼻梁的开口尺寸应综合考虑导梁的刚度(即下挠量)、千斤顶的高度。开口高度扣除下挠量后应满足安放千斤顶、滑板、支撑垫板等的需要。

2) 千斤顶的行程应大于导梁前端的下挠量以使导梁重返滑道。

3)千斤顶的底部须设置滑板，与导梁间设置限位撑，保证千斤顶和导梁一起滑动前行。导梁引入滑道后方可移除千斤顶，导梁上墩构造如图6。

图6 导梁上墩构造及现场照片

3.4 导梁连接

导梁与主梁连接处受力巨大，是顶推施工的关键部位，影响顶推施工的成败。红水河大桥导梁与主梁采用高强螺栓连接(图7)。顶底板及腹板拼接板厚度均为20 mm，采用10.9级M30高强螺栓群。经检算，单个螺栓受力32.1 kN，小于承载能力149 kN，满足要求。

图7 主梁及导梁连接构造(单位： cm)

4 结束语

红水河特大斜拉桥贵州岸边跨采用顶推施工方案是科学、切合实际的，采用多点同步顶推是合理的。

1) 导梁采用钢板梁的形式，与主梁连接简化、受力更加可靠，刚度过渡均匀。有效降低顶推过程中主梁的应力水平。

2) 导梁与主梁刚度比为1/5.2。模拟计算显示，导梁各工况应力均满足规范要求。

3) 导梁前端设置了鼻梁构造，鼻梁的开口尺寸与导梁刚度相匹配，上墩工艺操作可行性较强。

本导梁成功在红水河特大斜拉桥顶推施工中应用。其结构形式、连接构造以及施工工艺等均得到了检验，可为类似工程提供参考。

[1] 范立础. 桥梁工程[M].北京：人民交通出版社, 2012.

[2] 项海帆、姚玲森.高等桥梁结构理论[M] .北京:人民交通出版社,2011.

[3] GB50917-2013，钢 — 混凝土组合桥梁设计规范[S].

[4] 姚发海.大跨度长联钢桁架设顶推关键技术[J].桥梁建设，2011(2).

2016-08-11

黄绍结( 1973-) ，男，高级工程师，主要从事桥梁建设。

1008-844X(2017)01-0126-03

U 448.27

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