跨铁路钢主梁顶推施工技术及全过程受力分析

韩玉霞

（山西省公路局 长治分局，山西 长治 046000）

1 工程概况

主桥采用独塔双索面叠合梁斜拉桥，跨度布置为2×140 m=280 m，下部结构2号墩为独塔，主塔采用花瓶形桥塔，钢筋混凝土结构，塔高106 m，整个高度方向设上、中、下3道横梁。塔柱均为矩形空心截面，其顺桥向尺寸为5.5～6.5 m，上塔柱和中塔柱横桥向尺寸均为3.2 m，下塔柱横桥向尺寸为3.2～5.0 m。

主梁全长为279.4 m，梁高2.6 m，断面采用钢边主梁结合桥面板的整体断面，横向共两处边主梁，两主梁横向中距28 m，主梁标准节段长12 m。横梁标准间距为4 m，单个横梁横向3个节段进行拼装。桥面板为27 cm等厚度部分预制桥面板，端部桥面板厚度为50 cm，横向分两块，纵向按横梁间距划分，预制板之间通过桥面现浇湿接缝连接。斜拉索采用双索面扇形布置，下端通过锚拉板锚固于主梁顶面。

小里程侧主梁上跨4条既有线路，施工采用顶推方式[1]进行，该侧拼装115.2 m钢梁，顶推过铁路既有线，为了减小对铁路的干扰，剩余29 m采用吊车支架拼装。

图1 桥型布置图（单位：cm）

图2 横断面布置图

2 总体施工方案

小里程侧上跨既有线路部分采取先在引桥处搭设支架拼装[2]，再以顶推方式将钢梁架设到位；大里程侧上跨洪沟部分，采取搭设支架，直接在设计位置拼装钢梁。钢梁跨越铁路，施工期间需要封道，考虑到顶推施工对铁路的影响，须尽量减小跨铁路顶推的时间，因此考虑占用引桥部分作为拼装导梁区域，增加一次性拼装顶推的梁段数量。拼装支架按照钢边主梁节点间距布设，同时在N01墩与1号墩中间位置设导梁拼装支架[3]，顶推过程中承受钢梁重力。小里程顶推施工区域临时墩共5个（P1～P5），其中在第一跨铁路间共3个（P3～P5）；临时支墩及过洪沟部分拼装支架基础采用钻孔桩基础，其余拼装支架基础采用扩大基础。

图3 顶推场地布置图

该项目顶推施工工艺采用多点连续顶推法[4]（简称拖拉法），拖拉法通过张拉千斤顶牵拉钢绞线，拖动梁段在临时支墩顶设置的滑道上滑移，牵引梁体安装就位。顶推施工需要设置滑道系统（四氟滑板、钢垫梁等）、牵引系统（穿心式连续液压千斤顶、顶推反力架、牵引索、拉锚器等）和竖向调节系统（竖向千斤顶、钢垫块）等。在搭设好的拼装平台上拼装导梁及钢梁分段，在第1个分段上设置后锚点，在开发区侧原位拼装好的钢梁第一个梁段上设置反力架，安装拖拉设备并完成调试，进行顶推。

图4 顶推场地布置图

3 顶推施工流程

主梁顶推方向为小里程向大里程顶推，主要顶推步骤如下：

a）第一步 首先施工小里程方向1号边墩及引桥下部结构施工。

b）第二步 在1号边墩及引桥范围内搭设拼装支架及顶推支架。钢梁每个节段分5个单元进行组拼，即2个纵梁节段和3根横梁。横梁提前在存放区拼装成整根。拖车运至现场。由吊车起吊拼装。各单元之间采用高强螺栓连接。

c）第三步 在1号边墩及引桥N01～N03墩范围拼装钢梁节段及导梁，分3次拼装顶推，先拼装钢梁48 m+导梁32 m。

d）第四步 第一次钢梁拼装完成后，在6个支墩上设置24台200 t竖向千斤顶将钢梁及导梁顶起，安装滑道，落梁将钢梁及导梁落在滑道上。

e）第五步 将该部分钢梁向大里程方向顶推36 m，使导梁前端落在P3临时支墩上，需要4～5个小时跨越既有线。

f）第六步 第一次钢梁顶推到位后，进行第二次钢梁拼装。该次拼装36 m，向大里程顶推36 m，导梁前端落在P4临时支墩上。

g）第七步 第二次钢梁顶推到位后，进行第三次钢梁拼装。该次拼装31.2 m。并对钢梁进行调整，作好各种准备工作，连续顶推到达P5临时墩。对钢梁进行调整后，继续向前顶推29 m达至钢梁最前端到达P5临时墩，拆除导梁，后再顶推至设计位置。

h）第八步 剩余29 m3节钢梁，采取支架上拼装钢梁。与两侧钢梁合拢，拆除滑道、落梁，调整至设计 位置。

图5 顶推场地布置图

4 受力分析

4.1 钢导梁受力分析

导梁由两片等高度工字形实腹板钢板主梁组成，横向中心距28.8 m，导梁纵向长32.0 m，高度与钢梁两侧腹板对应一致。导梁根部高度为2.1 m，前端4 m底板逐渐抬高1 000 mm，便于导梁上墩。工字形钢板主梁顶、底板厚度30 mm，翼板宽度600 mm，腹板厚度20 mm，设置有12 mm厚的横向加劲肋和12 mm厚的纵向加劲肋。两片主梁之间设有圆管组成的横向联系和上、下平面联系，将整个导梁形成整体，其中弦杆采用H250×125×6×9，斜撑采用P114×4。导梁重量后端约12 kN/m，前端重量约10 kN/m。

图6 临时支架分析模型

表1 钢导梁主要计算参数表

考虑第P4、P5临时墩之间跨度最大，导梁到达第P4临时墩时继续前移至导梁尾部到达第P5临时墩，导梁会出现最大受力[5]。采取将导梁前端到达第P5临时墩后，每移动2 m间隔进行全过程分析[6]（纵向移动16次32 m，导梁尾部达到第P5临时墩进行计算）。导梁弯矩图、导梁剪力图如图7。

图7 钢导梁顶推全过程受力分析

由导梁弯矩图中可知，当导梁尾部接近P5临时墩时受力最大，根部最大弯矩为9 562.5 kN·m，根部最大剪力为1 098.9 kN，导梁应力验算：

σmax=Mmax/（γx×Wx）=9562500000/（1.05×50646130.3） =179.8 MPa ＜1.25[σw]=1.25 ×200=250 MPa，

τ=Vmax×Sx/(Ix×Tw)=1098900 ×2930290/（53532959774.0 ×20）=30 MPa＜1.25[τ]=1.25 ×125=156 MPa。

即导梁的最不利受力满足要求。

4.2 钢主梁顶推最不利受力分析

钢梁总重量为2 661 t，每延米重2 661/279.4=9.524 t，考虑高强螺栓及部分临时荷载，顶推重量按10 t/m进行计算，每片主梁承受自重约10 000/2×10/1000=50 kN。

拼装墩间距与纵梁节点间距相对应，为4×12 m，铁路间临时支墩布置间距为（35+29.69+41.36+33.96）m，拼装临时墩设在N01与N02墩处。顶推过程中临时墩对各阶段中受力较为不利的工况进行建模计算。

考虑第P4、P5临时墩之间跨度最大，导梁到达第P4临时墩时继续前移至导梁尾部到达第P5临时墩，导梁会出现最大受力，钢梁也处于不利[7]。采取将导梁前端到达第P5临时墩后，每移动2 m建立模型计算（纵向移动16次32 m，导梁尾部达到第P5临时墩进行分别计算）。

钢梁从导梁至第P5临时墩在前移过程中弯矩图、剪力图如图8。

图8 钢主梁顶推全过程受力分析

经过全过程模拟、分析、计算，拼装115.2 m钢梁+32 m导梁，顶推至钢梁尾端脱离P2临时墩时（最大悬臂状态），钢梁所受弯矩最大Mmax=21257.6 kN·m，钢梁应力验算：

σmax=Mmax/ （γx×Wx）=21257600000/ （1.05 ×108051479.0）=187.4 MPa＜[σw]=200 MPa，

同理，处于上述状态时剪力最大，Vmax=1490.4kN。

τ=Vmax×Sx/(Ix×Tw)=14904000×75493741.5247/（143419233733.625×28）=28 MPa＜120 MPa。

即钢梁的最不利受力满足要求。

5 结语

本文以某单塔双索面斜拉桥为例，对顶推临时支墩布置及顶推施工方法进行了介绍，同时对顶推施工的详细施工流程进行说明，并借助空间有限元模型建立导梁及钢主梁分析模型，对顶推全过程结构的最不利受力进行了分析，通过分析确定了顶推全过程钢导梁及主梁的最不利施工阶段，有效指导现场顶推施工，同时也验证了临时支墩布置的合理性及顶推方案的可行性，可供类似工程借鉴。