某跨铁路桥钢桁梁顶推施工方案及受力特性分析

黄庆玲

【关键词】跨铁路;钢桁梁;顶推施工方案;受力分析;安全稳定

【中图分类号】U445.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）06-0073-03

0 引言

随着科学技术的不断发展，跨铁路区段建设钢桁梁成为一种趋势，然而受路段行车车速快和施工时间短等问题的限制，很难保证钢桁梁施工有合适的时间和地点，并且施工过程存在一定的风险，项目施工的安全性难以保证[1]。如果使用顶推施工技术，利用场外进行施工，设计合理的工艺流程，不但可以降低整体项目的施工风险，还可以减少施工过程对铁路运输的影响。因此，设计合理的顶推施工方案是跨铁路桥钢桁梁项目最重要的环节。

1 顶推施工方案

1.1 工程概况

本项目属于广西境内的某跨铁路桥钢钢桁梁顶推施工工程，主要采用双幅钢桁梁，固定在两边的桥台墩上，项目全长59.8 m，跨铁路长59 m。其中，主钢桁梁的高度为8 m，宽度为19.8 m，两节之间的距离为5.9 m。腹杆、部分平联及横联使用的截面是“工”形，弦杆和其他平联横撑使用的截面是箱型。本施工技术项目把导梁装到端部，利用顶推技术实施安装，总体顶推1 389 t的重量，距离为94.4 m。钢桁梁立面布置图如1图所示，钢桁梁横断面布置如图2所示。

1.2 工程难点

广西某电气铁路具有特殊的性质，行车速度比较快。项目整体施工需要供电部门、车务部门、电务部门等多个部门相互配合，施工难度比较大，整体跨铁路的跨度比较长，项目首先需要进行悬臂操作，然后进行简支。此外，在施工过程中不但要注意铁路电线，还要避免高空坠物。所以，本项目的重点是保证施工的安全性和稳定性。

1.3 顶推施工工艺

1.3.1 拖拉法多点施工工艺

拖拉法顶推施工是目前普遍使用的方法，它是一种多点连续顶推，其中钢绞线使用千斤顶进行拉拽，设有临时支墩顶，里面有滑道，这样就可以保证梁在滑道上平稳滑动，保证梁体按照预定位置安装到位[2]。顶推施工系统主要包括牵引系统、滑道系统及竖向调节，不同的系统需要不同的设备支持，其中牵引系统主要由千斤顶、牵引所及顶推架组成，滑道系统主要由钢垫梁和滑板组成，竖向调节主要通过千斤顶和钢垫块实现。

拖拉法多点施工工艺具有以下特点。

（1）水平方向：使用钢绞线进行拖拉，钢箱梁发生平动，在这个过程中，水平力为支反力，桥墩整体所受到的摩擦力被抵消，合力微乎其微，不同支点的受力情况不同，所以整体水平方向具有力的作用。

（2）竖直方向：钢箱梁发生平动时，由于桥墩受到的摩擦力是随着竖直力变化而不断发生变化的，所以在这个过程中要根据梁体受到摩擦力的情况不断对牵引力进行调整，避免梁体受力过大;在泵站进行调压的时候，一定要确保其独立性。

（3）拖拉法多点施工工艺比较成熟，可以保证整体项目施工如期进行。

1.3.2 技术问题和解决措施

（1）进行顶推施工时，滑道和钢梁容易脱空，这主要是受到竖曲线的作用，所以可以使用多個滑靴保证其处于同一水平位置，这样可以保证钢梁水平行进，实现线形顶推。

（2）在1号主墩位置建立一个顶推墩。使用顶推技术之前，顶推墩不能作业，处于拼装平台的设备发挥水平顶推作用，但是不同滑道的水平受力不均衡，所以需要严格监视水平力度，防止水平力度过大。此外，在这个过程中要不断调节油压，避免油压过大，保证其处于安全范围。

（3）拖拉钢结构时，腹板同时受到3个方向的力，即剪应力、支承反力及弯曲压应力，由于项目跨度比较大，因此腹板要进行屈曲计算。

1.3.3 顶推施工工艺流程

顶推施工工艺流程如图3所示，主要包括以下工序：首先安装支架、滑道，然后把导梁拼装好，拖拉程序启动8 m以后停止，在拖拉过程中去除1个滑靴，此时测量1个导梁的重量和侧重量;再次拖拉16 m，再去除1个滑靴，再次测量导梁的重量、侧重量及导梁前段下挠距离;继续拖拉16 m，使用千斤顶辅助导梁上墩，然后把钢丝绳松开并拆除，再去除2个滑靴，测量1个导梁的重量、侧重量及导梁上墩前的最大下挠距离;又拖拉16 m，使用液压千斤顶把钢梁升上去，然后把滑靴拉回滑道，重复此动作后再去除1个滑靴;继续拖拉6.4 m，使用液压千斤顶把钢梁升上去，然后把滑靴拉回滑道，重复此动作，去除1个滑靴;拆除导梁和进行落梁操作。

1.4 顶推施工方案布置

1.4.1 总体布置

（1）综合考虑不同场地的交通状况，选取比较合适的顶推平台进行跨度布置。如果选取平台比较短，需要进行拼装，并加推顶推，会造成钢梁悬置时间过久。根据导梁长度和钢桁梁的具体状况，设置拼装平台为104 m。

（2）悬臂最大位置为导梁在1号墩时，此时主梁具有最大的剪力，所以需要对腹板进行屈曲分析。

1.4.2 关键工艺流程

（1）受到场地的影响，拖拉完毕后需要横移钢梁，使其到达比较理想的位置，此过程中要使用滑靴、千斤顶及滑道，方法同纵向拖拉。步骤1：把钢梁用千斤顶顶起来，在滑道上使用横向滑靴代替纵向滑靴，然后焊接固定。步骤2：在拼装平台和1号主墩位置两边设置千斤顶并用钢绞线紧固，同时启动千斤顶。步骤3：拖拉2.7 m以后拆除设备并落梁。

（2）落梁卸载的过程中，要使用合理的设备，考虑梁底标高，选择使用单液压顶。梁体落梁之前把支座安装好，使用墩盖梁并配置千斤顶，拖拉拼装完成以后使用整联落梁。千斤顶配置一定要满足落梁要求。步骤1：顶推到预定位置以后，把卸载垫块和油缸安装在横梁位置。步骤2：使用油缸把顶推顶起来，使其离开滑道，然后把支架和滑道拆除。步骤3：安装支座，放置钢垫板。步骤4：交替抽取钢垫板和油缸垫块，保证顶推落梁到预定位置。

（3）导梁进行拆除时利用汽车吊，使用分节拆除的方法。

2 受力特性分析

2.1 荷载计算分析

使用计算机对自重进行核算，然后修改容重，最后保证模型种类和实际重量一致。荷载组合使用1.2倍的自重和1.0 kN/m2的风荷载，风速按照27 m/s计算。

2.2 模型计算

使用有限元进行分析计算，具体步骤如下。

（1）整个路桥的结构为桁架式，总长度为59.8 m，跨度为57 m，使用支架简支在两边台墩，主梁桁的高度为8 m，宽度为19.8 m，桁节长度为5.9 m。弦杆和部分平联横撑截面都使用箱型，腹杆和其他平联及横联截面使用“工”形[3]，主梁计算模型如图4所示。

（2）导梁主要由2个主梁桁架构成，其材质为“H”形钢，距离为19.8 m，具有圆形的横向联系和上下联系，使其组成一个整体，纵向方向长41.3 m。在导梁的前面设有台阶，主要是为了方便上墩。导梁计算模型如图5所示。

（3）主桥进行顶推时，主要依靠滑靴和临时墩，在施工时起到临时支撑的作用，根据其布置状况，主要进行以下几种工况计算：导梁和主桁梁拼装、导梁悬臂、导梁和上1号墩、主梁和1号墩及导梁拆除。

（4）根据应力和变形计算，各工况计算结果见表1。

根據表1可知以下结果：根据工况六可知，导梁的最大应力可达184.1 MPa;根据工况三可知，导梁的最大位移可达142.3 mm。根据工况四可知，主梁的最大应力可达94.4 MPa;根据工况五可知，主梁的最大位移可达38.7 mm。主梁和导梁连接系材质的容许应力相比发现，工法满足相应的施工要求。

3 结语

（1）使用跨铁路桥钢桁梁顶推施工技术，可以合理利用整体施工场地，优化了工艺流程，降低了施工风险，减少了对铁路运输的影响。

（2）通过深入剖析顶推施工技术流程，抓住重点、难点和主要工序，降低了施工过程中的危险系数，保证了施工的安全性和稳定性，能带来较大的社会效益和经济效益。

（3）通过对顶推施工过程中不同工况的受力特性进行分析，优化了不同结构的局部节点，计算结果满足相应结构的设计要求，降低了工程成本[4]。

参 考 文 献

[1]白烜宁.大跨钢桁梁桥顶推施工过程受力分析及控制技术研究[D].兰州：兰州交通大学，2014.

[2]蹇钢.大跨度钢桁梁顶推施工控制研究[D].长沙：长沙理工大学，2016.

[3]杨江国.钢桁梁顶推施工的技术应用[J].城市道桥与防洪，2018，34（5）：56-57.

[4]范静涛.高速铁路四线大跨钢桁斜拉桥主桁研究[J].铁道标准设计，2018，24（4）：56-57.