大跨度变截面钢箱梁顶推施工关键临时构件受力分析

舒育正，何 斌，贾正伟，傅中秋

（1.浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098）

桥梁作为交通运输的重要组成部分，连接着中国城市经济发展的命脉。目前，随着城市交通需求量的与日俱增，桥梁施工技术也进入了高速发展的阶段[1]。钢箱梁具有质量轻、刚度大、跨越能力强等特点[2]，被广泛应用于大跨径桥梁建设中。同时，为了使桥梁建设过程不影响既有交通，钢箱梁顶推施工法[3]逐渐被人们采用。

钢箱梁顶推施工过程中，需要搭建临时构件，包括顶推支架、拼装支架、临时扣塔等，临时构件对顶推施工顺利实施及安全保障起到至关重要的作用[4]。赵世超等[5]采用了有限元软件计算分析不同临时墩布置方案下钢箱梁的受力特性，研究发现，随着临时墩间距的增大，顶推过程中，主梁产生的最大应力、变形及支反力均增大。潘峰等[6]分析了装配式混凝土建筑中常见的临时支撑体系存在的问题，并提出了竖向构件临时支撑体系。

钢箱梁顶推施工临时构件是确保顶推施工质量与安全的重要组成部分。因此，本文以实例工程为背景，研究顶推过程中临时构件受力情况，用于保障施工的顺利进行，得到的结论可用于指导类似工程施工。

1 工程概况

本工程案例桥跨越某榆河，为新建工程，全长约1.6 km，宽40 m。其中桥梁为东西方向的城市主干路，桥长252 m，为主跨120 m 的钢箱梁结构斜拉桥，斜拉桥外装饰，跨径布置为66 m+120 m+66 m。

本工程临时构件包括：①单幅单边钢梁顶推共计3组顶推支架，其中3#支架采用8 根Φ630 mm×10 mm的钢管，管顶采用双拼HM588 型钢作纵梁；1#及2#支架采用8 根Φ630 mm×10 mm 的钢管，管顶采用三拼H440 型钢作纵梁。支架钢管连接系均采用18 号槽钢。②单幅单边钢梁吊装共计2 组拼装支架，支架立柱采用8 根Φ273 mm×6 mm 的钢管，管顶采用双拼H440 型钢作分配梁，支架钢管连接系均采用L80×5 mm 的角钢。③临时扣塔由4 根Φ630 mm×10 mm 的钢管组成，塔顶设双拼HM588 型钢作为张拉锚点底座。支架底部采用3 m×1.5 m×0.18 m 的钢箱板作为底座，箱板底座与钢梁焊接固定。

2 有限元计算结果

本节主要通过有限元软件，分析最大顶推悬臂状态工况下各临时构件的受力情况。

2.1 顶推支架受力分析

荷载工况取最大反力516.7 t 竖直压力及516.7×tan4°=36 t 水平分力建模分析，恒载荷载分项系数取1.3，并考虑步履机位于纵梁正中位置及步履机偏离纵梁正中最大距离位置2 种情况验算。

顶推支架有限元模型如图1 所示。

图1 顶推支架有限元模型

将计算结果进行汇总，如表1 所示。从表1 中可以看出，各顶推支架满足强度要求。根据屈曲分析的计算结果，顶推支架的整体稳定性安全系数均不小于4，支架整体稳定性满足要求。

表1 顶推支架计算汇总

2.2 拼装支架受力分析

取最大钢梁节段136 t 自重荷载并考虑1.5 倍不均衡偏心系数，对H440 型钢分配梁和P273×6 mm 支架钢管进行受力分析，有限元模型如图2 所示。

图2 拼装支架有限元模型

根据有限元计算结果，分配梁最大组合应力为59.2 MPa，最大挠度为2 mm。H440 型钢横梁最大组合应力为59.2 MPa＜175 MPa，最大挠度为2 mm＜2 000/400=5 mm，H440 型钢横梁满足要求。对P273×6 mm 支架钢管进行分析，求得支架钢管最大组合应力为96.2 MPa；支架钢管最大轴力为331.9 kN；支架钢管最大反力为27.8 t，根据GB 50017—2017《钢结构设计标准》，验证了钢管稳定性满足要求，拼装支架满足要求。

2.3 临时扣塔受力分析

钢梁前端顶推至预定合拢位置后，在P1、P2 墩顶支座中心上方钢箱梁顶面隔板处安装40 m高的临时扣塔，利用钢绞线张拉提升钢梁前端下挠部分。根据采用的施工过程计算，顶推到位后搭设临时扣塔并采用钢绞线对称张拉，可分解为98.6 t 竖直向上的力和113 t 水平方向的力。经过计算，成桥后的钢箱梁成桥组合应力最大值为69.7 MPa，挠度最大值为266.6 mm。临时扣塔斜拉索张拉后、合拢焊接前，合拢焊缝与距离6.5 m 处的节点之相对位移为14.5 mm，故合拢焊缝处的顺桥向折角坡度为2×14.5/6 500≈4.5‰，线形基本平顺。

对扣塔纵梁取竖向和水平分力塔进行建模计算，如图3 所示。根据计算结果，2HM588 型钢垫梁最大组合应力约为44.3 MPa，剪应力约为0 MPa；支架钢管最大组合应力约为169.4 MPa＜215 MPa，剪应力最大值约为14.5 MPa＜125 MPa，位移最大值约为95.6 mm。临时扣塔的钢管的钢管立柱最大轴压力为1955.4 kN，根据屈曲分析的计算结果，临时扣塔的整体稳定性安全系数为22.7，支架整体稳定性满足要求。

图3 扣塔钢管立柱有限元模型

3 结论

本文主要研究大跨度变截面钢箱梁顶推施工下临时结构受力情况，主要结论如下：①在顶推至最大悬臂端工况下，各临时构件结构受力与整体稳定性均满足要求；②根据施工方案，顶推至合龙前，现场将在钢梁尾端配重，建议在满足钢梁整体稳定性需求的前提下，严格控制配质量，以减少配重对临时支架受力的影响；③根据计算，顶推至最大悬臂状态时，临时扣塔组合应力和轴力均较大，建议线形满足条件下，调整钢绞线的张拉力和扣塔高度，以改善扣塔的受力。