大跨钢箱梁顶推施工中临时扣索塔架作用分析_施军.pdf

41材料与技术Material&Technology2023NO.05收稿日期：2022-06-17作者简介：施军(1981)，男，四川合江人，硕士，工程师，主要从事桥梁设计及施工方面的工作。通讯作者：唐亮(1983)，男，重庆人，副教授，主要从事桥梁检测监测研究，邮箱：。EffectsofTemporaryBuckleTowerinIncrementalLaunchingConstructionofLong-spanSteelBoxGirderShiJun,LanXiaojun,GaoYamin,ZhouHongdeng,ZhengXiaoyang,TangLiangAbstract:Duringtheincrementallaunchingconstructionoflong-spansteelboxgirder,theoverlargedownflexureofguidebeammakesitdifficulttogetonthepierandaffectsconstructionsafety.Settingatemporarybuckletowerisaneffectivemethodtoreducedeflectionoftheguidebeam.BasedonalargebridgeinHotanPrefecture,Xinjiang,thispaperdiscusseshowtocrossthe100-metremainspanofthebridgebysettinguptemporarybuckletowerstoassistinincrementallaunchingconstructionwithouttemporarypiers.Byestablishingafiniteelementmodelfortheentireconstructionprocess,thedisplacementandstresssituationofthebeamandtemporaryauxiliaryfacilitiesduringtheincrementallaunchingprocesswereanalyzed,andthedisplacementchangecurveandstressenvelopediagramofthetopandbottomsurfacesofthebeamwereplottedsectionbysection.Theresultsshowthatsettingthetemporarybuckletowercanliftthebottomofthefrontendoftheguidebeamtothepiertop.Inthewholeprocess,themaximumMisesstressonthetopandthebeamdecreasesby62.7%and29.5%,respectively.Thestudyprovidesatechnicalreferenceforthesimilarbridgeconstructionsinthefuture.Keywords:steelboxgirder;incrementallaunchingconstruction；longspan；displacementcontrol；buckletower0 引言随着我国交通基础设施的不断完善，越来越多的道路渗透向山川、峡谷、跨越铁路线等地形条件复杂的地区，越来越多中大跨度桥梁需要建设。顶推法施工凭借其不占用桥下空间、不影响桥下通行、所需器械简单等特点在城市高架桥、跨铁路桥、跨山川河泊等桥梁建设中备受青睐。克服导梁前端挠度顺利上墩作为顶推施工过程中的重要条件，已有学者进行了理论探索和工程实践。郑北大桥在 94m 顶推跨径施工中采用临时扣锁塔架辅助跨越技术，在箱梁前端设置格构柱式扣锁塔架，有效降低了结构应力和结构挠度，而且扣塔与纵梁的焊接点少，施工较方便1。柳州市左江大桥对临时塔架设 3 层拉索，利用塔架对主梁的内力进行重分布，克服了由于跨度大、自重大引起的导梁前端挠度过大问题2。康浪跨江便桥钢箱梁段跨度大，采用索塔辅助顶推施工，通过张拉临时拉索调整主梁内力分布，改善钢箱梁受力状况，从而提高了顶推跨越能力3。柳州市凤凰岭大桥采取搭设格构柱式临时塔架的措施，对钢箱梁顶推的状态下导梁前端下挠超过允许值，且最大悬臂状态下墩顶截面应力较大的情况进行控制，通过调整临时索的张拉力，克服导梁前端下挠，辅助梁体顶推跨越 130m 最大跨度4。本文以大型通用有限元程序 ABAQUS 为计算工具，对新疆和田地区某大桥顶推施工跨越最大 100m 跨度进行了理论分析和计算，得出最大悬臂状态下塔架受力及导梁变形情况，对该桥钢箱梁施工顺利进行提供数据支撑，为今后同类型的桥梁施工提供技术参考。1 工程概况该钢箱梁顶推施工项目位于昆仑山腹地，由于该桥地形地质条件复杂，材料运输困难，考虑到现场条件及公路桥梁抗震设计规范（JTG/T2231-012020）5的要求，上部结构采用钢箱梁顶推方案，钢箱梁由专业化工厂制作，季节影响因素小，加工制造速度快、精度高，质量可控，可靠性更高。该桥顶推施工临时墩排布受地理因素影响，相邻两墩最大距离100m，其间无法设置临时墩，致使在顶推施工过程中梁体最大悬臂可达doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2023.05.41基金项目：新疆维吾尔自治区交通运输行业科技项目（2022-ZD-012）。引文检索：施军，兰小钧，高亚民，等.大跨钢箱梁顶推施工中临时扣索塔架作用分析 J.重庆建筑，2023（5）：41-44.大跨钢箱梁顶推施工中临时扣索塔架作用分析施军1，兰小钧2，高亚民1，周红灯1，郑霄阳2，唐亮2(1 新疆交通建设集团股份有限公司，新疆510641；2 重庆交通大学土木工程学院，重庆400074)摘 要：大跨径钢箱梁顶推施工时，导梁前端下挠过大会导致上墩困难并影响施工安全。设置临时扣锁塔架是改善导梁前端挠度的方法之一。该文以新疆和田地区某大桥为案例，讨论如何在无临时墩的条件下，通过设置临时扣锁塔架辅助梁体进行顶推施工，从而跨越该桥 100m 主跨。通过建立施工全过程有限元模型，分析了顶推过程中梁体及临时辅助设施位移及受力情况，并绘出了逐节段顶推位移变化曲线及梁体顶底面应力包络图。结果显示，设置临时扣锁塔架可将导梁前端底部提升至前方墩顶。相较于未设置扣锁塔架的情况，在顶推全过程中梁体顶面及底面最大 Mises 应力分别降低 62.7%和 29.5%。该研究可为以后同类型桥梁施工提供技术参考。关键词：钢箱梁；步履式顶推施工；大跨径；位移控制；扣索塔架中图分类号：TU733 文献标识码：A 文章编号：1671-9107（2023）05-0041-04Chongqing Architecture42第 22 卷 总第 235 期100m，会导致前端严重下挠，对导梁上墩及结构物安全构成威胁。顶推法施工工艺是新疆首次在超高墩、大跨径桥梁中使用，为保证梁体在最大跨径顶推时标高及应力在控制范围内，当常规鼻梁上墩措施不能满足要求时，采用临时扣索塔架辅助顶推技术，通过斜拉索对钢箱梁前端的牵拉来减小导梁处于悬臂状态下的挠度，以保证顶推施工顺利进行。临时墩和永久墩布置如图 1 所示。图 1 临时墩及永久墩布置图1.1塔架设计该桥临时扣锁塔架系统设计为塔架高 20m，拉索与梁角度为 26，拉索采用钢绞线作为柔性承重索具，高强度低松弛预应力钢绞线，抗拉强度为 1860MPa，单根直径为 17.80mm，破断拉力不小于 36t。提升器底锚及吊具采用配合设计和试验的规格。两边各用 4 台液压提升器进行张拉，每个提升器配置 18 根钢绞线，液压提升器额定提升能力为 315t。塔架布置如图 2 所示。图 2 扣索塔架布置图1.2步履式顶推施工工艺及施工方案该桥顶推施工是在桥体尾端建立贝雷架拼装平台，将梁体分节分段拼装，利用千斤顶为顶推动力设备，将浇筑或拼装好的梁体借助聚四氟乙烯模压板与不锈钢板特制的滑移装置沿桥梁纵轴线向前逐步顶进，每顶进一个阶段，梁体尾端在平台上继续逐节拼装，之后继续顶进，周而复始，直至梁体到达预定位置。最后更换正式支座进行落梁，然后进行顶推装置、临时墩等临时辅助设施的拆除工作，梁体顶推施工结束。该项目现场山势较为陡峭，拟建桥梁下方为最大高度约170m 的峡谷，考虑到现场安装的安全系数，计划在现场 0 号墩与 2 号墩之间靠近 1 号墩处设置贝雷架作为梁段拼装平台，梁段在贝雷架上拼装完后开始顶推施工。关键技术步骤有以下 3 点：（1）将钢箱梁根据现场施工条件等划分为 34 个节段，采取“累积同步滑移”的施工工艺进行安装；（2）钢箱梁顶推滑移至满足下一节段拼装滑移要求后，开始安装下一节段，直至全部节段拼装滑移完成；（3）钢箱梁顶推到位后，通过各结构墩上的竖向千斤顶对钢梁纵向线形进行调整，及时转换各墩顶的液压顶推设备位置，进行支座的安装，最后钢箱梁落梁，完成钢箱梁的安装施工。2 梁体和塔架结构变形及受力分析梁体在自身重力作用下，导梁前端挠度随顶推距离逐渐增加而增大。导梁前端挠度过大可能导致导梁前端标高低于下一临时墩标高，无法顺利上墩，同时挠度过大也会对结构物安全产生威胁。梁体前端下挠程度与塔架索力相关，通过对导梁和塔架的位移和受力分析，验证塔架对梁体结构前端挠度的改善作用，找到合适的塔架拉索提升力以保障施工顺利进行。2.1梁体和塔架结构模型的建立2.1.1建模思路及要点采用 ABAQUS 软件对钢箱梁的顶推跨越最大 100m 跨度进行结构受力分析，按照不直接建立临时墩的模型，采用约束来模拟临时墩对钢箱梁的支承作用的思路，在顶推过程中支座所对应位置梁体底面横桥向和顺桥向施加位移约束。模型采用 S4R壳单元和 B31 梁单元，共划分为 753298 个单元。导梁与钢箱梁、扣锁塔架与钢箱梁绑定约束。2.1.2材料参数钢箱梁材质为 Q345bE；导梁材质为 Q355B，扣索塔架材质为 Q355B，采用理想弹塑性模型，材料性能参数见表 1。表 1 材料参数表项目符号单位Q345bEQ355B弹性模量EaMP2.061052.06105泊松比v-0.30.3容重3/kNm78.578.5热膨胀系数1/-1.210-51.210-52.1.3荷载取值与计算工况竖向荷载考虑钢箱梁、导梁以及扣索塔架结构自重，重力加速度取 9.8m/s2；横向荷载考虑满足施工要求的最大风荷载，在六级风，风速为 13m/s，风压为 338.9Pa 的风荷载作用下，桥面高度处风速 Vd=42.574m/s，风压 Wd=1.110kPa，施加于梁体侧面迎43材料与技术Material&Technology2023NO.05风面。结构有限元模型如图 3 所示。图 3 梁体和临时结构有限元模型及荷载局部放大图在顶推过程中，最大悬臂工况对梁体受力最不利，梁体从 3#墩顶推至 4#墩施工过程中会达最大跨度 100m，在梁体跨越 3#墩向前顶推 65m 后，扣锁塔架开始发挥作用，此后每顶推十米设一个计算工况，直至顶推至 4#墩。各工况如表 2 所示。表 2 计算工况表工况标号结构位置1跨越 3#墩向前顶推 65m2跨越 3#墩向前顶推 65m，通过液压提升器调节导梁前端竖向位移3跨越 3#墩向前顶推 75m4跨越 3#墩向前顶推 75m，通过液压提升器调节导梁前端竖向位移5跨越 3#墩向前顶推 85m6跨越 3#墩向前顶推 85m，通过液压提升器调节导梁前端竖向位移7跨越 3#墩向前顶推 95m8跨越 3#墩向前顶推 95m，通过液压提升器调节导梁前端竖向位移9顶推至 4#墩，通过液压提升器将导梁前端提升至 4#墩墩顶高度（未置于墩上）2.1.4计算结果分析（1）未安装扣索塔架因为梁体模型较大，位移变化值相对梁体尺寸较小，为直观看出梁体各部位位移变化情况，下列云图中结构的变形 10倍放大，在 100m 最大悬臂状态下结构位移变化云图如图