变曲率竖曲线超宽钢混组合梁顶推施工控制研究.pdf

福建材技术应用2023年变曲率竖曲线超宽钢混组合梁顶推施工控制研究叶君贤（漳州市通和建设投资有限公司，福建漳州36 30 0 0）摘要顶推法施工是大跨度梁桥施工中的一种工艺。在顶推过程中，钢梁线形内力在不断变化，特别是变曲率竖曲线连续梁，需对钢梁顶推过程进行严格施工控制。以某变曲率竖曲线超宽钢混组合梁斜拉桥为工程背景，主要介绍了该桥的钢梁顶推施工工艺和施工控制情况，并进行了施工控制计算。实际监测控制结果分析表明，在钢梁顶推施工直至成桥过程中，主梁线形流畅，受力合理，所应用的施工控制方法科学，效果理想。关键词顶推法；钢混组合梁；施工控制0引言顶推法施工是大跨度梁桥施工中常用的一种施工工艺，能跨越河流、山谷、既有线等施工，无需支架，对桥下地基和净空无要求，不影响或中断交通，可保持通车或通航，也不需要大型起重设备，特别适合于城市大跨度桥梁、长线引桥及跨越既有线桥梁立体交叉的施工，而且施工涉及作业面少、施工费用较低、施工安全性有保证。由于梁段在钢梁厂内或固定场地上可提前或同步焊接施工，既保证施工质量，也能加快施工进度，故顶推法施工广泛应用于桥梁施工中。自1 9 5 9年德国的莱昂哈特（Leonhardt）和鲍尔教授在奥地利的阿格尔桥首次使用顶推法以来，世界各国采用顶推法施工的大桥超过2 0 0 座。顶推法施工广泛应用于桥梁建设，极大地推动我国桥梁事业的发展。顶推施工法属异位安装，即钢主梁节段安装位置与成桥位置不同。在连续变曲率竖曲线钢主梁顶推过程中，各临时墩顶对应钢主梁无应力线形标高在不断变化，临时墩顶支撑位置标高必须随顶推施工进展进行适时调节，否则可能因临时墩“脱空”或主梁过大的“竖向强迫位移”而影响后续节段的拼装和危及结构安全 2 ;同时，受自重、临时墩压缩变形、梁端转动、温度变化等因素影响，顶推过程中钢梁节段将不再处于理论的竖曲线位置上。为使钢梁顶推完成后，主梁落梁作者简介：叶君贤（1 9 8 0 一）,男，本科，学士，工程师，研究方向为工程施工与工程管理。80位置、线形、受力满足设计和规范要求，需对钢梁顶推过程进行严格施工控制。以某变曲率竖曲线超宽钢混组合梁斜拉桥为工程背景，主要介绍该桥的钢梁顶推施工工艺和施工控制情况，并进行施工控制计算，对实际监测控制结果进行分析研究。1工程背景某超宽钢混组合梁斜拉桥桥长30 0 m，跨径组合为7 0 m+160m+70m=300m，桥宽36 m，断面布置为：22.0m（人行道）+2.5 m（非机动车道）+1.2 5 m（索区）+0.5 m（防撞栏）+1 1.5（机动车道）+0.5 m（隔离墩）=36 m。主梁采用钢-混组合梁结构，由主梁标准段、压重段组成，其中主梁标准梁段总长2 7 9.5 m，梁高2.86m（道路中心线位置），全宽36 m，主梁钢结构部分为双槽钢主梁梁格体系，由主纵梁、横梁、小纵梁、挑梁、挑梁小纵梁组成。主桥桥面为纵向预应力混凝土结构，分为预制板和现浇缝，预制板采用C50混凝土，现浇缝采用C50低收缩纤维混凝土。其中预制板存放6 个月以上方可安装，主梁与面板之间通过剪力钉连接。该桥跨越九龙江，有小型渔船及小型巡逻船通航要求，但无法通行大型船舶，因此无法采取支架法施工和大型起重设备吊装施工。桥梁南侧江滨可提供固定场地搭设顶推拼装平台和进行桥面板预制施工，适合采用顶推施工法进行主梁施工，而且主梁采用双槽钢主梁梁格体系，横断面大，安装过程中，梁段定位较困难，焊接工程量大，变形控制要求高，采用顶推施工法方可保证施工质量满足要求。福装建材技术应用临时教第7 期（总第2 6 7 期）2钢梁顶推施工工艺2.1临时墩布置在南岸引桥9#1 1#墩之间设置拼装顶推平台，主255.301#临时数3.2出砂哥妆装风化花岗岩+155.3074.56PM9PM1O2.2导梁设计根据设计要求，导梁的长度直接影响钢主梁顶推过程中的悬臂弯矩，为满足顶推需要，并尽量减小导梁重量，导梁设计为变刚度变截面梁桁架，根部与钢主梁腹板连接。由于钢主梁顶面和底面均有1.5%的横坡，故导梁上下翼缘均设计为1.5%横坡，以方便导梁与钢桥段设置顶推墩。从南往北顶推施工，北侧压重段现场拼装（设置支栈桥）,顶推施工最大跨径为2 7 m。临时墩布置见图1。10#临时嫩2#格时数12#临时敬3进临时2#顶推设各组3#顶推设推设备组全风化花居卷D沙师状尚凤化花岗岩-48.3070.55PM11240704供临时款预推设5#顶推设备13#顶0百5.5 075.82270005#临时邀LZ76#临时数6#顶推沙再抗蜜风化花尚名11PM1270.13360001600图1临时墩布置图箱梁的焊接和简化顶推施工工艺。根据该桥钢主梁的顶推跨度及截面特点，导梁设计时的各参数为：长度27m，高度2.6 m，宽度2 5 m，重量4 0 t。导梁设计为2 片主桁梁与钢主梁弦杆对应，2 片主桁梁间通过平联连接。为方便导梁前端上墩需要，导梁前端设计为台阶状，方便起顶。导梁布置见图2。7#临时嫩预推设12PM132700027000#临时数#顶推设60.6d270002700011#临时数9饼顶推设各组直推设各组事代爱民化花尚名205002700900270009#临时誉推极备组PM14图2 导梁布置图2.3J顶推施工流程钢梁施工采用步履式顶推施工工艺，主要施工流程为：在拼装顶推平台安装1#和2#节段钢梁节段，并与导梁现场焊接连接，采用顶推工艺将钢梁整体向前顶推到位，然后在拼装顶推平台安装下2 个节段钢梁，再将其向前顶推至设定位置，重复该工艺将钢梁逐节顶推到位，落梁完成后再拼装压重段钢梁。根据顶推过程钢主梁和导梁的位置和约束变化，可知结构受力较不利的4 个施工工况如下：工况1,将钢梁顶推至1#临时墩前，此时前端悬臂2 7.0 0 m；工况2,将钢梁顶推4 5 m，在尾部拼装L0#LB1#节梁段，此时尾部悬臂2 0.5 0 m；工况3，将钢梁顶推至9#临时墩前，此时前端悬臂2 7.0 0 m；工况4，将钢梁顶推2 8 0 m，此时后端悬臂2 4.0 7 m。3钢梁施工控制计算3.1计算模型分析计算采用MidasCivil专业结构分析软件，有限元分析模型见图3。全桥共建立6 8 4 个节点、7 4 1 个单元，通过改变支点的位置模拟顶推过程。图3计算模型3.2计算工况钢梁顶推过程中，梁体弯矩正、负交替变化，每个截面都要经历最大正负弯矩，主梁的应力、位移也随着梁段的往前顶推不断变化。通过模拟计算钢梁顶推过程中不利工况下的钢梁和导梁的应力和位移，分析顶推过程结构是否安全，并在顶推过程进行重点监测。:81福建材2023年技术应用以下从4 个不利的工况（工况1 工况4，见图4 7）和顶3临时数36E2#顶推设备组3w顶推设备销推落梁后的工况（工况5，见图8）进行计算分析。1#临时做2 临时数4鲜临时嫩Z鲜顶推设备组顶推设备组6#顶推设备组5临时数6饼临时数7w顶推设备组拼临时数鲜顶8临时做9临时妆推设备组设备组PM14PM9PM11PM1024070PM12270360001祥临时做2 维临时墩2饿顶推设备组PM13160002700图4工况1 示意图3临时款4供临时敏3讲顶推设备组供页旅设各组5顶推读各组27000270005种临时数保临时款6#顶推设备组27007佛顶推设组205007祥临时敏顶推27009027000临时嫩9临时数推设备组维设备组PM14PM9PM11PM1024070PM12270003601排临时撒2 淋临时墩12112223LZ42淋顶推设各组3饿顶推设备料PM131600027000图5工况2 示意图3临时撒4临时傲12812/1281127126钟顶推设备组5顶推设备组27000270005临时嫩鲜临时嫩22顶推设备组270007饿顶推设备205007#临时撒顶推停车270009000讲临时嫩9临时做维推设备组27000辅推设备组PM14PM9PM10PM1124070E2鲜顶准设备组PM1227000360002#临时撒Z3顶推设备组PM131600027000图6工况3示意图3临时撒鲜临时墩.73LZA270001Z78L29128鲜顶推设备组5件顶推设备组270005临时救1231726页推设备组饿顶推设备组2700020500临时嫩8更推设备组N2700083.9009鲜临时嫩L56准设各组27000推设备组PM14PM925530PM11PM10240701#临时激10#临时墩2#临时缴L85L342顶推设备组PM1227000360012#临时墩3#临时撒LB3L21122L233#顶推设备组0#预推设备组PM13160027000图7工况4 示意图供临时激22.215#临时撒6#临时嫩124125饼顶推设备组5#顶推设备组13#顶拉设务组270001261127128L29/1286项推设备组27000LZ7TL267讲顶推设备组27000L25工122171饿顶推设备饼预推设备组12锁推设备组饿预项推设备组金锁推设备组20007#临时激2700013临时激8临时嫩L3190002700011#临时墩9#临时傲+秒状蛋风花岗尝4沙香米蛋风化花48.5055.30+4.9070.55PM974.56PM1+电：5 0PM1175.822407027000全民色花房书PM1210.1336000160009040.30砂砾状风化花罚1227000图8工况5 示意图(11）2270002700013PM1460.60PM1327000205002700090002700082福建材技术应用第7 期（总第2 6 7 期）3.3计算结果及分析各工况计算结果见表1。通过模型计算，分析钢梁在顶推过程中的应力、位移情况，为钢梁顶推施工控制提供理论数据支持，保证钢梁顶推过程的安全。表1 各工况计算结果工况编号导梁应力/MPa钢主梁应力/MPa工况1-52.5,+52.3工况2-32.2,+31.9工况3-48.8,+48.3 工况430.4,+30.6 工况5一由表1 计算结果可知：（1）随着梁段的顶推前进，钢梁结构体系不断变化，其内力、位移也不断变化，上下缘应力大小和拉压情况也在不断反复变化中，而且变化幅度较大。（2）顶推完成后，钢梁的内力、应力和位移均接近于连续钢梁一次落架的状态。（3）顶推过程中，钢梁内力、应力均未超过最大容许值，结构处于安全状态。4钅钢梁顶推施工控制4.1施工控制的必要性项目为超宽钢混组合梁斜拉桥，主梁采用顶推法施工,线形控制尤为重要。钢梁顶推过程是结构体系不断转换的过程，这个过程中钢梁的整体及局部受力复杂，结构中的各个部分在逐节拼装往前顶推中形成。顶推过程各个施工阶段主梁结构形式、线形、边界约束条件、施工荷载均在不断变化，每个截面都要经历正负弯矩的交替变化，而且在钢梁拼接定位、顶推过程中还受到环境温度、日照温差等环境因素影响。随着顶推施工的进行，这些因素将造成钢梁的内力、应力和线形变化而偏离理论设计值。为保证顶推施工顺利进行和顶推过程中结构安全，使顶推完成落梁乃至成桥状态下钢梁内力和线形满足设计要求，需对钢梁顶推施工过程进行控制。4.2顶推过程控制要点主梁顶推过程需进行严格的流程控制，确保顺利完成顶推且满足监控要求。针对该项目特点，顶推施工过程控制流程如下：顶推施工的开始和结束均以施工监控指令为准，施工监控指令没有下达的情况下，严禁进行顶推及调梁作业。每一次顶推施工前，施工监控单位根据现场情况下达顶推开始指令和支座垫板高度调整指令，顶推过程严格按照监控指令进行施工。每一次顶推结束前,施工监控单位根据现场情况下达线形位置调整指令，严格按照监控指令调整钢梁姿态，以便后续钢梁安装和顶推。顶推全部完成后，施工监控单位根据现场情况下达落梁和支座垫板钢梁及导梁最调整指令,按照监控指令将钢梁落于所需位置，以便后大变形/mm续各方面工序的施工。施工项目部、设计单位、顶推-26.3,+37.455.9-77.3,+114.1 102.7-30.8,+45.6 52.8-70.8,+108.4 110.5-9.8,+9.