劉敬玉 曹延齋 韓玉寬

(1.膠州市城鄉(xiāng)建設(shè)局，山東 青島 266300； 2.青島市市政工程設(shè)計研究院有限責任公司，山東 青島 266061)

1 概述

1.1 頂推法定義

頂推法施工是在橋梁施工的時候，在縱橋向的后面先搭建一個拼裝平臺，之后在這個平臺上進行橋梁一個節(jié)段的預制或者拼裝工作，當在這個拼裝平臺上進行完這一個節(jié)段的拼裝或者預制工作之后，就利用滑動的裝置以及水平千斤頂，將其沿縱橋向水平頂推出去，之后，再在這個拼裝平臺上對下一個節(jié)段的橋梁梁體進行拼裝或者預制工作，就這樣預制拼裝一段梁體，便利用千斤頂向前頂推一段，再預制拼裝一段，如此循環(huán)往復，將梁體拼裝頂推，一直到梁體成型，已經(jīng)頂推到設(shè)計的位置之后，橋梁的頂推施工工作結(jié)束[1,2]。之后落梁，梁體放置在永久支座上。

1.2 有限元法定義

有限元技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)的計算與模擬上得以廣泛應(yīng)用。有限單元法作為一類求解工程結(jié)構(gòu)近似解的數(shù)值分析方法，其思路為將工程結(jié)構(gòu)離散為多個單元，將若干個單元的集合體來取代實際結(jié)構(gòu)，然后對每個單元進行計算，最終求得整體結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果。這種計算方法得到的結(jié)果是近似的，但對于工程應(yīng)用來說，精度可以滿足。有限單元法是經(jīng)過矩陣位移的方法推廣演化，逐步擴展到二維及三維模型。二維與三維模型與桿系模型不同，沒有明顯的連接點，因此需要人為建立眾多節(jié)點，這樣使結(jié)構(gòu)分割為各種形狀的單元。通過這種方式，連續(xù)體便可使用有限個自由度的系統(tǒng)來表示，并可求得其近似計算結(jié)果[3]。

1.3 頂推法建模思路

頂推法建模思路有兩種:一種是墩動梁體不動，另一種是梁體動墩不動[4,5]。

1)墩動梁體不動是指在結(jié)構(gòu)建模過程中，梁體的空間坐標保持不變而墩臺等不斷向后移動。這種方法的優(yōu)點是:整個頂推過程中結(jié)構(gòu)的單元號沒有改變，方便提取結(jié)構(gòu)內(nèi)力等數(shù)據(jù)。缺點是:下部支撐反力的提取較為麻煩。

2)梁體動墩不動是指墩臺的空間位置不變，利用激活和鈍化單元的方式實現(xiàn)結(jié)構(gòu)向前移動。該方法的優(yōu)點是:a.模型的頂推過程很直觀，符合實際情況;b.由于下部結(jié)構(gòu)空間坐標沒有改變，因此支撐反力的提取較為簡便。缺點是:由于模型中結(jié)構(gòu)的單元號在不停改變，因此內(nèi)力的提取較為麻煩。

2 湖北省某工程示例

2.1 工程概況

該橋跨布置為2-32 m簡支梁+1-96 m鋼桁梁+5-32 m簡支梁+1-20 m簡支梁+2-24 m簡支梁+5-32 m簡支梁，全橋長575.36 m。其中1-96 m鋼桁梁采用拖拉施工方案[6]。

2.2 導梁及臨時墩計算分析

2.2.1導梁的計算

采用Midas建立導梁計算模型，通過計算得各個桿件在各工況下的結(jié)構(gòu)受力如表1所示。

表1 各桿件在各工況下的結(jié)構(gòu)受力表

2.2.2臨時墩計算分析

1號墩鋼管樁截面采用φ800 mm×20 mm，Q235材質(zhì)，布置為4×4共16根，按縱橋向樁間距為2.4 m，橫橋向樁間距3 m布置，樁底與鉆孔樁基礎(chǔ)通過法蘭盤連接。

2號、3號墩結(jié)構(gòu)基本相同，鋼管柱采用Q235材質(zhì)，鋼管柱截面為φ1 500 mm×16 mm，鋼管柱內(nèi)灌注C40混凝土。臨時墩鋼管柱布置共4根，按縱橋向樁間距為7.5 m，橫橋向樁間距12 m布置。計算模型如圖1,圖2所示。

臨時墩分配梁及滑梁計算：

1)分配梁及滑梁彎矩內(nèi)力值,見表2～表4。

表2 1號臨時墩各構(gòu)件最大內(nèi)力計算值結(jié)果匯總表(工況3)

表3 2號臨時墩各構(gòu)件最大內(nèi)力計算值結(jié)果匯總表(工況2)

表4 3號臨時墩各構(gòu)件最大內(nèi)力計算值結(jié)果匯總表(工況4)

2)滑梁A結(jié)構(gòu)計算。

最大變形值計算：12.7 mm

3)滑梁B結(jié)構(gòu)計算。

經(jīng)計算滑梁B滿足設(shè)計要求。

4)滑梁C結(jié)構(gòu)計算。

滑梁C與滑梁B結(jié)構(gòu)相同且比滑梁B受力較小，故滑梁C滿足設(shè)計要求，計算略。

5)分配梁A1結(jié)構(gòu)計算。

6)分配梁A2結(jié)構(gòu)計算。

經(jīng)計算分配梁A2滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)語

1)在頂推過程中墩身立柱底面沒有拉力，墩身桿件所受軸向力符合桿件承載力要求;基礎(chǔ)底面的荷載合力偏心均小于設(shè)計允許值，傾覆穩(wěn)定系數(shù)和滑走穩(wěn)定系數(shù)均大于設(shè)計允許值，基礎(chǔ)底面的土壤最大壓應(yīng)力小于允許值，基礎(chǔ)底面的拉應(yīng)力大于零。所擬選臨時墩的高程、基礎(chǔ)、墩身桿件均能滿足施工要求。

2)有限元模型使橋梁頂推施工的結(jié)果分析更加精確，可以有效提升計算速度，減少主梁單元數(shù)量，保障計算的精度，該方法是值得進行推廣和使用的。