嚴(yán)定鈺

（江蘇東聯(lián)工程檢測有限公司 江蘇 21000）

當(dāng)新建城市橋梁需要用來跨越既有鐵路運營線時，為了不中斷繁忙的運營線，最大限度減小對既有運營線路的影響，一般會采用頂推法進(jìn)行施工，即對預(yù)制好的梁體，以鋼導(dǎo)梁進(jìn)行導(dǎo)向，在四氟乙烯板的滑塊間，采用千斤頂縱或橫向推進(jìn)至設(shè)計位置，實現(xiàn)跨越既有路線。在步履式多支點頂推施工過程中，由于主梁在臨時墩上的支承約束位置會發(fā)生不斷的變化，導(dǎo)致頂推梁體的內(nèi)力與撓度會隨著頂推進(jìn)程不斷地發(fā)生變化，這種變化使得頂推過程中主梁的受力變得十分復(fù)雜[1-5]。因此，對頂推施工進(jìn)行全過程的計算仿真分析，可為具體工程的頂推施工提供理論指導(dǎo)。

1 工程概況

省道齊富公路嫩通高速至嫩江大橋段跨平齊鐵路及哈齊客專分離式立交橋，橋梁全長566.04 m，共7聯(lián)24孔。其中第4聯(lián)主橋跨鐵路段為（40+60+40）m三跨混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，共兩幅，主梁為單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。橋梁中間80 m梁段要采用頂推法施工，頂推距離99 m，頂推就位后兩端剩余30m梁段采用支架原位現(xiàn)澆，進(jìn)行邊跨合龍。按照設(shè)計圖紙，考慮防撞墻、橋面、導(dǎo)梁等附屬結(jié)構(gòu)，單幅頂推理論重量為4500 t。根據(jù)頂推重量，擬采用兩臺250 t和兩臺350 t連續(xù)千斤頂頂推施工，頂推施工需要在鐵路封鎖時間內(nèi)進(jìn)行，主橋頂推梁段立面布置如圖1所示。

圖1 主橋頂推梁段立面圖（單位：cm）

2 頂推施工過程

主橋預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用頂推法施工，簡述頂推施工過程如下：

（1）試頂推

頂推前先進(jìn)行試頂，頂進(jìn)距離為6 m。試頂過程中記錄頂推力大小、頂推梁前進(jìn)速度、滑塊的工作情況、各種設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況、結(jié)構(gòu)物關(guān)鍵點的受力情況等相關(guān)參數(shù)，并與理論參數(shù)進(jìn)行對比，進(jìn)而調(diào)整頂推相關(guān)參數(shù)為正式頂推做好準(zhǔn)備。

（2）正式頂推

正式頂推分三次進(jìn)行，頂推距離分別如下：

第一次頂推距離為23 m，前導(dǎo)梁頂過L1號臨時墩中心線2.34 m，要點時間為60 min，頂進(jìn)速度為23 m/h。第二次頂推距離為31 m，前導(dǎo)梁頂過11號墩中心線2 m，要點時間為90 min，頂進(jìn)速度為20.7 m/h。第三次頂推距離為39 m，梁體頂推到位，要點時間為110 min，頂進(jìn)速度為21.3 m/h，頂推至最后2 m時將頂推速度放慢為2 m/h進(jìn)行梁體就位調(diào)整。頂推結(jié)束后，11號墩和12號墩兩側(cè)各有10 m的梁長。

3 施工過程仿真分析

由于主梁存在15°的斜交角，模型采用梁格法建立，整個結(jié)構(gòu)分析建模有以下幾個要點：每頂推1 m作為個施工階段，每個施工階段認(rèn)為結(jié)構(gòu)一次形成；頂推施工采用墩動梁不動模擬，每頂推一次，支承邊界變更一次。導(dǎo)梁與主梁完好的結(jié)合在一起共同工作。

3.1 計算參數(shù)

（1）結(jié)構(gòu)自重：混凝土容重取值為26 kN/m3，鋼材容重取值78.5 kN/m3。

（2）二期恒載：橋面鋪裝荷載：中梁取值19.73 kN/m；外邊梁取值10.76 kN/m；內(nèi)邊梁取值23.26 kN/m。護(hù)欄荷載：頂推梁段外邊梁取值21.50 kN/m；現(xiàn)澆段內(nèi)、外邊梁取值10.75 kN/m。

（3）混凝土與預(yù)應(yīng)力計算參數(shù)的取值見表1。

表1 C50混凝土與預(yù)應(yīng)力鋼束參數(shù)表

3.2 施工階段模擬

本項目頂推橋梁施工主要包括：主梁頂推就緒、試頂推、正式頂推、頂推就位、落梁、施工剩余合龍梁段、二恒施工、成橋運營。按施工圖所述施工流程，從頂推開始到成橋階段，本次計算模擬共劃分105個施工階段，各施工階段內(nèi)容要點見表2，施工階段模擬見圖3。

表2 各施工階段的內(nèi)容要點

圖2 施工階段模擬圖

4 有限元計算結(jié)果

4.1 應(yīng)力計算結(jié)果

通過頂推施工過程的計算分析，主梁在在距梁端10.5 m處（A1截面）及距梁端21m處（A2截面），出現(xiàn)變化幅度較大的彎矩，具體位置如圖3、圖4所示。

圖3 頂推過程中主梁應(yīng)力最不利位置布置圖（單位：cm）

圖4 箱梁截面應(yīng)力測點布置（單位：cm）

根據(jù)計算，A1和A2截面從頂推開始到頂推結(jié)束的理論應(yīng)力變化時程圖如圖4-4和圖4-5所示。

由圖5、圖6可知，整個頂推過程中，主梁A1截面在頂推58 m時，上緣出現(xiàn)最大壓應(yīng)力為-6.67 MPa，下緣出現(xiàn)最小壓應(yīng)力為-0.09 MPa；在頂推就位時，上緣出現(xiàn)最小壓應(yīng)力為-2.35 MPa；下緣出現(xiàn)最大壓應(yīng)力為-5.11 MPa。主梁A2截面在頂推51 m時，上緣出現(xiàn)最小壓應(yīng)力為-0.89 MPa，下緣出現(xiàn)最大壓應(yīng)力為-11.0 MPa，在頂推98 m時，上緣出現(xiàn)最大壓應(yīng)力為-6.51 MPa，下緣出現(xiàn)最小壓應(yīng)力為-3.29 MPa，整個頂推過程中主梁截面未出現(xiàn)拉應(yīng)力。

圖5 A1截面理論應(yīng)力變化時程曲線

圖6 A2截面理論應(yīng)力變化時程曲線

4.2 撓度計算結(jié)果

根據(jù)本橋施工階段仿真模擬計算結(jié)果，頂推過程中導(dǎo)梁的前端和頂推梁段前端豎向變形變化幅度較大，具體位置如圖7所示。

圖7 頂推過程中主梁撓度最不利位置布置圖（單位：cm）

根據(jù)計算，A-1和A-2截面從頂推開始到頂推結(jié)束的理論撓度變化時程圖如圖8、圖9所示。

圖8 頂推過程中前導(dǎo)梁梁端撓度變化時程曲線

圖9 頂推過程中主梁前端撓度變化時程曲線

由圖8、圖9可知，前導(dǎo)梁在頂推97 m時即將上10#主墩前，出現(xiàn)最大懸臂狀態(tài)，最大撓度為70.3 mm；主梁前端在頂推97 m時出現(xiàn)最大撓度為-14.1 mm。

4.3 預(yù)拱度計算結(jié)果

為保證橋梁成橋后線形滿足設(shè)計要求，主梁立模標(biāo)高應(yīng)考慮預(yù)拱度設(shè)置，主梁的預(yù)拱度主要由以下的幾方面的梁體豎向變形組成：（1）頂推到位后梁體豎向變形；（2）邊跨現(xiàn)澆后梁體豎向變形；（3）二期恒載施工完梁體豎向變形；（4）考慮10年混凝土收縮徐變效應(yīng)引起的豎向變形；（5）1/2汽車荷載引起的豎向位移；（6）頂推梁段和邊跨現(xiàn)澆段支架的彈性變形按預(yù)壓實際結(jié)果以各跨跨中的最大值按2次拋物線反設(shè)。

通過理論計算分析，主梁預(yù)拱度設(shè)置如圖10所示。

圖10 預(yù)拱度曲線圖

主梁的立模標(biāo)高需在給定的設(shè)計高程基礎(chǔ)上考慮主梁的預(yù)拱度來確保主梁最終的成橋線形。

5 結(jié)論

本文以一座三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁為工程背景，介紹了連續(xù)梁橋的頂推施工步驟，并通過有限元軟件Midas/Civil建立該橋的梁格計算模型，對整個頂推施工進(jìn)行仿真計算分析，得出整個頂推施工過程中的主梁應(yīng)力、變形最不利位置，并對不利位置進(jìn)行整個施工過程的計算，計算結(jié)果表明：

（1）整個頂推過程中，主梁A1截面的應(yīng)力變化范圍為-0.09 MPa～-6.67 MPa，A2截面的應(yīng)力變化范圍為-0.89 MPa～-11.00 MPa，整個頂推過程中主梁不會出現(xiàn)拉應(yīng)力。

（2）整個頂推過程中，97m時即將上10#主墩前，前導(dǎo)梁梁端、主梁前端出現(xiàn)最大撓度變形，此變形能夠滿足正常上墩要求。

（3）主梁立模標(biāo)高需考慮主梁預(yù)拱度，確保成橋后主梁線形滿足設(shè)計要求。

（4）整個頂推過程的仿真計算可為現(xiàn)場施工提供理論指導(dǎo)。