曲线钢箱梁步履式顶推施工稳定性仿真分析

穆立国

摘要：通过有限元软件Midas/Civil研究此类桥梁在顶推工程中梁体的整体及局部受力特点，分析小半径、大纵坡对钢箱梁顶推及其空间形态的影响，以及等高梁预拱度设置对顶推施工的影响等难点及解决的关键技术。

关键词：曲线钢箱梁; 步履式顶推；稳定性分析

1 工程简介

在建某互通匝道桥，跨径布置为40+65+40m，主梁部分采用全焊接单箱双室横断面的钢箱形等截面连续梁，梁高2.5m，梁宽12.75m，箱梁底板宽7.83m，桥面设6%横坡，横坡由梁底水平、左右腹板高差形成，腹板按铅锤设计，腹板厚度为16mm，顶板厚度为16mm，底板厚度为16-20mm，箱梁悬臂长为2.5m，悬臂端部高度为350mm，悬臂根部高度为650mm。主梁标准段每隔3m设一道12mm横隔板，每两道横隔板之间1.5m位置设一道12mm框架式隔板，在边支点和中支点位置设置20mm加厚隔板，并设置24mm支座支撑加劲肋，所有横隔板均为沿设计线径向布置。钢箱梁沿路线设计线全长145m，采用Q345qC钢材。

2 顶推方案及数值模型

为准确模拟顶推施工过程中钢箱梁、钢导梁等相关受力及变形情况，细分为71个施工阶段，其中为准确模拟钢导梁的受力情况，由于钢导梁较轻，为避免1#节段钢箱梁顶推时，LS2号步履机出现脱空，第一个阶段安装完钢导梁与1#钢箱梁后，采用吊装的形式往顶推方向移动6m后，再进行顶推。对2~7号梁段的顶推细分每2m一次顶进，其余顶推过程细分为吊装该梁段，顶起，顶推到位。

本桥采用Midas\civil2019对顶推过程进行了施工模拟，进行了三维空间结构分析。由于此桥为弯桥，且临时墩与主梁轴线方向有一定夹角，为准确模拟其空间受力情况，因此使用空间梁格模型法对顶推过程进行模拟计算。

图1 主梁横断面划分图

模型共分为527个单元，810个节点，计算模型如图所示：

图2 计算模型图

3顶推工况分析

3.1 钢箱梁顶推计算结果

由于模型施工阶段划分较多，为节省篇幅，根据钢箱梁吊装分段，选取其中十三个关键过程工况的结果，并针对每个关键过程列举出关键的受力阶段。

根据分析结果，导梁上缘最大应力发生在：顶推工况五（将本阶段顶推至最大悬臂状态时），最大应力为55.8MPa；下缘应力由模型分析得出最大应力发生在：顶推工况六（吊装完⑥号梁并顶起时），最大应力为57.3MPa，不再列举各工况的应力图。

钢导梁最前端每阶段的变形汇总如下：

图3 导梁内侧前端节点竖向变形图（mm）

图4 导梁外侧前端节点竖向变形图（mm）

从上图可知，导梁最大位移86.6mm＜L/300=28000/300=93.3mm。

结论：经过计算分析，导梁上缘最大应力发生在：顶推工况五（将本阶段顶推至最大悬臂状态时），最大应力为55.8MPa；下缘应力由模型分析得出最大应力发生在：顶推工况六（吊装完⑥号梁并顶起时），最大应力为57.3MPa；导梁最大位移发生在：顶推工况五（将本阶段顶推至最大悬臂状态时），导梁最大位移为86.6mm。

3.2钢箱梁顶推抗倾覆性验算

根据顶推工艺及工况计算分析可知，在顶推过程中可能发生倾覆的工况有两种。现根据顶推步骤，取如下两个工况来计算钢箱梁的抗倾覆系数：

倾覆工况一：吊装完③号梁，并顶推至最大悬挑状态。

倾覆工况二：吊装完②号梁，并顶推至最大悬挑状态。

图5 倾覆工况一

图6 倾覆工况二

工况一抗倾覆系数=（100+66.2+66.2）×10/(40×7)=7>2.5，满足抗倾覆要求，工况二抗倾覆系数=（100+66.2）×14/(40×6)=9.3>2.5，满足抗倾覆要求。

4 结论

（1）通过建立钢箱梁各施工阶段模型，得出重要工况下钢箱梁的受力和变形状况。随着钢箱梁的拼装和推进，支反力、变形和组合应力逐渐增大，并时而出现支座脱离现象。

（2）通过构造简支梁模型，计算钢箱梁纵向抗倾覆稳定系数，满足规范要求，其中工况五与工况六的状态下最危险。通过钢箱梁横截面受重力和风荷载影响情况，计算其横向抗倾覆系数，满足规范要求。

参考文献

1. 张晔芝, 谢晓慧. 铁路特大桥钢箱梁顶推过程受力分析及改善方法[J]. 中国铁道科学, 2009, 30(3):6.

2. [1]刘建龙. 哈尔滨尚志大桥连续钢箱梁顶推设计与施工技术[J]. 公路工程, 2005(01):110-112.

作者简介：穆立国，1988年生，河北沧州人，工程师，主要从事道路桥梁工程实验及建设技术管理工作。

发表《工程建设标准化》

邮寄信息：穆立国 18730765201 地址: 云南省临沧市双江拉祜族佤族布朗族傣族自治县勐勐镇贺六寸中铁十五局临双项目部