钢桁梁顶推施工的技术应用

杨江国

（天津城建设计院有限公司,天津市 300122）

1 工程背景

桥梁施工工艺的合理选用是关系到工程安全、建设成本的重要环节。顶推施工作为桥梁结构跨越既有道路的一种常用施工方法，施工过程中需要架设平台、安装钢导梁等多种临时结构。合理的顶推施工方案对于工程项目的建设成本、施工工期影响巨大[1-4]。

某高速公路钢桁梁跨径128 m，为降低对既有下穿高速公路的影响，对钢桁梁安装采用顶推方案架设。施工方案计划在主墩一侧架设支架平台来拼装钢桁梁，安装顶推滑道及成套顶推设备，采用千斤顶将钢桁梁结构从56＃墩顶推至57＃墩。设计前导梁长80 m，需搭设210 m长施工平台，如图1所示。

图1 原有施工总布置图

2 施工方案

2.1 方案总述

钢梁主桁构件、桥面系分段制造焊接完成后，运输至工地。在钢桁梁小里程侧搭设钢梁拼装平台，钢导梁、钢梁构件、桥面系在拼装平台上分段拼装完成后，向大里程方向按既定施工步骤顶推到设计位置。 最大顶推质量为3 300 t，设计顶推力为400 t。顶推过程中，为了确保钢桁梁施工时的抗倾覆安全系数K0≥1.5，必须在钢梁桥面系上配重，配重总计为1 000 t。在钢梁未顶推到设计位置前，不顶推时，在墩顶将钢梁设置临时锁定作为保险措施，确保钢梁安全施工[5-7]。

2.2 方案优化

前述施工方案中主墩中心间距128 m，施工中最不利工况下悬臂过长，不利于结构受力，并且作为临时结构的钢导梁及支架平台体量较大，建设成本过高。现根据结构受力状态及经济性原则对顶推方案进行合理优化，在两主墩之间添加临时墩，以减小施工跨径，相应缩减导梁长度；支架平台及临时墩采用可租赁的八三式军用桥墩搭设；采用边顶推边拼接主桁的施工方式，有效减小支架平台长度。通过以上措施使钢桁梁顶推施工更加经济合理。

在距56＃墩、57＃墩内侧各15 m处分别设置一临时墩，两临时墩均采用4×4等截面八三式铁路轻型军用桥墩搭建。临时墩的设置可使顶推跨径由128 m缩减至98 m，将原方案中长80 m导梁改用长60 m导梁。支架平台由单排630×10的双肢钢管柱改为从2×2等截面八三式铁路轻型军用桥墩搭建，平台搭设由原方案中18跨减至11跨，平台支墩由36个减至22个。

2.3 施工步骤

优化后的顶推施工在原施工方案的基础上，增加临时墩、减小支架平台长度、减小导梁长度，临时墩布置形式如图2所示。

图2 优化后施工总布置图

优化后施工步骤如图3所示。

图3 优化后施工步骤图

3 受力分析

3.1 计算模型

钢桁梁顶推施工过程采用有限元分析软件MIDAS Civil 2015计算，结构用梁单元进行模拟，共计3 305个节点，4 705个单元，如图4所示。通过逐步建立顶推施工阶段来模拟实际施工过程。

图4 钢桁梁及导梁模型

3.2 分析结果

本钢桁梁顶推施工计算模型每顶推1个间节定义1个施工阶段，共计17个施工阶段。通过计算，对施工过程中最典型的7个步骤下的钢桁梁受力状态进行分析，如表1所示。

表1 钢桁梁受力状态

由以上计算结果可知，本桁梁桥顶推过程中前导梁悬臂状态下最大挠度为353.3 mm；钢桁梁前导梁在接触临时墩工况下的拉应力最大，为235.9 MPa；钢桁梁变形、强度均能够满足顶推施工要求。

3.3 抗倾覆分析

大悬臂状态下的结构抗倾覆性能对于施工安全至关重要，因此有必要对施工过程中悬臂状态下的各工况进行抗倾覆分析。

悬臂结构抗倾覆安全系数K0计算公式为：

式中：M2为倾覆力矩，即悬臂段对倾覆点的力矩；M1为稳定力矩，即平台段对倾覆点的力矩；梁倾覆示意图如图5所示。

图5 梁倾覆示意图

从支座倾覆点分离，全梁构造为两座简支梁计算模型，求出支座反力乘以力臂，即可得出该工况下的稳定与倾覆力矩。对本桁梁桥顶推过程进行抗倾覆验算，其中步骤2导梁完全悬臂时的抗倾覆安全系数K0为4.4，步骤4最大悬臂状态的抗倾覆安全系数K0为2.7，均大于1.5，说明本例中钢桁梁顶推施工全过程满足抗倾覆要求。

4 结语

（1）钢桁梁顶推施工临时结构的合理设计十分重要，钢导梁的长度取值、结构形式，支架平台的布设等临时结构都必须经过受力分析以得到最优结果。

（2）施工临时结构建议采用可重复利用、易拼装拆卸的结构，对工程项目的循环经济效益意义重大。