桥梁顶推施工导梁优化

桥梁顶推施工导梁的优化探讨

摘要：随着科学技术的不断进步，科学知识在各种工程建设中得到了广泛的应用，在桥梁的建造过程中，导梁的技术参数对与顶推跨度的增大有着非常重要的作用，导梁参数的选择对主梁的顶推施工受力有着巨大的影响。所以，在桥梁工程的建造过程中，选择适当的导梁参数值，可以有效的降低主梁的在具体施工过程中的内力，这样可以极大的节约工程材料，降低工程的造价成本，所以，在桥梁工程的建造施工中，要根据顶推施工过程中其内力的规律变化，计算出导梁的刚度、单位长度的重量和长度这三个参数值对主梁内力产生的不同影响，从而求出最优化的导梁参数值。

关键词：顶推；导梁长度；优化分析

中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：

导梁在桥梁顶推施工中的作用

在桥梁的建造过程中，顶推施工技术在不断的发展，导梁措施是顶推施工技术不断发展的产物，其可以有效的增大桥梁的跨度。导梁的首次使用是在1961年，一个桥梁设计师在设计桥梁时，首次在主梁的前方使用了长17m的导梁，其设计的目的主要是为了减小在顶推施工过程中产生的内力，结果导梁的使用在工程的设计中取得了良好的效果，从此，在桥梁的顶推施工中导梁的使用成为一项技术标准。在顶推的施工过程中，选用导梁的刚度、长度质量等参数对主梁的受力有着重大的影响。选用合适的导梁，可以有效的减少施工材料，降低桥梁的工程造价。

导梁的优化分析

2.1计算简化模型的建立

在简化模型建立时，排除支点沉降，混凝土徐变产生的影响，可以在此基础上建立一个等跨连续桥梁的模型简化示意图。

导梁简化模

在简化模型中，ln表示导梁长度，l表示主梁跨为，导梁长度与主梁跨度的比值用α表示，则ɑ=ln/l；用qn表示导梁单位长度的重量，用q表示主梁混凝土单位的长度，用β表示导梁单位长度与主梁单位长度重量的比值，则β=qn/q；用enin表示导梁的刚度，用ei表示主梁刚度，用θ表示导梁刚度与主梁刚度的比值，则θ=enin/ei；要想确定顶推施工中导梁的最优参数，只需要确定ɑ、β、θ三个参数的组合问题。在简化模型中，可以通过确定三个参数的数值，通过相应的计算方法，可以得出主梁梁体的转角，如下图所示：

梁体不同位置的转角

在此情况下，改变d点的位置，梁体内力变化如下图所示：

梁体不同位置的弯矩

从图中可以看出，不管是按照原来的简图进行计算，还是将d点的约束等效简支或者固结，对a----b内导梁和主梁内力的影响都是非常小的。所以，在简化模型中，将d点的约束等效简支或者固结，对桥梁主梁的受力几乎没有任何影响。所以，再接下来导梁的优化分析中，会将d点固结或者将其约束简化。

经过测试计算发现，ɑ、β、θ之间存在着一定的函数关系，那么，要想使导梁的参数最优化，则必须确定其参数的最优值。

2.2最优ɑ、β值的计算

在计算ɑ、β最优参数值时，首先将ɑ=0.8，β=0.1带入参数值中，θ取不同的数值，带入方程式中，就可以得到在不同θ值的代入下，在桥梁的顶推过程中主梁的支点b的弯矩数值。如下图所示：

b支点弯矩的变化曲线

从上图中可以看出，b支点的弯矩，在第一阶段中顶推完成结束后的b点弯矩要比第二阶段顶推结束后小，这就说明，导梁使用太长，使得在顶推过程中，在第二阶段达到主梁支点最大负弯矩，由此表明使用这样的导梁是极其不经济的,此时就要使用较短的导梁。设ɑ=0.5，β=0.1，θ=0.1代入公式中，得出下图主梁b支点的弯矩值：

b支点弯矩的变化曲线

从上图可以看出，在导梁前端的负弯矩比第二阶段完成后要大很多，这就说明，导梁太短，取这个数值，不能使主梁减少其在顶推中的负弯矩，所以，表明导梁的长度不够。

根据以上的证明表示，在顶推过程中，第一阶段与第二阶段结束时，b支点的弯矩值与导梁刚度没有任何关系，只与ɑ、β值有关，所以，选取合适的参数值，就可以在工况中使得b支点位置上主梁的弯矩等值，选择一个恰当的导梁刚度值，就可以使a----b跨的

顶推中，在b支点的最大负弯矩值出现在顶推的两个阶段完成终了时。由此证明，最优化的导梁参数值，就是b支点处最大悬臂时其最大的负弯矩值与第二阶段终了时的负弯矩值相等。由此，可以把顶推过程中悬臂的条件θ=1-ɑ代入方程式中，可以得出在顶推过程中ɑ的最优值，做出导梁长度与导梁单位长度重量参数的关系图示：从上图中可以看出，要满足求ɑ最优的公式，β只能在0-0.18之间进行取值，就是满足导梁单位长度的重量必须小于等于主梁单位长度重量的0.18倍，随着β数值的增大，ɑ的数值也会增大，及导梁单位长度重量与单位长度成正比关系。利用ɑ最优的公式，可以得出a----b跨在顶推的整个过程中，在b支点上，主梁所承受的最大负弯矩值与β不同取值之间的关系，如下图所示：

从图中可以看出，如果β取较大值，ɑ的值就会随之增大，这是，就是使导梁的选用又长又重，会大大的增加导梁的成本使用费，极大的加大了桥梁的造价成本，所以，这种方案是不合适的；如果β取值较小时，ɑ的取值就会相应的减少，这样的取值会导致导梁又短又轻，如果导梁太轻，就会被导梁材料所限制，导致导梁缺乏韧性与刚度，在顶推施工过程中，造成b点处的最大负弯矩值远远的大于第一阶段与第二阶段结束后顶推的负弯矩值。所以，在桥梁的实际工程建造中，ɑ、β的取值要恰当，ɑ一般在0.63-0.71之间取值，β一般在0.08-0.12直接取值。

2.3最优θ值的计算

在θ最优值的计算时，ɑ、β的取值已经确定，所以，最优的θ

的取值就是在第二阶段的顶推时其b支点处的最大负弯矩值与主梁的最大悬臂长度的负弯矩值正好相等的时候。将ɑ、β的数值带入相应的公式中，就可以求出第二阶段中b支点相应的负弯矩值，然后采用迭代法，就可以求出θ的最优值。

在a----b跨的顶推施工过程中，在第一跨的主梁内会产生最大的正弯矩，由相应的公式就可以计算出其最大正弯矩值。然后将ɑ=0.665，β=0.1代入方程式中，然后选取θ不同的参数值，可以得出在a----b跨内，顶推施工中其第一跨的最大正弯矩值的变化过程，如下图所示：

从相应的计算结果中可以得出结论，导梁的ɑ、β、θ参数值，不能决定导梁的最大正弯矩值，其是由混凝土的尺寸来决定的。因此，在导梁的优化探讨分析中，得出导梁最优化是由b支点的最大负弯矩值决定的。

结语

通过以上的数据分析，可以得出在桥梁的顶推施工过程中，导梁的刚度、长度及单位长度这三个参数值对主梁的内力产生影响，通过计算，得出了最优的导梁参数值，参数值的计算，在实际的桥梁工程的建造中，可以合理的选取导梁的质量、长度，可以极大的减少在顶推施工过程中的材料投入，降低工程的成本投资，提高工程质量，显著的方便人民生活。

参考文献：

[1]王卫锋、林俊锋、马文田.桥梁顶推施工导梁的优化分析[j].