2-60m钢箱梁桥顶推施工设计与计算

2 -60m 钢箱梁桥顶推施工设计与计算

某国道上跨高速，采用2-60m钢箱梁跨越，施工方案为顶推施工。桥梁全宽32.5m，半幅宽度16m，中分带宽0.5m，角度0度。

一、结构设计

上部结构采用等高度直腹板钢箱梁，16.0m等宽箱梁。钢箱梁标准段梁高为3.0m。两侧悬臂为2.3m。箱梁设4道腹板，主体结构为单箱三室截面。钢箱梁采用顶面设置单向2%的横坡，底面与顶面平行设置。

顶板、底板及腹板使用了标准U型加劲肋与板式加劲肋。U型加劲肋上口宽为300mm，高280mm，厚度为8mm。板式加劲肋的高为160mm，厚度为14mm。T式加劲肋板厚12mm。

横隔板为实腹板式横隔板与框架式横隔板间隔布置。标准间距为2m，以保证钢箱梁具有足够的横向刚度与抗扭刚度。在钢箱梁腹板处，横隔板断开，与腹板焊接。

下部结构采用两柱式桥墩，墩柱直径为2.0m，桩基直径为2.2m。

二、计算参数选取（主桥结构采用MIDAS CIVIL2020进行结构计算）

1）计算荷载

a.恒载：恒载包括主梁的自重以及铺装和护栏的自重。

b.活载：按《公路桥涵设计通用规范》第4.3条取值。

c.温度荷载：整体升降温：±25°C；

主梁内温差效应考虑了由于太阳辐射引起上部结构顶层温度增加时产生的正温差及由于在辐射由上部结构顶层散失时产生的负温差，其取值按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D06-2015）第4.3.12条取用。

d.基础变位

边墩基础沉降1cm，中墩基础沉降1.5cm。

2）荷载组合

根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D06-2015）的规定，主要考虑以下组合：

a.恒载+活载+温度+基础变位

b.恒载+活载

c.恒载+0.5活载

三、钢箱梁计算

钢箱梁主体结构的强度验算：计算在竖向荷载、横向荷载和温度荷载的单项和组合作用下，按照《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）的要求，对结构可能产生的弯矩作用正应力、剪力作用剪应力、扭矩作用剪应力和畸变正应力以及换算应力验算。

四、计算建模

计算模型主梁采用梁单元模拟，全桥共62个单元，69个节点，边界条件采用一般支撑连接，中墩设置一个固定支座，其余纵向均滑动。

图1（60+60）m钢箱梁连续桥有限元计算模型

五、静力计算结果

1）支座反力汇总

表1 主桥支反力汇总表

墩号恒荷载

（kN）

汽车荷载

（kN）

支座沉降

（kN）

标准值组合

（kN）

边

墩

24241435383897

主

墩

64042633809117

边

墩

24241435383897

2）使用阶段应力计算结果

表2 应力验算结果

3）主梁刚度

根据《公路钢结构桥梁设计规范》，汽车车道荷载（不计冲击）引起的梁竖向挠度不应超过计算跨径的1/500。

表3 主梁结构变形结果

结构变形表

荷载主

梁部位

位

移方

向

位

移值

δ

（cm）

δ

/L（计

算值）

δ

/L

（

规

范

限

值

值

）

车

道

荷

载

第

一

跨

竖

向

2

.4

1/

2500

1

/500

第二竖

向

2

.4

1/

2500

1

/500

跨

主梁刚度满足要求。

六、顶推过程计算

为缩短工期，减少对下穿高速的影响，钢箱梁采用顶推法进行施工，其施工过程有限元模型如下图所示，导梁按40m设计，导梁自重按110t计算。钢箱梁顶推施工过程中，钢箱梁内力和导梁前端位移如下图所示。

钢梁顶推施工模拟有限元模型

钢箱梁顶推至中墩前导梁悬臂端位移（单位：mm）

钢梁顶推过程中上缘最大拉应力（单位：MPa）

综上所述：顶推过程中主梁最大应力47Mpa；主梁最大位移：48mm 。导梁最大应力64Mpa；导梁最大位移：258mm 。成桥状态下，钢箱梁上缘最大拉应力64MPa，上缘最大压应力45.0MPa，钢箱梁下缘最大拉应力41MPa，下缘最大压应力71MPa。主梁、导梁材质为Q345，许用应力250 Mpa，均满足要求。

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