顶推法施工中钢箱梁局部屈曲分析技术

顶推法施工中钢箱梁局部屈曲分析

摘要：以某钢箱梁顶推为工程依托，针对顶推过程中由于临时支架、钢箱梁本身线型误差、以及钢箱梁在吊装、焊接过程中的施工误差，导致箱梁与滑板之间的面接触变为点接触，甚至出现脱空的现象，致使支反力重分布，进而导致局部屈曲。采用三维精细有限元板壳模型模拟钢箱梁顶推施工过程，建立精细局部模型对支点处局部屈曲状态进行仿真分析，并建议在通过滑道的底板上增加平行及垂直于腹板的加劲肋。该建议被采纳实施后，取得了良好的施工效果，可供同类工程项目借鉴。

关键词：顶推；钢箱梁；局部屈曲分析；仿真分析

顶推法施工方便施工单位进行管理，能够在比较恶劣的条件下施工，具有宽敞的施工平台并可避免高空作业，由于施工具有良好的整体性，在现代桥梁施工中被广泛采用[1 - 6]。尤其在处理桥梁上跨铁路以及主

要交通干道等问题有显著的优势[1]，是一项具有广泛应用前景的桥梁施

工技术。

本文以某钢箱梁顶推为工程依托，介绍钢箱梁安装以及顶推就位过程，以及在此过程中出现的钢箱梁局部屈曲现象、三维精细有限元仿真分析屈曲模态、以及建议加固的方法，确保后续顶推施工安全有效进行。

1 工程简介

某工程需要顶推的钢箱梁横跨主干道、该主干道的匝道，梁底离主干道高度9～18.3 m，离匝道5.7 m。为不对主干道的交通造成影响，采

用梁段顶推方式进行钢箱梁就位施工[2]。

顶推钢箱梁孔跨布置为(39+50+39) m，竖曲线为圆曲线，曲率半径

3 497.85

4 m，采用等截面流线型的单箱5室截面，梁高2 m。箱梁顶

面全宽25 m，箱底宽度13.5 m，两侧悬臂长度5.75 m，顶板厚度14 mm，底板厚度14 mm，全桥采用Q345C钢板制作，其截面大样如图1所示。全桥分为22个节段，质量共约1 420 t，最大梁段质量84 t，最大梁段尺寸25 m×6.295 m×2 m。

顶推过程中，当钢导梁即将上22号墩时为最不利工况，此时钢导梁

加主梁最大悬臂长度为55 m，该阶段钢箱梁极有可能发生局部屈曲现象[7 - 8]，如图2所示。

图1 钢箱梁截面示意

图2 最大悬臂阶段拖拉示意m

2 顶推法施工原理与优缺点

目前，国内桥梁顶推法施工常采用拖拉式多点连续顶推法(简称拖拉法)，拖拉法通过牵拉千斤顶拖拉穿过千斤顶的钢绞线，使梁段在临时支

墩墩顶设置的滑道上向前缓慢移动，引导梁体顺利、安全安装就位[9]。2.1 拖拉法施工优缺点

1) 通过钢绞线的牵引使钢箱梁向前缓慢移动，在此过程中桥墩承受的顺桥向水平力为钢绞线牵引力与钢梁摩擦力抵消后的合力，从理论上分析该合力很小，但实际施工过程中由于各个支点所受的力并不均匀，因此桥墩还是承受一定的水平荷载。

2) 在钢箱梁的顶推滑移过程中，每个桥墩承受的竖直方向上的荷载是不断变化的，因而摩擦力也在不断变化，需实时依据摩擦力的大小来调整千斤顶的牵拉力，以防止桥墩所受的水平载荷过大。

3) 在中线调整过程中使用楔块或千斤顶纠偏的方式。

4) 工艺相对成熟，施工期限能大幅度缩短。

钢箱梁在拖拉施工过程中，钢梁腹板不仅受弯曲压应力和剪应力作用，而且受支承反力的集中荷载的作用。尤其是中跨跨径为50 m的顶推施工过程，需要对通过滑道的钢箱梁做局部屈曲分析。

2.2 拖拉施工简介

在搭设好的拼装平台上拼装导梁及钢箱梁A、B、C、D、E、F、G、H

共8节梁段，在H分段尾部设置后锚点，在23号墩墩顶设置预埋牛腿，

安装拖拉设备并完成调试。将第一个拖拉单元拖拉37 m，使得钢导梁顶

推出平台，继续拼装钢箱梁I、J、K、L 分段，顶推13 m，直到钢导梁上22墩。继续拼装剩余梁段，并依次完成其余梁段的顶推就位施工(图3)。

图3 钢箱梁顶推中

顶推时，钢箱梁向前滑移必须克服钢梁前进产生的摩擦力，采用特制的不锈钢板和聚四氟乙烯滑块作为拖拉钢箱梁时的滑动设施，整个滑动装置由上、下滑道、聚四氟乙烯滑块组成。

滑道梁设置在22号、23号、24号墩以及临时墩L1、L2、L3、L4。22号墩、L4临时墩滑道梁长度设置成2.2 m，23号主墩滑道梁长度设置成3.5 m，其他滑道梁长度为1.6 m，所有滑道梁宽0.6 m，如图4所示。

1—加垫6 mm厚不锈钢板。

图4 滑道梁结构cm

钢箱梁竖曲线为圆曲线，滑道安装时应使所有横向相邻的滑道保持在相同的高度，所有滑道在一个理想的圆弧曲线内[9]。滑道安装前必须调整水平，保证顶推过程中箱梁、滑板、滑道板之间均为面接触。但是钢箱梁在顶推过程中由于临时支架、钢箱梁本身线形误差以及钢箱梁在吊装焊接时的施工误差，钢箱梁与滑板之间由面接触变为点接触，甚至出现脱空、滑板塞入困难等现象，这说明支反力已发生重分布，进而导致钢箱梁发生局部屈曲，如图5所示。特别是23号墩墩顶的临时支撑，在不脱空的情况下，最大支反力达到约3 400 kN。

3 理论计算分析