波形钢腹板PC连续梁桥顶推施工过程受力分析

波形钢腹板PC连续梁桥顶推施工过程受力分析 

刘迎春１，杨云安２，文振军２，上官兴１ （１．华东交通大学土木建筑学院　南昌市　３３００１３；２．中交第四航务工程勘察设计院有限公司　广州市　５１０２３０）

 摘　要：以吉安市深圳大桥的左幅桥跨越井吉铁路段的三跨波形钢腹板ＰＣ连续梁桥为工程背景，采用桥梁专 用设计计算软件ＲＭ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｖ８ｉ建立了空间有限元分析模型，对该波形钢腹板ＰＣ连续梁桥的顶推过程进行了仿真 分析，结果表明：该桥在顶推施工过程中顶底板混凝土强度有一定的安全储备；导梁的前端产生较大的竖向位移，施 工时要采取必要的预防、处理措施。 

关键词：波形钢腹板；箱梁；顶推施工；受力分析

波形钢腹板ＰＣ组合箱梁用波形钢腹板代替普 通预应力混凝土箱梁的混凝土腹板，形成由预应力 混凝土顶底板和波形钢腹板组成的一种新型的箱型 钢－混凝土组合结构。波形钢腹板ＰＣ组合箱梁桥 分别利用了混凝土抗压能力强和波形钢腹板抗剪强 度高的特点，发挥了混凝土和钢材这两种力学性能 迥异的建筑材料各自的优点，是一种经济合理的结 构形式［１，２］。 跨度较小的波形钢腹板ＰＣ箱梁桥通常采用支 架现浇法进行施工，而对于跨径较大的波形钢腹板 ＰＣ箱梁桥，通常采用悬臂浇注法进行施工，如山东 鄄城黄河大桥［３］。在一些特殊情况下，如需要跨越 铁路的桥梁，桥下不允许搭设支架进行现浇施工，波 形钢腹板ＰＣ箱梁桥也可以采用顶推法进行施工。 在这方面日本有成功先例［４］，国内则处于起步阶段。 

１　工程概况 

吉安市深圳大桥位于井冈山经济技术开发区深 圳产业园深圳大道，上跨井（冈山）－吉（安）铁路线， 并与之呈１２３．６°斜向交叉。由于施工过程中原有 桩位Ｌ１处溶洞的影响，需要修改深圳大桥左幅桥 Ｌ０号桥台与Ｌ３号桥墩之间的结构设计方案，改跨 径后的结构设计方案保持Ｌ０号桥台和Ｌ３号桥墩 位置不变。桥梁下部结构Ｌ０桥台采用桩柱式桥 台，钻孔灌注桩基础；Ｌ１、Ｌ２桥墩采用４个圆柱墩， 这些圆柱桥墩支承在一个直径为１５ｍ的大直径挖 孔空心桩上［５］；Ｌ３为过渡墩，采用桩柱式桥墩，钻孔 灌注桩基础。 深圳大桥Ｌ０号桥台与Ｌ３号桥墩之间修改后 的设计方案上部结构采用波形钢腹板ＰＣ连续梁桥 结构体系。顺桥向采用跨径组合为（６１＋８＋６１）ｍ 的三跨波形钢腹板ＰＣ连续梁桥。桥梁的横断面如 图１所示，波形钢腹板小箱梁的平均高度为３．６ｍ。 横桥向由４个小箱梁组成，桥面宽度为１７ｍ，实际 顶推施工时每次顶推两个箱，全桥分两次顶推施工， 单次顶推箱梁宽度为８．２ｍ。两次顶推到位后采用 湿接缝连接。 桥梁顶推施工方案如图２所示，箱梁沿纵桥向 划分为９个节段，其中①～③节段的波形钢腹板及 其上下翼缘钢板作为波形钢腹板ＰＣ小箱梁顶推施 工时的导梁段，共４１．８ｍ；其余的④～⑨节段为预 制拼装的波形钢腹板小箱梁。顶推施工时共设置３ 个临时墩，跨越井吉铁路时的最大悬臂长度为４９ｍ。 

２　顶推施工过程计算分析 

２．１计算模型建立

 采用ＲＭ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｖ８ｉ软件进行顶推施工过程桥 梁结构受力分析。从图２上看，桥梁的顶推方向是 从左至右，约定箱梁的最左端为纵桥向位置的０点， 最右端截面为箱梁的１３０ｍ 处截面。建模时考虑 两端支座的位置，全桥计算长度假定为１２９．６ｍ。 建立箱梁的空间梁单元有限元模型时，考虑横隔板 的位置及预应力钢束锚固点的位置，确定每个梁单 元长度为１．６ｍ。波形钢腹板ＰＣ小箱梁共划分为 ８１个等长的梁单元。支座约束采用弹簧单元模拟， 未考虑桥墩压缩变形的影响，临时墩处的支座沉降 通过设置竖向千斤顶进行调整。 深圳大桥横断面由４个箱型截面组成，实际顶 推施工时每次顶推两个箱，分两次顶推施工，顶推施 工过程的最大悬臂长度为４９ｍ。建立有限元计算 模型时只建立单箱截面的桥梁模型，顶推施工仿真 计算按单箱顶推施工进行，内力及支座反力等计算 结果是单箱顶推施工的计算结果。

 ２．２顶推施工方案及施工阶段划分 为了确保井吉铁路交通运输安全，深圳大桥跨 井吉铁路段采用顶推方法进行上部波形钢腹板ＰＣ 小箱梁施工。开始顶推前预先在顶推滑道上组拼 ①～③节段的波形钢腹板工字形截面导梁和④～⑨ 节段预制波形钢腹板ＰＣ小箱梁，张拉④～⑨节段 顶底板的预应力。顶推４９．６ｍ，导梁跨越井吉铁路 后，导梁的前端支承于Ｓ１临时墩上，在此之前，导梁 处于最大悬臂状态。接着张拉④～⑥节段底板的临 时预应力束，以抵抗④～⑥节段跨越井吉铁路时箱 梁的正弯矩，并继续向前顶推施工。 当顶推长度达１２６．６ｍ时，导梁前端支承于Ｓ３ 临时墩上，安装导梁段箱梁顶底板模板，浇注导梁段 箱梁顶底板混凝土并进行养护，当现场浇注的混凝 土强度达到设计混凝土强度等级的７５％后，进行 ①～③导梁段顶底板预应力张拉施工，并调整④～ ⑥节段顶底板的预应力钢束张拉值。最后再顶推 ３．４ｍ后，整个顶推施工过程到此结束。拆除临时 墩后进行桥面铺装和桥面栏杆安装工作。 进行顶推施工仿真计算时，按照即将实施的顶 推施工工序划分施工阶段。计算时每顶推１．６ｍ 作为１个计算施工阶段，考虑到预应力钢束的张拉 和拆除工序以及导梁前端约束条件的变化，全桥共 分为９８个施工阶段进行仿真计算。 

３顶推计算结果分析 采用有限元软件ＲＭ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｖ８ｉ对该波形钢腹 板ＰＣ梁桥的顶推施工过程进行仿真分析，得到深 圳大桥顶推施工过程中的各施工阶段箱梁各截面的 内力及位移结果，可作为该桥的设计计算和施工控 制的理论依据。 顶推过程每个施工步骤考虑了３种荷载工况： 工况一：在箱梁自重单独作用下；工况二：在箱梁预 应力单独作用下；工况三：在箱梁自重和预应力共同 作用下。每个施工步骤按短暂状况进行混凝土箱梁 和波形钢腹板工字形导梁的强度验算。 

３．１　主梁和导梁弯矩 在顶推施工过程中，单个箱梁和导梁在结构自 重作用下各截面的弯矩包络图如图３所示，箱梁的 最大负弯矩值为２．９１×１０４　ｋＮ·ｍ，是当跨越井吉 铁路时钢导梁的最大悬臂施工阶段产生的。④～⑥ 节段箱梁的最大正弯矩值为１．９４×１０４　ｋＮ·ｍ， ⑦～⑨节段箱梁的最大正弯矩值为１．５６×１０４　ｋＮ·ｍ。 结构自重作用下各截面的弯矩包络图可作为顶推施 工设计时确定预应力钢束数量和张拉力的设计依据。 

３．２　波形钢腹板和箱梁混凝土应力 在顶推施工过程中，在箱梁自重和预应力共同 作用下各截面顶底板的最大压应力分布图如图４所 示。由图可见，箱梁的最大压应力出现在箱梁的底 板处，为－１５．４ＭＰａ。此外，箱梁在顶推过程中，最 小压应力为－１．０ＭＰａ，各截面不会出现拉应力，且 存在一定的强度安全储备。 

３．３　导梁前端挠度变化 顶推施工过程中，导梁前端的竖向位移如图５所 示，由图可知，导梁前端的最大竖向位移为１９７ｍｍ， 方向向下，发生在导梁前端即将到达Ｓ１临时墩前的 最大悬臂状态。导梁的最大挠度约为悬臂长度的 １／２５０。须采取一定的预防、处理措施，如：在临时墩 上设置竖向千斤顶以便将导梁顶起［６］。 图５　导梁前端位移变化曲线 ４　结语 对井冈山经济技术开发区深圳大桥跨越井吉铁 路的波形钢腹板ＰＣ梁桥的顶推施工过程进行了仿 真分析，可以作为该桥的设计和施工过程的理论依 据，结果表明： （１）该桥在顶推施工过程中，顶底板的混凝土强 度有一定的安全储备。 （２）导梁的前端产生较大的竖向位移，施工时要 采取必要的预防、处理措施，如导梁搭上临时墩前， 在临时墩上设置竖向千斤顶将导梁顶起，使其顺利 搭上临时墩。 （３）利用箱梁内部的波形钢腹板工字形钢梁作 为顶推施工时的钢导梁，能充分发挥其抗弯和抗剪 承载能力高的优点。

 参考文献： ［１］　乔晋姿，祝兵．波形钢腹板ＰＣ组合箱梁发展综述及受 力分析［Ｊ］．四川建筑科学研究，２００８，３４（４）：４９－５２． ［２］　万水，李淑琴，马磊．波形钢腹板预应力混凝土组合箱 梁结构在中国桥梁工程中的应用［Ｊ］．建筑科学与工程 学报．２００９，（２）：１５－１９． ［３］　陆士平，畅永福．波形钢腹板预应力混凝土箱梁施工技 术［Ｊ］．公路交通科技／／应用技术版，２０１３，（３）：１８６－１９０． ［４］　李广慧，张建勋．波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥顶推 施工技术［Ｊ］．施工技术，２０１０，（７）：１１８－１２０． ［５］　褚东升，杨云安，宋瑞斌．１５ｍ超大直径空心桩在复杂 岩溶地层中的应用［Ｊ］．水运工程，２０１４，（２）：１８０－１８４． ［６］　蒋建辉．桃花峪黄河大桥钢箱梁顶推整体计算［Ｊ］．筑 路机械与施工机械化，２０１３，（１）：７８－８１．

需要此文献的朋友，请加客服微信：18627928078，免费提供。