连续梁桥顶推施工临时支墩受力分析

王冰玉

摘 要：以某顶推施工为工程实例，利用有限元分析软件Midas Civil建立了主梁顶推过程分析模型，分析了顶推过程中临时支墩的支反力随顶推过程的变化趋势；建立了临时墩的有限元分析模型，分析了临时墩在水平荷载和竖向荷载作用下的受力性能，分析结果和实际施工效果表明，设计结构满足施工要求。

关键词：顶推施工；有限元分析；临时墩；受力分析

引言

近年来，随着国家基础设施建设和施工技术的快速发展，顶推施工方法的发展表现的日趋成熟，它以其独有的优势获得了广泛的应用，同悬臂法和转体施工等施工方法相比，具有场地要求少，无支架，不影响既有道路的正常通行，快速等优点[1]。在顶推施工过程中，若桥梁跨径过大，顶推过程中的梁体内力变化较大，顶推梁的设计难度较大，为减小顶推梁的内力变化幅度和保证顶推的顺利进行，可在中间设置临时支墩[2]。为保证临时支墩在体系转换、多点顶推的施工过程中结构受力和变形始终处于安全范围内，需对临时支墩在体系转换及多点顶推工况下进行强度、刚度检算[3]。

1 工程背景

某客专特大桥全长13.1Km，采用7-16m预应力混凝土连续箱梁设计。连续箱梁位于R=1300m的圆曲线上，梁面坡度为-20.5‰，跨度为（16.5+5×16.6+16.5）m，全长116m，连续箱梁混凝土共计643.1m3。连续梁预制及顶推位置关系见图1。连续梁对应墩号为376-383#墩，其中377#-382#墩采用钢混结合框架墩，墩顶设钢横梁，376#、383#墩为普通混凝土实体墩。

2 顶推过程中受力性能

2.1 主梁模型的建立

为了如实反映每一顶推工况下梁体各个单元的位置和内力，本文采用梁动墩不动的建模方法，由于桥梁施工过程是提前将7孔16m连续梁预制在371#-374#墩上，再进行顶推，所以建模时就直接建好全桥模型，然后采用固定支座模拟桥墩的方法来进行建模，计算模型中根据顶推施工梁段的划分、支点、跨中、截面变化点等控制截面将全桥划分为187个节点和186个单元[4]。根据设计图纸所示施工阶段及需完成工作将本桥划分为200个施工阶段，根据顶推施工特点及梁体的长度，每一施工阶段桥梁顶推0.75m，全桥约束每22个一循环。

2.2 臨时支墩体系

7孔16m连续梁预制位置371#-374#墩间孔跨设计为32mT梁，无法满足梁体预制完成后体系转换的要求，为满足体系转换16m跨的要求，在32m跨间设置临时墩，即在370#-374#间设置4个临时支墩（L1、L2、L3、L4#）。临时墩主要由直径630mm、壁厚为10mm螺旋焊管构成，钢管横桥向中心距260cm、顺桥向中心距237cm，高度1854cm。钢管立柱之间由L75，厚度为8mm的角铁构成系杆。临时墩顶横桥向设2*HW300*300型钢作为横梁、顺桥向设3*HW300*300型钢作为纵梁，同时作为顶推滑道安装底座，横梁与钢管柱及纵梁与横梁之间焊接牢固。

2.3 临时墩支反力

从全桥模型图可以看出，随着施工阶段即顶推距离的增加，每个固定支座所代表的墩号是变化的，分别找出每个施工阶段中固定支座所代表的4个临时支墩，并求出它们的支反力值，计算结果见图3。

由于临时墩L1#～L4#是按梁体前进的方向一次排布的，在连续梁顶推前进12m时，导梁脱离了临时墩L1#，因此在以后的施工阶段临时墩L1#的支反力均为零，临时墩L1#的最大支反力值为158.2KN；在连续梁顶推前进45m时，导梁脱离了临时墩L2#，临时墩L2#的最大支反力值为2525.5KN；在连续梁顶推前进78m时，导梁脱离了临时墩L3#，临时墩L3#的最大支反力值为2534.7KN；在连续梁顶推前进111m时，导梁脱离了临时墩L4#，临时墩L4#的最大支反力值为2541KN。

2.4 临时墩受力分析

临时墩主要承受砼梁的重力，同时需承受由于摩擦引起的横桥向的水平力，为此临时墩及基础设计主要考虑竖向力和横桥向的水平力的作用，纵桥向水平力因采用了水平连接，可以将部分水平力传递给永久墩，限于篇幅，这里不讨论纵桥向水平力的作用[5]。

由全桥模型计算结果可知，临时墩受支反力最大值发生在L4#墩，所以竖向力取最大值2541KN，根据施工时的实际顶推方案，摩擦系数取0.1，根据摩擦阻力计算公式f=μN，可求得横桥向水平力为254KN。建模时，按照两列纵桥向的竖向均布荷载397KN/m和四个横桥向的水平荷载63.5KN加载。

由受力分析图4可知，临时墩最大组合应力发生在钢管柱底端，其最大组合应力值为132MPa；纵梁最大组合应力值为38MPa，横梁最大组合应力值22MPa；临时墩最大水平位移发生在钢管柱之间的连接件处，最大值为0.25mm，最大竖向位移发生在纵梁跨中，最大值为6.2mm。

3 结束语

对临时墩建立了有限元模型，进行了分析，得出的主要结论如下：（1）根据顶推梁的顶推过程有限元模型分析了临时墩的受力，求出临时墩的最大支反力为2541KN；（2）设计了临时墩的结构，为防止顶推过程中的水平力及动力作用，加强了钢管立柱间的连接；（3）对临时墩进行了受力分析，临时墩的最大组合应力为132MPa小于允许值188.5MPa，发生在钢管立柱的底部。横梁和纵梁的最大组合应力分别为22MPa、38MPa也均小于允许值[6-7]。结果表明，满足强度要求。

参考文献

[1]宋延旭.顶推施工阶段钢箱梁桥受力性能研究[D].北京：北京交通大学，2010.

[2]李纪友.临时墩在桥梁顶推施工中的应用[J].林业建设，2006（1）：31-33.

[3]黄宏辉.大跨度斜连续梁桥顶推施工仿真计算程序设计与关键技术研究[D].湖南：长沙理工大学，2005.

[4]刘小光.钢箱梁顶推施工仿真计算与受力分析[D].湖南：长沙理工大学，2001.

[5]刘川.钢箱梁顶推法施工过程仿真分析[J].交通世界，2013（7）：213-215.

[6]JTJ041-2000.公路桥涵施工技术规范[S].

[7]GB 50017-2003.钢结构设计规范[S].