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摘要：针对大跨度连续钢箱梁顶推导梁结构，使用有限元软件进行仿真模拟分析，探索新型导梁结构和相应施工措施。
关键字：步履式连续顶推；钢箱梁；倒梯形导梁；导梁过墩工艺
1工程概况
郑州市107辅道快速化工程某连续钢箱梁工程，跨径布置为（40+60+40）m，因上跨连霍高速，采用步履式多点整体顶推为主，部分节段吊装施工。连霍高速桥宽40m，本联自最高点至两侧梁端设计双向1.9%与2.77%纵坡，顶板宽为32.5m，底板宽为24.577m。钢箱梁顶面设2%的双向横坡，梁底板水平。
图 1桥梁纵断面布置图
2导梁结构特点
在桥梁进行顶推施工过程中，导梁设置在主梁的前端，为等截面或变截面的钢桁梁或钢板梁，主梁前端装有预埋件与钢导梁栓接。
导梁的结构需要进行受力状态分析和内力计算，导梁的控制内力是位于导梁与箱梁连接处的最大正、负弯矩和下弦杆(或下缘)承受的最大支点反力。国内外的实践经验表明：导梁的长度一般取用顶推跨径的0.6～0.7倍，较长的导梁可以减小主梁悬臂负弯矩，但过长的导梁也会导致导梁与箱梁接头处负弯矩和支反力的相应增加；导梁过短(0.4l)，则要增大主梁的施工负弯矩值，合理的导梁长度应是主梁最大悬臂负弯矩与营运阶段的支点负弯矩基本相近。
导梁主控指标为抗弯刚度和重量。一抗弯刚度性能体现于导梁对主梁承接，在导梁搭接过墩后，导梁对主梁起支撑作用；二导梁重力与主梁重力比若过大，则无法满足导梁承接意图，导梁应在满足刚度、强度的前提下，具有较小的重量，存在安全隐患。
图3仿真模拟结构
工况一：114.1米钢箱梁及42m导梁在拼装支架上完成对接后，整体落至步履式千斤顶上，准备顶推阶段。荷载组合为：钢箱梁自重+导梁自重+其他结构自重。
图9工况三导梁挠度（单位mm）
在工况三阶段，主梁挠度最大为-14.7mm，位于主梁前进端头处；导梁主梁挠度最大为-36.0mm，位于60m跨径处。
工况四：导梁继续前进25m(箱梁最大后悬臂为27.5m)。荷载组合为：钢箱梁自重+导梁自重。
图10工况四示意图
图11工况四导梁挠度（单位mm）
在工况四阶段，主梁挠度最大为-48.1mm，位于主梁尾端处；导梁主梁挠度最大为-32.3mm，60米跨径处。
4新型倒梯形导梁
4.1 倒梯形导梁结构
根据仿真模拟结果及施工需求优化设计导梁长42m，自重107t，导梁前端设计为倒梯形结构，优化导梁米重比2.54t/m，导梁主梁集度比0.11，导梁与主梁跨径比0.7。导梁经济合理性、安全适用性、技术先进性等指标均与传统导梁相比有所提高。
新型导梁采用采用钢材为Q345qB，变截面工字钢型式。导梁上下翼缘板宽度为800mm，厚度为32mm，腹板厚度为24mm，高度由悬臂端的1200mm变化至根部的2800mm。
图13导梁前端倒梯形结构结构
4.2导梁过墩施工措施
导梁过墩前随着悬臂长度增大挠度也在增大，且在导梁即将过墩前挠度达到最大值通过使用有限元软件Midas Civil对下挠变形最大值进行计算，导梁前端最大下挠达36mm。因下挠变形过大，仅通过施工预拱度控制无法满足导梁正常过墩。采取对导梁端头再设计与增加螺旋千斤顶的方法，保证施工正常进行。
故对整体过墩措施进行设计，当导梁前端台阶（第一节）临近顶推设备时，拆除靠近既有线一侧的一节钢垫块，使导梁前端越过步履式顶推设备，再使用100t千斤顶将导梁前端向上顶起，消除导梁下挠，保证梁底高度高于步履式顶推设备顶面高度， 然后在导梁与顶推设备之间设置支承垛，支承垛与导梁梁底接触密实完全受力，用步履式千斤顶支承导梁，最后利用顶推设备顶推钢箱梁，导梁梁底到达顶推装置上方后，完成过墩措施流程，方可进行正常顶推施工。
导梁过墩具体步骤如下：
（1）拆除一节垫块，使导梁前端越过步履式顶推设备。
图14导梁过墩工艺步骤一
（2）用螺旋千斤顶将导梁前端向上顶起，消除导梁下挠。
图17导梁过墩工艺步骤四
导梁前端结构采用三级阶梯，阶梯高度根据Midas计算的预计下挠数据进行布置，本设计第一阶梯高510mm长1927mm，第二阶梯高1019mm长1700mm，第三阶梯即底板与导梁主体结构保持一致。
100t螺旋千斤顶（280*320*452）布置于钢垫块上，其尺寸规格符合场地要求，满足最大起升高度为400mm的技术指标，螺旋千斤顶螺旋角度小、自锁性能好，顶重后可自动制动和自锁。
5结论
经工程实践证明，依据有限元分析软件科学计算，并根据数据设计的导梁结构与顶推过墩工艺，施工过程整体平稳可控，过程中监测的导梁挠度数据与前期分析基本一致，导梁过墩工艺顺利实施，为顶推正常施工提供了有利保障，同时也说明，有限元软件作为施工深化设计的可行依据，可广泛应用于其他领域。
参考文献
[1]林统励.顶推施工中工字形导梁优化设计. 兰州工业学院学报.2015
[2]白烜宁.大跨钢桁梁桥顶推施工过程受力分析及控制技术研究.兰州交通大学.2014
论文作者:沈福生
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/28
标签：挠度论文; 弯矩论文; 结构论文; 工况论文; 千斤顶论文; 步履论文; 自重论文; 《防护工程》2017年第36期论文;