1、Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 19 期95文章编号：2095-6835（2023）19-0095-03顶推施工中导梁结构的受力研究杨昊晖1，宋 盛2，周轶峰3（1.南京上铁地方铁路开发有限公司，江苏 南京 210000；2.中铁二十四局集团有限公司，上海 200000；3.河海大学土木与交通学院，江苏 南京 210098）摘要：依托某采用顶推施工的桥梁工程，研究了在顶推施工过程中导梁结构在不同工况下的受力变化。通过 Abaqus建立钢箱梁全桥细化模型，考虑顶推施工中不同工况下的实际边界条件，分析计算了施工全工况下结构应力应变。研究
2、结果表明，在不同施工阶段，结构受力均满足规范要求，但是在斜交顶推施工非对称支承工况下，导梁结构局部区域产生较大的应力突变，不利于施工安全。关键词：斜交结构；顶推施工；导梁；受力分析中图分类号：U445.462文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.19.029随着中国桥梁建设如火如荼的发展，国内针对桥梁顶推施工技术已经有了相当多的研究，且具备了施工阶段全过程分析的理论体系，从桥梁施工层面来讲，顶推施工法已经是一个成熟且理论充足的工程技术。而导梁在桥梁顶推施工中扮演着十分重要的角色，不仅可以通过合理的导梁设置来减小主梁的最大悬臂长度，也可以通过导梁来纠正主梁顶推行进过
3、程中的偏位问题1。在顶推过程中导梁周期性地、动态地呈现悬臂、简支，其内力组合也随导梁受力状态的变化而发生变化。林统励等2为了解决三跨连续箱梁在顶推过程中桥梁整体的安全性，利用弹性力学基本原理建立首节导梁有限元模型，结合理论计算结果和现场实测数据对比分析，发现二者结果吻合；王天鹏等3认为在桥梁顶推施工过程中，导梁的结构形式对于主梁受力具有显著的影响，恰当选择导梁的结构形式能够减少主梁内力，降低施工成本；王卫锋等4利用结构力学位移法建立简化的结构计算分析模型，得到了一种导梁优化设计的理论方法；李文科5以有限元分析为基础，对贝雷片导梁进行了详细研究，从位移、内力、稳定性角度对导梁优化提出了建议；赵人
4、达等6认为导梁的刚度宜为主梁刚度的 1/91/5，导梁对主梁内力的影响远小于其长度对主梁内力的影响。钢箱梁顶推施工过程中，结构整体受力复杂，特别是在斜交支承状态下的顶推施工中，导梁的受力有何变化，还需要进一步研究。本文通过有限元模拟计算的方式，通过分析全施工工况下导梁的受力情况及挠度变形，探明斜交顶推施工过程中导梁最不利的受力工况，并为同类工程提供相应的设计和施工上的指导。1工程概况本文依托工程连续钢箱梁一联两跨共 65 m，梁段采用边墩正交、中间墩斜交的布孔方式，中墩与路线夹角为 100.579，工程采用顶推施工完成桥体就位，在箱梁前端设有 26 m 长的导梁。该顶推节段 65 m 梁部采用
5、预制拼装，顶推前施工外侧防撞护栏，连续顶推到位后，再铺设桥面铺装。最大总顶推质量约 1 404 t，该质量包含 65 m 长钢箱梁 1 314 t 和 26 m 长导梁 90 t。2有限元模型主梁结构为单箱四室钢箱梁，材料采用 Q345qD，全宽 28.9 m，两侧采用 2.6 m 长的悬臂板，底板宽度为 23.7 m，各腹板均铅垂布置，各腹板纵向均采用肋板加劲，钢箱梁顶底板均在支座位置处进行加厚处理。导梁结构采用 Q345 钢，导梁腹板采用工字形截面，腹板间通过横撑横向连接，导梁总长 26 m，导梁工字形截面腹板厚 14 mm，上下缘厚 20 mm，左右腹板间距11.2 m。本文基于 Aba
6、qus 有限元软件，建立了全桥壳单元模型。箱梁模型总质量 1 375.85 t，导梁模型总质量 85.23 t，与设计参数基本一致，导梁结构细节及全桥模型如图 1 所示。图 1模型示意图模型采用“梁不动，支承体系（临时墩或主桥墩导梁构造细节横隔板布置科技与创新Science and Technology&Innovation962023 年 第 19 期与钢箱梁之间的支承单元）随各个施工阶段变化而变化”的方法对顶推过程进行仿真模拟。3有限元计算3.1工况分析本文依托工程采用顶推施工方法，顶推动力采用夹轨式液压千斤顶，作用在钢箱梁尾端，通过往复式顶推方式推动梁体就位。由于在实际现场顶推施工过程中
7、，不同工况下的支承方式会发生变化，根据现场施工顺序，将顶推过程分为以下 4 个工况，如表 1 所示。表 1顶推施工工况划分施工阶段工况说明工况1主梁节段拼装支架施工，拼装钢梁及导梁完成，准备滑移工况2钢梁前移，此时导梁前移至26号墩前方，处于最大悬臂状态工况3钢梁前移，导梁一侧刚好与26号墩搭接，结构处于非对称支承状态工况4钢梁继续滑移至桥墩支座处，完成滑移，准备落梁，导梁悬臂3.2导梁结构计算结果各工况下导梁结构有限元计算结果如表 2 所示。表 2各工况下导梁结构计算结果施工阶段最大应力/MPa位置最大竖向位移/mm位置工况161.08导梁根部下翼缘54.29导梁端部工况265.74导梁根部
8、上翼缘66.18导梁端部工况3125.2导梁端部横撑连接处60.88导梁端部工况457.48导梁根部上翼缘49.30导梁端部从表中可以看出，在工况 3 下导梁结构应力最大值为 125.2 MPa，对比工况 1、2、4 显著增大，最大应力位置也由导梁根部区域转移至导梁腹板与横撑连接位置。工况 3 下的导梁应力、应变计算结果如图 2 所示。工况 3 下导梁结构处于非对称支承状态，一侧支承于墩顶，另一侧悬臂，在模型计算结果中，可以看出在导梁结构变形主要也是集中在未支承一侧，而在支承侧几乎没有变形。从图 2（a）中可以看出，工况3 下结构最大应力分布在导梁最前端横撑与支承侧导梁腹板连接位置处，可以判断
9、当导梁处于非对称支承状态时，支撑一侧腹板与未支承侧腹板通过横撑相互作用，约束互相之间的位移，且在横撑的连接位置产生较大的应力集中。同时对比工况 2 和工况 3 可以发现，由于工况 3 中一侧导梁已经支承在墩顶，在中间横撑的约束作用下，未支承一侧的导梁竖向挠度对比工况 2 有明显减小。（a）导梁应力（b）导梁应变图 2工况 3 下导梁应力、应变计算结果云图在工况 3 下，对导梁沿两侧腹板底部纵向路径提取应力、应变，如图 3 所示。从图 3 可以看出，对比两侧导梁变形结果，悬臂侧导梁位移从导梁根部开始逐渐增大，最大值为 60.88 mm，最大挠度出现在导梁中间位置，最大变形 7.38 mm；从应力
10、计算结果看，未悬臂侧导梁底板在支承位置处出现明显的应力集中，且发生应力集中位置处的应力最大达 64.23 MPa，而悬臂侧导梁应力均匀变化，最大应力出现在导梁根部与钢箱梁连接位置处，为 45.12 MPa。由此可以看出，虽然结构上导梁悬臂一侧应力水平较高，且挠度变形较大，但是无论从导梁腹板最大应力还是导梁底板最大应力看，支承一侧导梁的最大应力水平均较大，局部区域存在屈服的风险。（a）悬臂侧导梁挠度Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 19 期97（b）未悬臂侧导梁挠度（c）悬臂导梁应力（d）未悬臂导梁应力图 3施工阶段 CS3 的悬臂、未
11、悬臂的导梁应力应变图4结论本文依托某斜交钢箱梁顶推施工的实际工程参数，基于 Abaqus 有限元模型，详细分析了在顶推施工过程中导梁结构的受力情况，得到以下结论：在斜交顶推施工各工况下，导梁结构所有构件受力均满足强度要求；斜交顶推施工过程中，应重点关注结构处于非对称支承状态下的悬臂端导梁的挠度变形和支承端导梁的横撑及支点位置处的局部应力；本文发现非对称支承阶段下导梁最前端横向连接处应力显著增大，因此考虑可以对该位置处的横向连接系进行一定强化。参考文献：1杨弦.高墩大跨径连续刚构桥施工控制分析D.武汉：武汉理工大学，2014.2林统励，伍明强，赵江林.顶推施工中工字形导梁优化设计J.兰州工业学院
12、学报，2015，22（6）：62-67.3王天鹏，周先雁，贺国京，等.大跨柔性钢梁顶推施工导梁结构优化及局部受力分析J.公路，2016，61（7）：121-124.4王卫锋，林俊锋，马文田.桥梁顶推施工导梁的优化分析J.工程力学，2007（2）：132-138.5李文科.顶推法桥梁施工中贝雷片导梁的受力分析及稳定性分析D.西安：长安大学，2014.6赵人达，张双洋.桥梁顶推法施工研究现状及发展趋势J.中国公路学报，2016，29（2）：32-43.作者简介：杨昊晖（1995），男，本科，工程师，研究方向为工程管理与施工。通信作者：宋盛（1999），男，本科，研究方向为桥梁施工。（编辑：丁琳）（
13、上接第 94 页）的形式对数据处理与分析过程中的各项关键技术进行展示，并融入二维码和参数修改与选择功能实现师生互动。在“数据处理与分析”课程教学中，教学内容的讲解辅以教学平台案例展示，让学生以沉浸式体验数据处理与分析过程，在学习理论知识的同时进行实践。参考文献：1蒋玉婷.基于 JAVA 的教育教学综合平台设计与实现J.教育现代化，2018，5（47）：214-215.2白鹤.大数据视阈下应用本科院校教学平台建设研究J.价值工程，2018，37（3）：188-190.3张琳，张薇，王广学.高校艺术设计数字化教学平台建设研究J.艺术教育，2016（6）：274-275.4朱青.高校数字化教学存在的问题及对策分析J.电子技术，2013，42（10）：64-65，63.作者简介：杨玉蟾（2003），女，土家族，湖南张家界人，本科生，研究方向为计算机科学与技术。通信作者：吴自然（2003），男，湖南岳阳人，本科生，研究方向为计算机科学与技术。（编辑：丁琳）
