刘敬玉 曹延斋 韩玉宽

(1.胶州市城乡建设局，山东 青岛 266300； 2.青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266061)

1 概述

1.1 顶推法定义

顶推法施工是在桥梁施工的时候，在纵桥向的后面先搭建一个拼装平台，之后在这个平台上进行桥梁一个节段的预制或者拼装工作，当在这个拼装平台上进行完这一个节段的拼装或者预制工作之后，就利用滑动的装置以及水平千斤顶，将其沿纵桥向水平顶推出去，之后，再在这个拼装平台上对下一个节段的桥梁梁体进行拼装或者预制工作，就这样预制拼装一段梁体，便利用千斤顶向前顶推一段，再预制拼装一段，如此循环往复，将梁体拼装顶推，一直到梁体成型，已经顶推到设计的位置之后，桥梁的顶推施工工作结束[1,2]。之后落梁，梁体放置在永久支座上。

1.2 有限元法定义

有限元技术在工程结构的计算与模拟上得以广泛应用。有限单元法作为一类求解工程结构近似解的数值分析方法，其思路为将工程结构离散为多个单元，将若干个单元的集合体来取代实际结构，然后对每个单元进行计算，最终求得整体结构的计算结果。这种计算方法得到的结果是近似的，但对于工程应用来说，精度可以满足。有限单元法是经过矩阵位移的方法推广演化，逐步扩展到二维及三维模型。二维与三维模型与杆系模型不同，没有明显的连接点，因此需要人为建立众多节点，这样使结构分割为各种形状的单元。通过这种方式，连续体便可使用有限个自由度的系统来表示，并可求得其近似计算结果[3]。

1.3 顶推法建模思路

顶推法建模思路有两种:一种是墩动梁体不动，另一种是梁体动墩不动[4,5]。

1)墩动梁体不动是指在结构建模过程中，梁体的空间坐标保持不变而墩台等不断向后移动。这种方法的优点是:整个顶推过程中结构的单元号没有改变，方便提取结构内力等数据。缺点是:下部支撑反力的提取较为麻烦。

2)梁体动墩不动是指墩台的空间位置不变，利用激活和钝化单元的方式实现结构向前移动。该方法的优点是:a.模型的顶推过程很直观，符合实际情况;b.由于下部结构空间坐标没有改变，因此支撑反力的提取较为简便。缺点是:由于模型中结构的单元号在不停改变，因此内力的提取较为麻烦。

2 湖北省某工程示例

2.1 工程概况

该桥跨布置为2-32 m简支梁+1-96 m钢桁梁+5-32 m简支梁+1-20 m简支梁+2-24 m简支梁+5-32 m简支梁，全桥长575.36 m。其中1-96 m钢桁梁采用拖拉施工方案[6]。

2.2 导梁及临时墩计算分析

2.2.1导梁的计算

采用Midas建立导梁计算模型，通过计算得各个杆件在各工况下的结构受力如表1所示。

表1 各杆件在各工况下的结构受力表

2.2.2临时墩计算分析

1号墩钢管桩截面采用φ800 mm×20 mm，Q235材质，布置为4×4共16根，按纵桥向桩间距为2.4 m，横桥向桩间距3 m布置，桩底与钻孔桩基础通过法兰盘连接。

2号、3号墩结构基本相同，钢管柱采用Q235材质，钢管柱截面为φ1 500 mm×16 mm，钢管柱内灌注C40混凝土。临时墩钢管柱布置共4根，按纵桥向桩间距为7.5 m，横桥向桩间距12 m布置。计算模型如图1,图2所示。

临时墩分配梁及滑梁计算：

1)分配梁及滑梁弯矩内力值,见表2～表4。

表2 1号临时墩各构件最大内力计算值结果汇总表(工况3)

表3 2号临时墩各构件最大内力计算值结果汇总表(工况2)

表4 3号临时墩各构件最大内力计算值结果汇总表(工况4)

2)滑梁A结构计算。

最大变形值计算：12.7 mm

3)滑梁B结构计算。

经计算滑梁B满足设计要求。

4)滑梁C结构计算。

滑梁C与滑梁B结构相同且比滑梁B受力较小，故滑梁C满足设计要求，计算略。

5)分配梁A1结构计算。

6)分配梁A2结构计算。

经计算分配梁A2满足设计要求。

3 结语

1)在顶推过程中墩身立柱底面没有拉力，墩身杆件所受轴向力符合杆件承载力要求;基础底面的荷载合力偏心均小于设计允许值，倾覆稳定系数和滑走稳定系数均大于设计允许值，基础底面的土壤最大压应力小于允许值，基础底面的拉应力大于零。所拟选临时墩的高程、基础、墩身杆件均能满足施工要求。

2)有限元模型使桥梁顶推施工的结果分析更加精确，可以有效提升计算速度，减少主梁单元数量，保障计算的精度，该方法是值得进行推广和使用的。