黄景新 （中铁四局集团有限公司，安徽 合肥 230023）

1 引言

近年来，我国一直在大力推进交通基础设施的建设，促进了公路交通事业的迅速发展。随着桥梁技术的不断进步，钢结构桥梁由于其自重轻、结构强度高等优势，被越来越广泛地应用在大跨度桥梁上。

顶推法施工是通过设置钢导梁和临时墩、滑道、水平千斤顶施力装置，将梁段连接在一起，采用滑道及千斤顶施力装置将梁段移动至指定部位的一种施工方法。由于其不需要支架和大型机械、工程质量容易控制、占用场地少、不受季节影响等，被越来越广泛地应用在大跨度桥梁上。金寨南路桥主桥为非对称钢-混梁独塔双索面斜拉桥，采用顶推法施工，通过有限元软件进行数值模拟得到顶推过程中钢箱梁、导梁的内力和变形指标，结合施工过程，监测钢梁内力和变形最大值出现的施工工序，有效保障了施工安全。

2 工程概况

金寨南路桥主桥平面位于直线上，跨径布置为（32+65+160）m，主跨为160m，跨越通航水域。主桥结构形式为非对称钢-混梁独塔双索面斜拉桥，桥梁分幅布置，单幅标准横断面宽度30.0m，间距3.1m，桥全宽63.1m。主塔采用C50 现浇混凝土，塔柱采用矩形截面塔，塔高112m，桥梁结构如图1 所示。

图1 主桥总体布置图

主桥主梁采用钢-混混合梁，其中主跨采用钢箱梁、边跨采用混凝土梁。主跨钢箱梁全长148m（含钢混结合段），钢箱梁横断面采用双边箱形截面，钢箱梁全宽30m，钢箱梁顶板顶至水平底板顶的高度为3.3m，通过整体旋转形成2%的桥面横坡。全桥共13 个节段，共分为A、B、C、JH 四种梁段，横隔板标准间距为3m。其中A 梁段为标准段，长度12.00m；JH 段为钢混结合段，长度9.55m；B 梁段为过渡段，长度12.00m；C 梁段为支撑段，长度8.00m。主跨钢箱梁阶段划分如图2所示。

图2 主桥总体布置图

钢箱梁标准节段为12m，由桥面板、T 型横梁、隔板、底板、腹板、锚头单元等构件焊接而成，钢箱梁标准节段构造图如图3所示。

图3 钢箱梁标准节段构造图

图4 主桥顶推方案示意图

3 顶推方案

本工程钢箱梁架设施工遵循“先梁后索”“塔梁同步”的顺序，采用“顶推法”架设。北岸钢混结合段先行采用汽车吊现场进行安装就位。其余梁段待南岸顶推支架施工验收完成后，采用履带吊站在南岸拼装平台逐步拼装钢箱梁，钢箱梁拼装完成后安装前端导梁，利用承重支架顶部布置的步履式千斤顶顶推钢箱梁就位。再通过三维千斤顶调整钢箱梁线形，与北岸先行施工的钢混结合段钢箱梁进行焊接连接，然后再整体进行斜拉索施工，完成斜拉索最终张拉后，拆除底部的承重支架，完成全桥施工。

4 支架及导梁设置

根据总体施工布署，结合现场勘测，考虑到老桥桥墩位置影响，钢箱梁临时施工支架采用左右幅交错布置形式，共设置8 组支架，编号分别为1#～8#。其中，2#、4#、5#、6#支架为顶推支架，1#、3#支架为顶推拼装支架，7#、8#支架为北岸钢混结合段拼装支架。顶推支架布置如图5所示。

图5 支架布置图

图6 导梁结构示意图

图7 导梁布置图

考虑到河道通航尺寸，根据施工部署及钢箱梁顶推施工计算分析，为满足顶推过程中主梁强度和刚度的要求，保证临时支架受力的合理性。导梁主梁采用Q355B 材质变截面工字型截面，端部从1.0m 高度过渡到与钢梁高度（3.3m）等高尺寸，长度为29m。主梁间距与主桥钢箱梁内腹板、导梁上下翼缘板和腹板分别与钢箱梁的顶底板、底板及内腹板焊接连接。导梁主梁顶底板厚度为25mm，腹板厚度为16mm。导梁之间横向联系采用桁架连接，桁架上弦杆平面设置单层交叉斜撑，保证钢导梁的空间整体性，满足受力要求。

5 顶推系统布置

项目采用步履式顶升推进系统，该系统主要由步履顶推设备、液压泵站、液压控制系统三大部分构成。系统采用1台泵驱动2 套步履式顶推装置，速度最高约4.5m/h。系统配置压力传感器、位移传感器用来检测每个支撑点的受力及位移情况。

根据施工方案，左右两幅钢梁分别交替顶推。为满足顶推施工需要，计划每幅布置4组顶推设备，每组设备包括2台步履式千斤顶，全桥共布置16 台顶推设备，考虑桥面系为纵横梁结构体系，顶推设备布置于每幅钢梁内腹板下方，全桥顶推系统布置如图8所示。

图8 全桥顶推系统布置图

6 顶推计算分析

钢箱梁采用从南岸向北岸顶推架设方案。利用履带吊在北岸拼装支架上安装钢箱梁及导梁，利用顶推支架上布置的三维千斤顶进行钢箱梁同步顶推作业。钢箱梁顶推至D9节段后，利用南岸0#块上的汽车吊逐步拆除钢箱梁前端的导梁，继续顶推钢箱梁就位。就位后利用顶推支架上的三维千斤顶调整钢箱梁纵横向位置及横坡，实现钢箱梁与钢混结合段的对接及成桥状态的调整。随后安装支座，再按照由短到长的顺序安装斜拉索，利用拉索张拉调整钢箱梁线形至设计成桥状态。根据顶推方案及支架、导梁设置，对顶推方案进行计算工况划分，顶推过程中计算共划分54 个工况，工况划分信息如表1所示。

表1 顶推施工工况划分信息表

采用有限元结构计算软件MIDAS CIVIL 2020 进行建模，主梁采用梁格法进行建模，导梁及主梁均采用梁单元，如图9、图10所示，边界条件根据顶推工况进行设置。主梁构件材质为Q345qD，导梁材质为Q355B。顶推计算时只考虑恒载及风荷载。恒载由程序自动计算，风荷载横桥向进行施加。

图9 钢箱梁模型

图10 导梁模型

根据桥梁顶推工艺，对各个顶推工况中的钢梁及导梁的受力进行分析，形成计算结果包络图如图11、图12 所示，钢梁各工况的竖向位移包络图如图13所示。

图11 钢梁应力包络图（单位：MPa）

图12 导梁应力包络图（单位：MPa）

图13 竖向位移包络图（单位：mm）

由计算结果可知，钢梁应力最大的工况为工况32，钢梁A7 拼装完毕并向前顶推3m，此时结构悬臂长度为43m，导梁端部未落在保护墩上，为悬臂最大的情况，此工况下钢箱梁最大组合应力值为52MPa＜270MPa，满足钢箱梁强度要求，工况示意图如图14所示。

图14 钢梁应力最大工况示意图（工况32）（单位：mm）

导梁应力最大的工况为工况38，钢梁A8 拼装完毕并向前顶推6m，此时导梁结构悬臂长度为15m，7#支架未进行支撑，此工况下导梁最大组合应力值为122MPa＜270MPa，满足导梁强度要求，工况示意图如图15所示。

图15 导梁应力最大工况示意图（工况38）（单位：mm）

钢梁竖向位移最大的工况为工况14，钢梁A3 拼装完毕且向前顶推8m，此时结构悬臂长度为42.5m，导梁未落在5#支架上，钢箱梁最大竖向位移94mm，工况示意图如图16所示。

图16 钢梁应力最大工况示意图（工况14）（单位：mm）

根据有限元计算结果对顶推各个最不利工况结果进行汇总，顶推最不利工况结果汇总如表2所示。

表2 顶推最不利工况结果汇总

通过整体数值分析可知，在顶推的各个阶段，钢箱梁、导梁应力与变形最大的工况均为导梁即将落在下个支架之前。当导梁落在支架之后，钢箱梁、导梁应力与钢梁变形会明显减小。因此导梁能够有效减少钢箱梁的悬伸长度从而降低顶推过程中的应力，同时导梁可采用变刚度截面以减少自重。

在钢箱梁顶推施工过程中应对导梁落架的阶段工况进行重点关注，配合做好监测工作，将监测数据与理论数据进行对比，若出现超限需及时进行分析，确保顶推施工能够高效、安全地进行。

7 结语

随着大跨度桥梁的不断涌现，在桥梁施工过程中，越来越多的钢箱梁采用顶推法进行施工。本文结合引江济淮工程金寨南路桥（32+65+160）m 斜拉梁主桥钢箱梁顶推过程，通过有限元数值模拟得到顶推过程中各阶段的钢箱梁及导梁的内力和变形指标，在施工过程中通过加强监测内力和变形最大值出现的施工工序，并与理论计算进行对比，安全高效地完成了金寨南路桥主桥双边钢箱梁的顶推施工，为类似工程提供丰富经验及借鉴价值。