第２６卷第４期 ２Ｏ１３年８月 四川理工学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１３ 文章编号：１６７３－１５４９（２０１３）０４－００７６—０４ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－１５４９．２０１３．０４．Ｏ１８ 连续刚构桥顶推关键技术研究 肖飞 ，顾箭锋 ，陈玉清 ，文帆川 （１．长安大学，西安７１００６４；２．山东建筑大学，济南２５０１０１；３．云南省公路工程监理咨询公司，昆明６５００２１） 摘要：随着连续刚构桥桥型在我国桥梁建设中的广泛采用，项推成为连续刚构桥施工过程中的关 键工序。文章以怒江大桥（８８＋１６０＋８８ １３１＂的连续刚构桥）为依托，对顶推工序进行了详细介绍，提出了 顶推力值的计算方法。计算过程中考虑了升温效应对结构产生的有利变形，及底板预应力束张拉造成 的不利变形。研究结果为其他同类桥梁顶推力值的计算提供参考。 关键词：连续刚构桥；顶推力；计算方法 中图分类号：Ｕ４４３．２ 文献标志码：Ａ 连续刚构桥兼顾了连续梁桥和刚构桥梁体连续、梁 墩固结的特点，具有结构整体性好、跨越能力强、施工简 缘按１．６次抛物线变化。 怒江大桥主桥由２个“Ｔ型”悬臂梁、２个边跨现浇 段、２个边跨合拢段及１个跨中合拢段组成。采用挂篮 分段对称悬臂浇注的施工方法；边跨现浇段采用落地支 架施工；边跨及中跨合龙段均采用挂篮进行合龙。桥型 布置如图１所示。 便快捷的优点，是近几年我国桥梁建设中普遍采用的桥 型之一。连续刚构桥为墩梁固结的超静定结构。连续 刚构桥合龙后，桥梁体系发生转换，底板预应力束张拉、 后期混凝土收缩徐变与降温效应相组合将使两主墩之 间的主梁缩短、墩顶向跨中方向发乍位移，导致墩顶、墩 底产生较大的附加弯矩，主梁及桥墩结构内部产生拉应 力，对结构将造成危害，尤其对矮墩或大跨、多跨结构更 是如此 。 图１桥型布置图 工程上一般采用预顶工艺，即可采用在合龙段的锁 定支撑刚性固结前对合龙段梁端施加水平预顶力来达 到使墩顶预偏的目的，以部分抵消水平位移对墩顶的影 怒江大桥主桥采用先２个边跨合拢，再进行跨中合 拢的施工顺序。根据施工进度，怒江大桥主桥跨中合拢 在１２月中旬施工，对施工前２０ ｄ进行温度监测，凌晨０ 响，调整桥墩受力状态，以满足运营阶段桥梁体系降温 和混凝土收缩徐变等荷载对墩顶及墩底应力的要 求 。 点 点的跨中位置的温度在９ ｏＣ～１２ ｑＣ之间变化；设 计合拢温度为ｌ５℃～２０℃。 １ 工程概况 云南怒江大桥位于省道￥２２８线六库～跃进桥段二 级公路，为跨越怒江而设。主桥为８８＋１６０＋８８ ｍ预应 ２连续刚构桥顶推力施加三要素 为确保施工时能将适宜的顶推力准确的施加到桥 梁结构上，并达到预计的效果，必须保证：（１）传递顶推 力的构件具有足够的强度和刚度；（２）能够将顶推力最 力混凝土连续刚构。箱梁断面采用单箱单室直腹板断 面，顶板宽度为１２．０ ｎｌ，箱梁根部梁高１０ １１３，箱梁底板下 大化的存留在桥梁结构中；（３）顶推力的大小要合适。 收稿日期：２０１３－０５—２３ 作者简介：肖飞（１９８８一），男，山东兖州人，硕士生，主要从事桥梁工程方面的研究，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｓｈａｌｓｈａｑ＠１２６．ｃｏｎ 第２６卷第４期 肖飞等：连续刚构桥顶推关键技术研究 ７７ 即要保证顶推力施加的三要素：顶推传力装置、顶推时 机、顶推力大小 。 ２．１顶推传力装置 得各阶段的顶推力，使各墩墩顶水平位移的累计值与合 拢温差产生的墩顶水平位移值相抵消 。按该法来计 算顶推力时，是以墩顶的位移量来控制顶推力。顶推力 需要通过循环迭代、多次试算才能确定。 对于墩梁固结的连续刚构体系，尤其是采用箱梁结 构时，由底板预应力束张拉，混凝土收缩徐变等引起的 结构次内力，从而导致的桥梁结构内力重分布和结构变 怒江大桥在顶推过程中采用千斤顶施加顶推力，由 于千斤顶的行程有限，需要设置适当的传力机构，将顶 推力传递至已浇筑好的２０＃块梁段上。根据设计要求， 在合拢段两侧最近相临块段相应位置上预埋顶推施工 所需的止推预埋钢板及限位预埋钢板，两边预埋钢板顶 位是非线性的，故很难通过手算计算。本桥顶推力的计 算主要采用有限元软件Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ。 面水平且处于同一高程，并高出混凝土面５ ｍｍ，以便焊 接施工，并确保焊缝质量。传力构件采用４０ｃ型槽钢。 图２为顶推截面顶推限位板布置图。 图２顶推限位板布置图 ２．２顶推时机 顶推时机即劲性骨架一端已固定，合拢口待完全锁 定时。为了使合龙锁定到浇筑的时间尽量短，一般在实 施顶推时，合龙段的模板己行走到位，只待锁定后将模 板牢固固定在悬臂梁上，对不影响顶推及劲性骨架固定 的钢筋绑扎完毕。 顶推一般选在箱梁整体温度较低时进行，以减少施 加的顶推力大小。考虑到合拢口混凝土浇筑之后，在白 天气温升高时混凝土应具有足够的强度，以防止混凝土 开裂，另外，合拢口锁定时间不一定是箱梁混凝土平均 温度最低时刻。因此，应合理兼顾这两方面，一般可取 全天最低气温前后的３个小时内进行顶推及合拢锁定 施工 。 根据怒江大桥工程进度安排，顶推时间定为合拢段 混凝土浇筑前一天的晚上进行。待顶推完成后立即焊 接劲性骨架，锁定合拢口，并开始混凝土浇筑前的其他 准备工作。 ３顶推力计算分析 计算思路：在各合拢段对梁体施加水平顶推力，使 墩顶产生与收缩徐变及合拢温差等引起的水平位移值 相等的反向位移，这样就消除了各墩顶因收缩徐变及合 拢温差等引起的水平位移，同时也部分消除了结构附加 应力。具体的计算中，需分施工阶段，通过循环迭代，求 ３．１有限元模型建立 怒江大桥模型的建立共采用了１６７个节点、１６２个 单位。桥墩和上部结构的连接采用弹性连接模型；桥墩 与基础的连接采用刚性连接模拟；顶推力的施加采用节 点荷载模拟。有限元整体模型如图３所示。 图３怒江大桥有限元模型 ３．２墩顶不利位移量分析 从目前对顶推的研究来看，合拢前顶推的主要作用 是为了抵消底板预应力束张拉，混凝土收缩徐变及降温 效应所产生的墩顶位移。怒江大桥主桥跨中合拢时温 度为９～１２℃，低于设计合拢温度，且该温度为云南怒 江地区年平均最低温度，属于低温合拢。低温合拢使结 构产生有利变形，故在计算顶推力大小时，应将升温效 应对结构产生的有利变形计算在内。 导致怒江大桥墩顶发生产生向边跨方向不利位移 的主要原因有：大桥施工时底板预应力束张拉时产生的 位移为主；大桥运营期以混凝土的收缩徐变为主 。 研究资料表明，连续刚构桥成桥后３～４年即可完 成大部分收缩徐变 ，本桥在确定混凝土收缩徐变量 的位移量时以１２００ ｄ的收缩徐变的位移量为参考值。 以５＃墩— ＃墩方向的位移为正，由于施工阶段底板预应 力束张拉导致两墩双肢的位移数据见表１。 表１底板预应力束张拉墩顶位移量（ｍｍ） 由表１中的数据分析，可取５＃墩、６｝｝墩墩顶在底板 预应力束张拉作用下的位移分别为７ ｍｍ、一１０ ｍｍ。 怒江大桥成桥后１２００ ｄ由于预应力束收缩，混凝土 由表１与表２中数据可知，５＃墩及６＃墩的墩顶发生 的对结构不利的位移分别为３６ ｍｍ，一４９ ｍｍ。 ３．３顶推力值计算分析 表３整体升温１５￣Ｃ墩顶位移量（ｍｍ） 怒江大桥在低温条件下合拢，整体升温效应会使墩 顶向两边跨方向位移，产生对结构有利的位移。查阅云 南怒江的地质水文资料可知怒江地区最高温度可达４２ ℃，有限元模型中取整体升温１５℃的位移量为升温效 应的有利位移，数据见表３。 由表３数据看，可取大桥整体升温照成的墩顶有利 位移为一１２ ｍｍ、１７ ｍｍ。分别在顶推点施加１０００ ｋＮ、 ２０００ ｋＮ、３０００ ｋＮ的顶推力 顶位移量见表４。 表４顶推力作用下墩顶位移量（ｍｍ） ，由有限元模型分析得墩 由跨中预应力束张拉、混凝土收缩徐变、升温效应 造成的位移叠加可得５＃、６＃墩剩余位移量分别为３ｌ ｍｍ、一３２ ｍｍ。结合表４中数据，并经专家组评审，最终 决定顶推力值取３０００ ｋＮ。 文对怒江大桥采用有限元软件在顶推力作用下的受力 情况进行了分析。主要分析了怒江大桥成桥阶段及成 桥后１２００ ｄ，墩顶、墩底及上部结构的最大组合应力，并 与不设顶推力情况下应力状况进行了对比分析，见表５ 与表６。 ４顶推力作用下受力分析 为确保桥梁在顶推力作用下结构受力的安全性，本 表５墩顶及墩底各阶段最大组合应力（ＭＰａ） 跨中合拢 成桥后１２００ｄ 一１０．２ ——１５．１ —一ｌ０．３ —一ｌＯ．０ —一ｌ５．０ ——１０．３ —９．０ ８．８ ９．０ ９．２ ８．５ ９．２ 通过对怒江大桥施加顶推力和不施加顶推力状 态下的各阶段应力数据对比分析可知：桥墩施加顶 推力后跨中合拢阶段的应力较不施加顶推力时要 大，但大桥收缩徐变完成后桥墩的应力较不施加顶 ５顶推力施加过程分析 在对怒江大桥顶推过程中采用了四个千斤顶施加 顶推力，为避免顶推力施加过程中对顶推截面产生偏心 距，需要对各千斤顶的顶推力进行分配。通过有限元软 件Ｍｉｄａｓ Ｃｉｖｉｌ截面特性计算器计算出顶推截面的中性 推力状态下要小；顶推力的施加对上部结构的应力 状态影响不大。 第２６卷第４期 肖飞等：连续刚构桥顶推关键技术研究 ７９ 轴位置，然后对顶推力进行等效力矩分配，求解出各千 斤顶所施加的顶推力数值。怒江大桥顶板顶千斤顶推 力值为７９１．６ ｋＮ，底板千斤顶顶推力值为７０８．４ ｋＮ。 施加顶推力时按照０—２５％＿＋５０％一７５％一１００％ 的顺序分四级加载，分级加载时保证箱梁位移的足够时 间。测量两墩墩顶的水平位移和高程变化情况，同时量 身较高的一侧墩顶位移较小。 （３）顶推力计算数据表明，顶推力和墩顶位移量呈 线性关系。 （４）顶推力的施加有效的减小了连续刚构桥收缩 徐变结束后桥墩的应力水平，但对桥梁上部结构基本无 影响。 测千斤顶活塞行程，以便与位移观测值相校核，数据见 表７。在顶推的同时，注意观察墩梁结合部，防止出现异 常情况。当加载至３０００ ｋＮ时，两墩墩顶相对位移若尚 参考文献： ［１］郝海峰．多跨预应力混凝土连续梁桥合理合龙方案 未达到计算位移值，经监理、设计和监控三方人员研究 后确定是否继续加载。当两墩墩顶相对位移达到计算 位移值时即使顶推力未达到３０００ ｋＮ后停止加载，顶推 完成。 表７顶推过程墩顶位移记录表（ｍｍ） 研究［Ｄ］．西安：长安大学，２０１１． ［２】周嘉文．探讨宽桥面挂篮设计与悬灌施工技术［Ｊ】． 路桥建￣．，２０１２，１９（１ １）：１５９． ［３］林玉森，张运波，强士中．宽桥面挂篮设计与悬灌施 工技术［Ｊ］．铁道工程学报，２００６（２）：３９－４２，５１． ［４］王小光．高矮墩大跨连续刚构桥合拢技术研究［Ｄ］． 武汉：武汉理工大学，２００９． ［５】胡清和．多跨连续刚构桥构造分析及合龙技术研究 顶推力达到１００％即３０００ ｋＮ时，两墩位移分别为 一［Ｄ］．重庆：重庆交通大学，２００９． ［６］张茂龙，杨成斌．矮墩连续刚构桥合龙顶推力研究 ２７ ｍｍ、３３ ｍｍ，达到预计位移量，经专家组决定，不再 施加顶推力，顶推结束。 ［Ｊ】．湖南工程学院学报，２０１１，２１（２）：９２－９４． ［７］栾坤鹏，张雪松，高洪如．连续刚构桥合拢顶推力优 化计算方法［Ｊ］．鲁东大学学报：自然科学版，２０１１，２７ （１）：９２—９６． ［８】吴彪．矮墩连续刚构桥合拢段的项推施工［Ｊ］．公路， ２０１ １ ｆ７）：１６５—１６７． ６结论 通过本文的分析研究，可以得出如下结论： （１）理论分析计算和现场顶推数据表明，通过消除 墩顶由底板预应力束张拉，混凝土收缩徐变造成的不利 位移，并考虑升温效应造成墩顶有利位移的顶推力计算 ［９】王纲．浅析长沙市黄兴大道捞刀河大桥挂篮结构 验算［Ｊ］．广州建材，２０１ １（４）：９０－９４． ［１Ｏ】李英俊，胡国伟．客运专线大跨度连续刚构桥挂篮 结构计算的应用研究［Ｊ］．科技情报开发与经济， ２００８，１８（６）：１４１－１４２，１５２． 方法合理可行，可为同类桥梁顶推力计算提供参考。 （２）由于墩身高度不同，两桥墩在同一荷载作用下 的位移量差别较大，墩身较高的一侧墩顶位移较大，墩 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｒｉｇｉｄ－ｆｒａｍｅ Ｂｒｉｄｇｅ Ｊａｃｋｉｎｇ ＸＩＡＯ Ｆｅｉ 。ＧＵ Ｊｉａｎ－ｆｅｎｇ。，ＣＨＥＮ Ｙｕ．ｑｉｎｇ。，ＷＥＮ Ｆａｎ。ｃｈｕａｎ （Ｉ．Ｃｈａｎｇ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｊｉａｎｚｈｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉ’ｎａｎ ２５０１０１，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｙｕｎｎａｎ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｕｐｅ￣ｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｃｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００２ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ－ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｙｐｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ，ｐｕｓｈｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｂｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ・ｆｌａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔａｋｅｓ ｔｈｅ Ｎｕ Ｒｉｖｅｒ ｂｒｉｄｇｅ ｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ—ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ ｗｉｔｈ ８８＋１６０＋８８ｍ）ａｓ ｔｈｅ ｂａｃｋｉｎｇ，ｔｈｅ ｐｕｓｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉ１．ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｊａｃｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｖａｌｕｅ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｂｏｔｔｏｍ ｐｌａｔｅ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ｔｅｎｓｉｏｎ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｉｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｓｈｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ Ｂｒｉｄｇｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｉｇｉｄ．ｆｒａｍｅ ｂｒｉｄｇｅ；ｐｕｓｈｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｖａｌｕｅ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ
