顶推法施工中导梁作用与应用

顶推法施工中导梁作用与应用

1顶推过程中导梁受力分析在上推法的施工中，导梁的作用是另一方面降低主梁的悬臂长度，显著降低主梁的负弯矩峰值。另一方面，我们必须引导主梁出发，使主梁容易折叠和偏转，确保施工精度。导梁在主梁前端与主梁刚性相连,在顶推过程中,同混凝土主梁一样,周期性地呈现悬臂、简支和悬臂状态,受力处于动态中,在不同状态将出现不同的内力组合。在纯悬臂状态,导梁各截面将出现负弯矩,在与箱梁的连接处出现最大负弯矩,此值仅由自重作用产生,弯矩较小;当导梁上墩后,在墩顶滑行时,将出现正弯矩,正弯矩值远比负弯矩值大,是随导梁上墩位置而变化,并且由导梁与主梁刚度比来分配,同时有剪力和扭矩,受力较为明确。2工字形变截面实腹钢板导梁与桁架导梁的优缺点常用的导梁构造分两种,一种是用杆件拼成的桁架导梁;另一种是工字形变截面实腹钢板导梁。桁架导梁一般用万能杆件或贝雷桁架拼装而成,也有由设计成专用导梁的杆件拼装而成。桁架导梁由上弦杆、下弦杆、立杆、斜腹杆和横向联系腹杆等组成,各节点用螺栓连接。桁架导梁的优点是:重复利用率高,闲置时可用作其他用途,运输保存方便;其缺点是:作为桁架受力的特点是节点受力,而导梁上桥墩后,整个下弦都要在滑道上作平面滑动,故两节点间的弦杆还要做加强处理,这样,导梁自重增大;连接螺栓紧固要求高;自重挠度大。随着顶推箱梁跨径增大,宽度加宽,自重加重,桁架导梁就很难满足技术要求。工字形变截面实腹钢板导梁一般由采用16Mn钢板焊成两根工字形变高度主梁及纵、横向联系杆组成,主梁顶、底板按计算刚度决定钢板的宽度和厚度,一般采用多层钢板加强。这样,便于钢板的接长和改变主梁的刚度。腹板为变高度钢板。为便于拼装和运输,每根主梁纵向分成三节,节与节之间用拼装钢板与螺栓拼装而成,两根主梁之间用钢管、型钢组成桁架式横联和纵联,增强导梁的整体性和刚度。其优点是,工字形纵梁在墩上滑动,下弦受力有利,不需作特别加强处理,且便于加工成变截面,减轻自重,拼装拆除工期短。缺点是运输保存困难,拼装拆除需大吨位吊车配合,主梁无其他用途,只做顶推专用。工字形变截面实腹钢导梁与桁架导梁相比,在受力和方便施工方面均有很大的优势。近年来在多座特大型桥梁施工中应用广泛。3结构内力分析导梁的控制内力为发生在导梁与箱梁连接处的正、负弯矩。较长的导梁可以减少主梁悬臂负弯矩,但过长的导梁会使导梁与箱梁接头处的负弯矩和支反力相应增加,合理的导梁长度应使主梁最大悬臂负弯矩与使用状态支点负弯矩基本接近。在满足强度和稳定性的条件下,宜选用较少重量及变截面的导梁,以减少顶推时主梁最大悬臂状态的负弯矩,使负弯矩的两峰值更加接近。以湖南岳阳洞庭湖大桥和湘阴湘江大桥为例对导梁的计算方法加以介绍:两座实桥的标准断面和导梁构造见图1,设计参数对比见表1。1)岳阳洞庭湖大桥东引桥顶推梁全长10×50m,导梁与湘阴湘江大桥相同,只在靠近主梁段进行加强。导梁长度与主梁跨径之比为0.68,导梁重900kN,与主梁自重比为0.055,刚度比为EsIs/IcEc=1/5.22,用桥梁综合程序进行结构内力分析。计算结果如下:①导梁自重最大悬臂时,导梁与箱梁连接断面出现最大负弯矩,此值较小,不控制计算。②导梁到达标准跨前支承墩,但未上墩时,梁内产生最大负弯矩,其值约为6.8×104kN·m,导梁前端挠度为15.2cm。③导梁过墩18m时,导梁距连接处2m的断面产生最大正弯矩:4.1255×104kN·m,相应下缘拉应力为129.2MPa。④导梁过墩20m时,导梁与箱梁连接断面产生最大正弯矩:4.7449×104kN·m,相应下缘拉应力为120.9MPa。各截面控制应力均符合要求。2)湘阴湘江大桥顶推连续梁跨径布置为8×50m+14m,标准断面的惯性矩为I=1557795308cm4,50#混凝土:E=3.5×104MPa,钢导梁长34m,E=2.1×105MPa,I=6.435×107cm4～0.124×107cm4变刚度,EsIs/IcEc=1/4。顶推过程中,主梁最大负弯矩:Mmin=-69437.01(kN·m)导梁上支墩后,梁内最大负弯矩:Mmin=-73474.5(kN·m)顶推到位后,主梁最大负弯矩:Mmin=-75883.5(kN·m)由于导梁刚度偏大,故主梁在顶推过程中最大悬臂负弯矩未超过顶推到位后最大支点负弯矩,两者很接近,仅差3%。上述两座实桥的钢导梁在施工中,运行平稳,没有出现挠度过大和其他异常变形,主梁内力始终在设计控制范围之内,未出现开裂现象,充分体现了工字形变截面实腹钢导梁在正常操作情况下是安全可靠的。4锚固区开裂问题的解决措施钢导梁处于悬臂时,在导梁截面上由自重产生的负弯矩很小,而当钢导梁上支承墩后,受力主要由剪力和正弯矩控制。钢导梁和箱梁的连接断面是最不利断面,在过去的施工中,曾在该断面以及箱梁与导梁锚固区出现过裂缝,需引起重视,受力必须有较大的安全储备,锚固必须可靠,一旦出现问题,后果不堪设想,且无法补救。在多座桥梁的顶推施工中,将钢导梁与箱梁的锚固措施进行了优化改进,实践证明,这些改进措施非常有效地解决了导梁与箱梁锚固区开裂的难题。具体优化如下:1)钢导梁上、下翼缘埋入箱梁内部分,应满足受力要求,在湘阴湘江大桥采用加长埋入段,下翼板与箱梁利用纵向永久索预应力连接,形成钢导梁内的隐形连接;钢导梁的腹板接长并焊接锚固钢筋埋入箱梁内,一般构造见图2。2)钢导梁埋入部位的箱梁钢筋,进行实地下料,保证构造钢筋的整体性,并与钢导梁焊接。3)锚固预应力精轧螺纹钢筋,在宽度和长度方面均考虑错位锚固,避免同一断面预应力集中,由于应力差值过大,造成锚固区开裂。因为锚固区空间构造相应复杂,将锚固预应力改为无粘结筋,取消压浆管,保证锚固区混凝土浇注密实。4)待预应力张拉以后,在锚固断面加焊水平加劲钢板,将应力扩散到导梁的腹板上。5)加强连接区混凝土振捣,保证混凝土密实。6)按要求严格控制连接预应力筋的张拉,减少预应力损失,保证了实际预应力效果。为确保施工安全,减少箱梁内力,顶推施工过程中,应注意以下几点:①避免箱梁长时间处于长悬臂状态,在不可避免时,应加型钢接长,导梁提前上墩;②不在导梁和箱梁的前端压施工荷载;③作好迎导梁上墩工作,避免因导梁下挠而撞击前进方向桥墩。5通过优化设计建立工字形实腹变截面钢板梁,进一步加强导梁与箱梁的连接,为扩大工字形实腹变截面钢板梁的应用提供了理论和实践依据通过多座连续梁桥、斜拉桥和钢管系拱