大跨度斜连续梁桥顶推新技术.docx

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大跨度斜连续梁桥顶推新技术

大跨度斜连续梁桥顶推新技术

及施工控制技术研究

报告简本

1研究背景及国内外研究概况

1.1研究背景

目前，对直桥的顶推施工已是一项比较成熟的桥梁施工方法，但大跨度斜连续梁桥以及曲线梁桥、坡桥等适合于在山区修建的桥梁的顶推施工还有许多技术难题需要解决。

因此有必要对大跨度斜连续梁桥的顶推施工开展系统的研究，形成大跨度斜连续梁桥顶推施工的设计理论、施工规范、施工控制技术为主的成套顶推技术，使我国顶推法施工技术处于世界领先水平，提高我国山区高等级公路桥梁的修筑技术水平，加快我国特别是西部地区国民经济的发展。

另外，顶推施工方法在其它桥型的施工中也被广泛采用，取得了良好的经济和社会效益。

1.2国内外研究概况

1.2.1国外顶推法施工研究概况

首次将顶推施工法用于预应力混凝土连续梁桥架设施工的是联邦德国的莱昂哈特博士和鲍尔教授。

1959年，前联邦德国的莱昂哈特（Leonhardt）教授在建造奥地利的阿格尔（Ager）桥时首次使用了顶推施工法。

1.2.2国内顶推法施工研究概况

我国于1974年首先在狄家河铁路桥采用了顶推法施工。

狄家河桥是西安至延安跨越狄家河的单线铁路桥，为4×40m的预应力混凝土连续梁桥。

1.2.3国内顶推法施工的发展和广泛应用

随着顶推施工工艺的不断成熟和科技工作者对顶推施工法的深入研究。

我国桥梁工作者成功地将顶推施工方法应用到了其它桥型的施工中，取得了良好的经济和社会效益。

2研究内容及目标

2.1研究内容

本项目围绕10个专题开展研究，各专题如下：

【专题一】“利用大型结构分析软件进行顶推施工全过程仿真计算与分析”

【专题二】“斜（坡）、弯连续梁和桥墩在顶推施工中关键参数确定与分析”

【专题三】“影响顶推施工控制的主要设计参数的确定以及竖曲线上斜交角顶推预拱度设计计算控制技术”

【专题四】“预制场动态调整及符合实际工作条件和受力特点的钢导梁优化设计等”

【专题五】“大跨度斜连续梁桥的斜交角度、全桥总长、平纵曲线的因素对顶推施工的影响程度”

【专题六】“解决顶推施工中箱梁结构的受力特性及梁体裂缝的成因与防治问题，横向应力不均匀分布的相应措施”

【专题七】“如何控制多点顶推过程中各墩（特别是高墩）的牵引力及墩顶位移以及各墩的相互影响问题”

【专题八】“顶推梁预应力的合理配置及施工质量控制技术”

【专题九】“顶推施工的作业程序和施工工艺”

【专题十】“顶推过程中温度的影响及落梁过程的控制”

2.2项目目标

本项目研究的目的是，在我国现有桥梁顶推施工技术的基础上，对斜（坡）、弯连续梁桥顶推施工的理论设计参数、施工工艺、专用设备以及施工控制技术中的难点问题进行系统研究。

通过研究提出采用顶推法施工的使用条件、施工新技术和施工控制技术；研究解决顶推施工过程中影响箱梁和桥墩内力的主要设计参数；桥梁预拱度设置计算方法和控制方法；编制出能仿真模拟施工全过程的设计和施工计算软件，并在依托工程中的实桥上应用和检验。

3技术路线与研究手段

本项目采用调查研究、理论分析和依托工程验证的技术路线。

技术路线综合归纳为：

现场调研与资料查询→专题研究（形成各专题综述报告）→形成各专题试验研究大纲→开展各专题研究→进行理论分析与计算形成初步研究结果、技术开发→示范工程试验与观测→观测结果反馈分析，修改完善研究结果→局部实体工程应用及效果评价→编写研究报告→课题验收。

4研究对依托工程的支撑

4.1工程概况

张家界澧水大桥是常德至张家界高速公路张家界连接线上的一座特大桥，主桥为8×50m预应力混凝土顶推连续箱梁，顶推连续箱梁按斜度20°设计，该桥成桥照片如图4.1-1所示。

图4.1-1张家界澧水大桥成桥照片

张家界澧水大桥全桥总宽29m，由两幅分离式桥组成，每幅桥宽14.25m，为单箱单室直腹式箱形截面。

4.2设计标准：

设计荷载：

汽车－超20级，挂－120，人群3.5kN/m2。

桥面宽度：

全桥总宽29m。

通航标准：

按照六级航道净空标准。

设计洪水频率：

1/100。

地震烈度：

小于Ⅵ级，不做抗震设计。

4.3澧水大桥顶推施工关键技术：

（1）预制平台和临时墩设计

张家界澧水大桥采用分离式可升降预制平台，平台基础为混凝土桩，中间布置

个临时墩，预制平台照片如图4.3-1和图4.3-2所示。

图4.3-1张家界澧水大桥预制平台照片

图4.3-2张家界澧水大桥预制平台整体布照片

（2）导梁设计

张家界澧水大桥采用钢板梁导梁，钢腹板之间用钢管连接，并增加三向钢撑，以增加稳定，如图4.3-3所示。

图4.3-3张家界澧水大桥导梁照片

（3）千斤顶顶拉系统

张家界澧水大桥采用多点连续顶推方案，千斤顶选用ZID100型自动连续顶推系统，如图4.3-4所示。

图4.3-4ZLD100型穿心式自动连续顶推千斤

（4）滑道系统

滑道系统是顶推施工中的另一关键工艺，滑道系统由垫石、滑块和滑板组成，如图4.3-5所示。

图4.3-5顶推施工用滑板和滑道照片

（5）纠偏系统

为了控制斜交箱梁在顶推过程中的中线始终处于允许偏差范围内，导向纠偏装置的设置是非常重要的，如图4.3-6。

1、箱梁；2、钢垫板；3、导向轮；4、千斤顶；5、钢板立架；

6、预埋件；7、盖梁；8、支座垫石；9、滑道；10滑块

图4.3-6导向轮纠偏器构造示意图

（6）落梁

本桥采取分段落梁方法，每一阶段在纵向三个连续桥墩处起顶，完成前两个桥墩处落梁，另一个桥墩处只落一半，然后将前两个桥墩上的千斤顶转移到第三个墩后的两个连续桥墩处起顶，这样重复进行，直至全桥落梁完成。

5主要成果及创新点

5.1主要研究成果

本项目立项以来，在各参研单位的共同努力下，圆满完成了合同规定的各项科研任务，提交的成果如下：

5.1.1顶推仿真计算与分析

本专题对斜、弯连续梁桥受力特性进行了分析，研究了大跨度斜连续梁桥顶推仿真计算模式的选取。

本专题结合最近几年来国内外学者在斜连续梁桥方面的最新研究成果，以VisualC++6.0的MFCAppWizard为基础，根据斜桥顶推施工的受力特点，编制出了一套针对斜梁桥顶推施工的有限元分析程序--ILMAP（IncrementalLaunchingMethodAnalisysProgram）。

该程序即可适用于一般桥梁整体计算，也可针对斜桥顶推施工过程进行模拟计算。

编制的ILMP程序的操作界面如图5.1.1-1～5.1.1-6所示。

图5.1.1-1ILMP程序界面图5.1.1-2ILMP计算过程界面

（一）

图5.1.1-3ILMP计算过程界面

（二）图5.1.1-4ILMP后处理界面（内力）

图5.1.1-5ILMP后处理界面（反力）图5.1.1-6ILMP后处理界面（应力）

5.1.2斜、弯连续梁和桥墩顶推施工关键参数确定与分析

本专题主要针对斜连续梁桥以及桥墩在顶推过程中的关键参数进行分析。

对顶推节段长度的合理划分、预制平台临时滑道支承墩的数目以及预制平台前端与第一个永久墩之间的临时墩的数目进行了研究。

本专题针对顶推施工中，斜、弯桥由于顶推合力作用线与桥梁中线及主梁重心线不完全重合，主梁容易发生偏位的问题，对斜桥顶推施工中的内外侧顶推力的施加、顶推行程差的设置、中线的偏移与观测、轴线的纠正问题进行了研究。

5.1.3影响顶推施工控制的主要设计参数的确定以及竖曲线上斜交角顶推预拱度设计计算

本专题针对顶推施工控制的控制变量进行了分析，研究了顶推施工连续梁的自重和纵向预应力大小、顶推力大小，箱梁与桥墩上滑道间的摩擦力等因素的影响。

重点研究了桥墩高度和刚度对顶推的影响，对顶推施工过程桥墩稳定性进行了分析，研究了顶推施工过程保证桥墩安全的临时措施，研究顶推施工导梁预拱度的设置方法。

5.1.4预制场动态调整及钢导梁优化设计

本专题研究了导梁长度、刚度、重量的确定原则和方法；导梁预留空间高度的确定方法；研究了导梁与主梁连接处的加固措施和预制场底模的刚度、临时滑道支撑墩的刚度、数量以及间距对梁底的线形的影响；新旧梁段接缝转角产生偏位的原因及该偏位对主梁内力的影响规律和预制场底模纵向的动态调整技术。

5.1.5大跨度斜连续梁桥的斜交角度、平纵曲线的因素对顶推施工的影响程度

本专题研究了斜度在顶推阶段对主梁内力的影响规律，斜度主梁对柔性墩内力的影响规律，3桥梁纵曲率对顶推施工的影响，弯桥顶推施工的各关键参数的合理取值和平曲线对顶推施工的不利影响。

5.1.6顶推施工中箱梁受力特性及梁体裂缝的成因与防治

本专题对弯桥在顶推施工中梁体裂缝成因与防治进行了详细的分析研究，对顶推箱梁裂缝形式进行了分类总结，并就其裂缝成因进行了分析。

5.1.7多点顶推各墩牵引力及墩顶位移以及各墩的相互影响

本专题研究了多点顶推过程中各墩所需要施加的顶推力大小的确定方法。

研究了柔性墩墩底最大的拉应力与墩顶偏位及桥墩受到的不平衡水平推力的关系和墩顶水平偏位的控制方法。

5.1.8顶推梁预应力的合理配置及施工质量控制技术

本专题研究了斜梁桥顶推施工预应力束的配置原则和方法，研究了弯连续梁桥顶推施工预应力束的配置原则和方法，并对预应力的张拉施工质量控制技术进行了研究。

5.1.9顶推专用设备，顶推施工作业程序和施工工艺

本专题分析了适合大跨度斜连续梁桥顶推施工的千斤顶类型选择及布置形式，对滑动装置进行了研究。

本专题重点对顶推施工工艺系统进行了研究总结。

5.1.10顶推过程中温度的影响及落梁过程的控制研究

本专题分析了温度对桥墩变形及主梁应力的影响规律，提出减弱甚至消除温度对顶推影响的措施，并分析了不同的落梁方案和落梁顺序对主梁内力的影响。

5.2研究成果中的主要创新点

5.2.1斜梁顶推计算程序的编制

本课题结合最近几年来国内外学者在斜连续梁桥方面的最新研究成果，以VisualC++6.0的MFCAppWizard为基础，根据斜桥顶推施工的受力特点，编制出了一套针对斜梁桥顶推施工的有限元程序--ILMAP（IncrementalLaunchingMethodAnalisysProgram）。

该程序可在微机上实现针对桥梁顶推施工过程的分析。

它适用于一般桥梁的整体计算和斜桥顶推的施工过程模拟计算。

该程序在Windows环境下设计出可视化用户界面，对计算结果的输出进行可视化处理。

该程序可准确、快速分析连续梁桥的顶推过程受力特性，具备友好的界面和强大数据输入、输出功能。

在依托工程中的应用体现了计算结果准确可靠，数据输入输出方便，计算速度快等优点，具有创新性。

5.2.2斜连续梁和桥墩在顶推施工中关键参数确定及精细化控制

本课题针对斜连续梁桥以及桥墩在顶推过程中的关键参数进行了敏感性分析，得到了影响顶推施工斜连续梁桥状态的多个关键参数（顶推节段划分长度、连续箱梁的斜交角、临时滑道支承墩数目与滑道方位角、滑板接触面积和支承反力、钢导梁长度及匹配刚度、新旧梁体节段接缝转角偏差、内外侧水平牵引力差和桥墩刚度等）的优化设计值，这些参数的优化设计值是精细化施工控制的主要依据。

在施工控制中，对滑道标高、滑板数量、节段混凝土接缝转角、节段纵向构形、预制场底模刚度、预制场动态调整、临时墩的设置、临时预应力大小、水平牵引力、墩顶偏位、梁体偏位、落梁方案以及温度影响等方面的研究具有创新性。

5.2.3斜桥顶推施工新工艺和技术指南

斜交顶推箱梁的施工工艺和流程，与正交箱梁基本相同，但由于斜交顶推箱梁存在斜交角，使梁体在施工过程和成桥后的内力和线形要达到理想状态是一个非常困难的工作。

本课题针对斜桥顶推的特点提出了一套较为恰当的斜桥顶推施工工艺指南，可提高顶推施工质量，确保顶推顺利进行，使梁体在顶推过程和成桥后的内力及线形达到理想状态。

6项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景

本项目研究完成的顶推法施工连续梁桥调研报告、顶推法施工连续梁桥施工工艺指南、顶推法施工连续梁桥施工控制方法、研究成果在依托工程实桥上应用的评价报告，对预应力混凝土连续梁桥顶推施工技术进行了系统研究，使顶推施工技术有了进一步的发展和提高。

本项目研究完成的顶推法施工预应力混凝土连续梁桥技术在我国西部地区的交通建设过程中必将产生巨大经济、社会效益和环境效益。

7结束语

本项目针对我国西部地区的地形、地质、河流特点，就连续梁桥顶推施工方法在西部特殊桥梁建设条件下的适用性，大跨度斜连续梁桥顶推施工的设计理论、施工工艺、施工控制技术进行了细致深入的研究。

形成了顶推连续梁桥施工工艺指南，顶推连续梁桥施工控制技术为主的成套顶推技术，使我国顶推施工技术水平达到比较成熟的阶段。

本项目研究提出的顶推法施工工艺指南，施工控制技术等研究成果对顶推施工方法进行了系统的阐述，便于施工单位掌握连续梁桥顶推法施工的技术要点，并应用到桥梁建设实践中去。

本项目研究成果将对提高我国西部山区高等级公路桥梁的修筑技术水平，加快我国西部地区国民经济的发展起到应有的作用。

8合作者

本项目的合作者为交通部公路科学研究院、长沙理工大学、山西省交通科学研究院、贵州省公路局等四家参研单位。

9致谢

感谢交通部科教司和交通部西部交通建设科技项目管理中心的各位领导对本项目的大力支持和帮助。

感谢交通部公路科学研究院的各位领导对本项目的指导和支持。

感谢对本项目提出宝贵意见的桥梁界专家和学者。

感谢本项目所有参研单位。

在本项目研究过程中得到了交通部公路科学研究院、长沙理工大学、山西省交通科学研究院、贵州省公路局对本项目给予了大力支持和配合。

为顺利完成本项目各项工作内容，各参研单位都投入了大量的人力与物力，并且无私地奉献了多年积累的研究成果与工程经验。

感谢湖南省张家界市和株洲市有关单位在本项目研究过程中提供的依托工程的支持和帮助。