顶推施工桥梁顶升模拟试验分析研究.pdf

收稿日期：2023-03-11作者简介：徐松（1992-），男，江苏兴化人，工程师，硕士，研究方向桥梁检测评估及加固维修改造。63第22卷第3期石家庄铁路职业技术学院学报VOL.22 No32023 年 9 月JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAYTECHNOLOGYSep.2023顶推施工桥梁顶升模拟试验分析研究顶推施工桥梁顶升模拟试验分析研究徐 松1）孟文祥1）武晓东2）（南京工大桥隧与轨道交通研究院有限公司1）江苏南京210031中铁（上海）投资集团有限公司2）上海201199）摘要摘要：本文以三跨预应力混凝土连续槽型梁顶推施工为工程背景，在顶推前对槽型梁进行顶升模拟试验，用以检验顶推过程中导梁与混凝土连接处、槽型梁关键截面的受力是否安全。首先通过 Midas/Civil有限元软件建立桥梁模型，对顶推进行全过程施工仿真计算，确定桥梁顶推过程中最不利工况，在此基础上通过顶升加载模拟最不利工况下的梁体受力，通过试验过程中的变形、应力监测，将实测值与理论计算值对比分析，结果表明前导梁、槽型梁具有足够的刚度、强度安全储备，且结构基本处于弹性工作状态，整个顶升试验的顺利实施可为类似顶推桥梁施工提供实践参考。关键词：关键词：顶推施工；槽型梁；模拟试验；仿真计算；监测中图分类号中图分类号：U445.462文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1673-1816(2023)03-0063-051引引言言随着城市交通路网的迅猛发展，新建道路跨越既有交通线路一般采取桥梁结构形式进行上跨，为了不中断交通，桥梁一般顶推法施工。桥梁顶推施工是利用水平、竖向千斤顶进行梁体顶升、前进、下落、退回方式进行循环操作使梁体顶推就位，因其施工方便，在跨线桥梁施工中广泛应用。桥梁在顶推过程中，整个顶推结构空间位置在不断的变化，顶推结构在顶推墩上的支撑反力、梁体内力分布、梁体挠度等也会随着顶推进程在不断的变化，这种变化会使得顶推过程中的梁体受力变得十分复杂1,2。为了确保顶推过程中结构安全，可在顶推施工前进行桥梁顶升试验模拟顶推过程中最不利工况，以此检验桥梁顶推过程中的安全性，确保桥梁可以顺利顶推就位35。2工程概况工程概况天津二大街跨铁路孔主桥上部结构采用（27+27+38）m 预应力混凝土连续槽型梁，分左右幅布置。槽型梁采用分幅顶推施工跨越既有泰达站铁路线和津山铁路线，顶推箱梁设置前、后导梁，前导梁长25m，梁高 1.44m，后导梁长 13m，梁高 2.24 m。顶推前，前导梁过 L1 临时墩 2.8 m；顶推 48.8 m 后梁体达到最大悬臂状态，最大悬臂 38 m；顶推 127.8 m，槽型梁就位后，前导梁位于 0#永久墩上。3顶升模拟试验目的顶升模拟试验目的根据槽型梁顶推施工流程，通过有限元模拟整个顶推施工过程，计算确定导梁、主梁结构在某种施工状态下，结构受力最为不利。然后在槽型梁顶推前进行顶升试验，通过纵桥向施加顶升力，使导梁、主梁结构达到最不利受力状态，采集相应的实测数据与理论计算进行对比分析，验证理论计算的正确性，石家庄铁路职业技术学院学报2023 年第 3 期64同时检验导梁结构安全、导梁与混凝土主梁结合处可靠性以及槽型梁顶推过程中最不利工况下梁体结构安全，确保槽型梁能够顺利进行顶推施工。图 1槽型梁顶推布置立面图/cm4有限元计算分析有限元计算分析4.1 计算计算模型模型采用 Midas/Civil 有限元软件，对整个顶推施工过程进行仿真计算，计算出导梁、主梁结构在顶推过程中的最不利受力状态。以此为基础，通过纵桥向施加顶升力模拟槽型梁顶推过程中的最不利工况，计算模型如图 2 所示。图 2有限元计算模型4.2 计算结果计算结果在顶推过程中，前导梁顶推至 65 m 时，外侧导梁根部的弯矩最大为 6900 kNm，超载系数按 1.2 倍，则超载弯矩为 7590 kNm。顶升模拟试验时，通过在 L2 临时墩上施加顶升力，导梁外侧加 162 t，内侧加 70 t 顶升力时，可使导梁根部出现 7590 kNm 的弯矩，模拟导梁抗弯试验。前导梁顶推至 84 m 时，混凝土梁 3#、4#墩之间位置压应力最小为 0.3 MPa，不对槽型梁进行超载，只进行同等荷载验证。通过在 L2 临时墩上施加顶升力，导梁外侧加 230 t，内侧加 130 t 顶升力时，可使混凝土梁 L3#、L5#墩之间出现 0.3 MPa 的压应力，模拟槽型梁抗弯试验。前导梁顶推至 72 m 时，外侧导梁最大剪力为 237 t，超载系数按 1.2 倍，则超载剪力为 285 t。由于目前前导梁与混凝土梁连接处下方不具备布顶条件，需待顶推至 7 m 时，钢混连接处位于 L2 墩处时进行导梁抗剪试验，通过在 L2 临时墩上施加顶升力，导梁外侧加 320 t，内侧加 180 t 顶升力时，可使导梁根部出现 261 t 的剪力，模拟导梁抗剪试验。（b）导梁抗弯模拟（b）槽型梁抗弯模拟（c）导梁抗剪模拟图 3 顶升模拟计算5顶升模拟试验顶升模拟试验5.1 试验准备试验准备在槽型梁预制及附属工程安装完成后，拆除顶推设备安装位置（L3、L5、L7、L9）的部分支架，施工临时加高块，安装顶推设备。前导梁吊装前安装 L2 墩顶推设备。当顶推设备安装就位后，检查其徐 松，第3期等顶推施工桥梁顶升模拟试验分析研究65位置偏差及纵向坡度，位置偏差不大于 5 mm，坡度高差不大于 1 mm。连接电控系统，进行设备调试，设备调试正常后进行体系转换，体系转换完成后进行导梁抗弯、抗剪及槽型梁主梁抗弯模拟试验。5.2 顶顶升升试试验验监监测测5.2.1 变形监测顶升试验过程中，变形控制断面共布置 2 个（1、2 截面），分别为前导梁的前端和顶推梁段的前端，测点布置如图 4、图 5 所示。顶升试验前，利用施工单位的高程控制网，确定合适的高程控制基准点。顶升试验过程中，在每个试验工况结束后，必须先等梁体稳定后，再利用全站仪进行变形测量。图 4顶升模拟试验变形、应力监测断面纵桥向布置/cm图 5槽型梁、导梁变形、应力测点横断面布置/cm5.2.2 应力监测顶升试验过程中，应力控制断面共布置 3 个（AC 截面），分别为前导梁距离主梁连接处 2m、主梁与前导梁连接处、距离前导梁主梁连接处 32 m 位置，具体布置如图 4、图 5 所示。应力传感器在施工阶段进行预埋安装，混凝土内部采用埋入式钢弦式应变传感器，钢结构表面采用外贴式钢弦应变传感器，测试时考虑环境温度等因素的补偿，采用综合测试仪自动采集存储。5.3 顶顶升升试试验验步步骤骤（1）调试各顶升设备运转正常后，先进行导梁抗弯，再进行槽型梁抗弯，最后进行导梁抗剪试验。（2）采用分级加载，按照 50%、80%、100%，三级逐级同步起升 L2 墩竖向顶（支撑顶），每级加载完成后，需等梁体稳定后，进行变形、应力数据采集。同时检查导梁外观情况、节段焊缝、钢混结合部情况、顶推设备情况及其位移增量，检查无异常后，进行下步工序。（3）逐级加载至 110%后，启动液压锁将竖向顶锁死并采用月牙板将竖向顶锁死，持续稳定 30 分钟后，检查外观情况，检查无异常后，将竖向顶同步回落至原初始状态，完成顶升模拟试验。6 顶顶升升模模拟拟试试验验结结果果6.1 试试验验顶顶升升力力各试验工况下，实际顶升设备油压示值对应的实际顶升力与理论计算顶升力对比结果见表 1。由表 3 可知，导梁抗弯试验、槽型梁主梁抗弯试验、导梁抗剪试验中各工况下的顶升力值与理论计算顶升力值基本吻合，只有导梁抗剪试验中卸载工况下的顶升力值比理论顶升力值偏大，确保顶升模拟试验通过顶升的等效加载使其达到最不利工况效果。6.2 变变形形监监测测结结果果在各试验工况顶升力达到理论计算值后，待梁体稳定后，测量导梁及主梁的变形，测量结果见表 2，石家庄铁路职业技术学院学报2023 年第 3 期66其中“/”表示未采集到数据。表 1顶升模拟试验实际顶升力与理论计算顶升力对比顶升油压压力/MPa实测顶升力/kN理论顶升力/kN加载工况导梁抗弯槽型梁抗弯导梁抗剪导梁抗弯槽型梁抗弯导梁抗剪导梁抗弯槽型梁抗弯导梁抗剪内外内外内外内外内外内外内外内外内外2.65.74.88.46.511.6327716603105581614573347746211099860152950%4.29.47.613.410.518.95281181955168313192374535123899417581376244680%511.91016.813.323.56281495125621101670295266915481242219817203058100%5.613.20.9210.212.9703165811325112811620736170304204001030110%0.921132510420卸载表 2顶升模拟试验变形测量结果/mm测点编号导梁抗弯槽型梁抗弯导梁抗剪加载工况计算值加载工况计算值加载工况计算值50%80%100%卸载100%50%80%100%卸载100%50%80%100%卸载100%1-126.158.582.1-1297.450.6100.1132-12148.25.816.238.15.1145.51-2/88.5/13815.453.992.114.5141.82-1-0.17.612.9-4.526.86.118.524.8-4.541.23.611.518.11.766.92-2-1.155-1.83.59.312.2-1.89.227.638.67.5导梁抗弯试验满载工况下，导梁前端外侧最大上挠 82.1 mm，约计算值的 84%；主梁前端外侧挠度最大上挠 12.9 mm，约计算值的 48%。槽型梁抗弯试验满载工况下，导梁前端外侧最大上挠 132 mm，约计算值的 89%；主梁前端外侧最大上挠 24.8 mm，约计算值的 60%。导梁抗剪试验满载工况下，导梁前端外侧最大上挠 92.1 mm，约计算值的 63%；主梁前端外侧最大上挠 38.6 mm，约计算值的 58%。各试验顶升加载作用下导梁、槽型梁测点变形与理论值基本一致，均小于理论计算值，顶升加载卸除后，测点挠度恢复较好，表明导梁、槽型梁结构具有足够的刚度储备，处于弹性工作状态。6.3 应力监测应力监测在各试验工况顶升力达到理论计算值后，待梁体稳定后，测量导梁及主梁的应力，测量结果见表 3，其中“/”表示未采集到数据。导梁抗弯试验满载工况下，前导梁根部上缘产生 66.60 MPa 的压应力变化，下缘产生 66.13MPa 拉应力变化，超出计算值 3%左右；槽型梁底板产生 0.85 MPa 拉应力变化，约计算值的 78%，腹板上缘产生 1.82 MPa 压应力变化，约计算值的 91%。槽型梁抗弯试验满载工况下，前导梁根部上缘产生 101.39MPa 压应力变化，下缘产生 102.71 MPa 拉应力变化，超出计算值 5%左右；槽型梁底板产生 1.40 MPa拉应力变化，约计算值的 83%，腹板上缘产生 2.99 MPa 压应力变化，约计算值的 97%。导梁抗剪试验满载工况下，前导梁根部上缘产生 5.12 MPa 压应力变化，下缘产生 20.01 MPa 拉应力变化，略超计算值。槽型梁底板产生 2.21 MPa 拉应力变化，约计算值的 72%，腹板上缘产生 4.42 MPa 压应力变化，约计算徐 松，第3期等顶推施工桥梁顶升模拟试验分析研究67值的 79%。各试验顶升加载作用下前导梁、槽型梁应力测点实测值与计算值基本一致，前导梁实测应力略超计算值，但满足材料容许强度要求，槽型梁实测应力小于计算值，顶升加载卸除后，测点应力恢复较好，表明前导梁、槽型梁结构具有足够的强度安全储备，处于弹性工作状态。表 3顶升模拟试验应力测量结果/MPa位置测点编号导梁抗弯试验槽型梁抗剪试验导梁抗剪试验实测增量计算值实测增量计算值实测增量计算值100%卸载100%100%卸载100%100%卸载100%A截面上缘A-1-18.56-3.87-54.01-50.20-3.87-85.095.122.628.44A-3-66.60-11.29-64.26-101.39-11.29-96.994.522.558.02下缘A-214.856.8054.0647.096.8085.16-14.93-4.39-8.02A-466.1313.0864.16102.7113.0896.83-20.21-7.05-8.44B截面上缘B-1-0.40-0.18-1.58-1.15-0.18-2.43-0.52-0.30-0.50B-4/-1.52/-2.33/-0.48下缘B-2/0.50/0.77/0.16B-30.850.050.640.850.050.990.560.220.20B-50.800.180.561.380.180.870.050.050.18C截面上缘C-1-0.84-0.02-2.11-1.98-0.02-3.25-3.800.33-5.90C-4-1.82-0.16-2.00-2.99-0.16-3.08-4.42-0.34-5.60下缘C-20.520.411.081.390.411.671.980.223.03C-30.490.050.890.840.051.371.660.042.48C-50.850.061.091.400.061.682.210.413.055结结 论论通过对槽型梁顶推施工前进行顶升模拟试验，可得出以下结论与建议：（1）通过顶升模拟试验，可以提前模拟导梁、槽型梁在顶推过程中出现的最不利施工工况，以此检验钢混连接处及槽型梁关键截面受力情况，判断其在顶推施工过程中结构的安全性。（2）在各试验顶升加载作用下，通过对前导梁、槽型梁关键截面的变形、应力监测，结果表明前导梁、槽型梁具有足够的刚度、强度安全储备，且结构基本处于弹性工作状态。（3）对于桥梁顶推施工而言，桥梁顶升试验是顶推施工中的重要施工工序，是检验整个顶推结构是否安全的一种试验手段，确保桥梁能够顺利顶推施工的重要保障。参参考考文文献献:1 刘殿元,孙悦楠,张兴志,齐铁东.预应力混凝土连续梁桥步履式顶推施工控制仿真分析技术J.公路交通科技(应用技术版),2018,14(11):141-144.2 高荣峰.小半径曲线混凝土连续梁步履式顶推施工技术J.施工技术,2017,46(11):25-28.3 陆彬,周斌.高速公路桥梁顶升施工控制初探J.工程建设与设计,2013(10):124-126.4 楼伟中.航道桥梁顶升施工监控J.中国水运(下半月),2011,11(12):166-169.5 韩振勇,张振学,张玉明,侯清,金树法,井润胜.桥梁改造工程中同步顶升技术的应用J.中国市政工程,2007(01):24-25+96.（下转第 111 页）第 3 期李璞，等校企协同模式下高校学生思想政治教育工作对策分析111参考文献：参考文献：1 姜鹏新.校企融合助力新时代大学生思想政治教育创新的研究N.山西科技报,2022-05-16(B03).2 屈洋.“校企命运共同体”视阈下高职院校学生思想政治教育思考J.湖北开放职业学院学报,2022,35(05):112-113+116.3 田晓玲,黄克强.校企合作视角下高职学生思想政治教育创新研究J.辽宁农业职业技术学院学报,2022,24(02):37-39.4 郑海平.校企协同育人模式下高校大学生思想政治教育的策略J.湖北开放职业学院学报,2021,34(23):95-96.5 刘基.基于校企合作培养模式下的大学生思想政治教育探讨J.中外企业文化,2021(08):137-138.6 刘丙雯.新时代校企思想政治教育理论与实践协同创新路径探析J.中外企业文化,2021(07):193-194.Analysis of Countermeasures for Ideological and Political Education ofCollege Students under the Collaborative Model of School and EnterpriseLi PuLi TongXia Tao(Shijiazhuang Institute of Railway Technology,Shijiazhuang,Hebei,050041,China)Abstract:The school enterprise collaborative model is the main approach to higher education andteaching in the new era,laying a solid foundation for cultivating more high-quality applied talents.Underthe collaborative model between schools and enterprises,the ideological and political education of collegestudents is facing new challenges.This article discusses the problems in ideological and political educationwork under this model,and proposes strategies to optimize ideological and political education work,inorder to provide reference for higher education.Keywords:school enterprise collaboration mode;college students;ideological and political education（上接第 67 页）Simulation Test Study on Jacking Construction of Bridge JackingXu Song1)Meng Wenxiang1)Wu Xiaodong2)(NJTech Bridge&Tunnel and Rail Transit Institute1),Nanjing,210031;China Railway(Shanghai)Investment Group Limited2),Shanghai,201199,China)Abstract:This article is set against the backdrop of the construction of prestressed concrete continuousbox girder by incremental launching in a three-span structure.Prior to the launching process,a liftingsimulation test is conducted on the box girder to verify the structural integrity and safety of the connectionbetween the guiding beams and concrete,as well as the critical sections of the box girder during thelaunching process.Firstly,the bridge model is established by Midas/Civil finite element software,and thewhole process construction simulation calculation is carried out to determine the most unfavorable workingconditions in the launching process of the bridge.On this basis,the force of the beam under the mostunfavorable working conditions is simulated by launching loading.Through the deformation and stressmonitoring in the test process,the measured value is compared with the theoretical calculation value.Theresults show that the front guide beam and trough beam have sufficient stiffness and strength safety reserve,and the structure is basically in elastic working state.The smooth implementation of the whole test canprovide practical reference for similarincremental launching bridge construction.Keywords:incremental launching construction;box girder;simulation test;simulation calculation;monitoring