顶推中不同临时墩间距对某无横撑拱桥的影响.pdf

第1期（总第232期）2024 年 2 月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGN o.1 (S e r i a l N o.2 3 2)F e d.2 0 2 4111顶推中不同临时墩间距对某无横撑拱桥的影响叶 浪 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 浙江市政设计院有限公司，浙江 杭州 310000摘要：为探讨顶推中不同临时墩间距对无横撑拱桥的影响，以某钢桁架拱桥整体顶推施工工程为背景，建立有限元模型，分析不同临时墩间距布置时钢桁架拱桥在顶推过程中的最值应力和挠度分布情况，拱桥及构件敏感位置的稳定性，以及第 2 种临时墩布置时主墩和临时墩在顶推过程中的反力变化情况。研究表明：拱桥的下弦杆 PL01临时墩处主梁（跨中杆件）和拱肋端部受力最不利，且临时墩间距越大，产生的应力越大；导梁端部出现最不利挠度，且临时墩间距越大，变形越大；临时墩间距越大，上弦杆的稳定性越差；第 2 种临时墩布置时，主墩和临时墩在顶推至最大悬臂和顶推就位 2 个状态下达到最不利反力情况，且临时墩起关键作用。关键词：临时墩；拱桥；顶推施工；导梁；应力；挠度中图分类号：U445.4 文献标志码：A 文章编号：1004-4655（2024）01-0111-05收稿日期：2023-04-23作者简介：叶浪（1992），男，工程师，硕士，主要从事桥梁设计工作。DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2024.01.025钢桁架拱桥具有跨度大、承载能力强、构造轻巧简洁的特点，被广泛运用于交通线路建设中。受地形、船舶通航、施工工期等因素影响，为保持河道的持续通航及桥梁快速方便的施工，钢桁架拱桥需进行特殊的施工方案，例如整体顶推施工1-3。针对顶推施工方法，一些学者做了相关研究：叶建良4阐述了温州瓯江北口大桥北引桥钢混组合梁在顶推施工过程中各项关键技术的运用以及监控措施。王锋5以某六线简支钢箱叠拱桥为例，研究了钢箱叠拱桥的顶推施工方案、落梁及顶推过程中的一些关键施工技术。汪学进6针对某一圆曲线钢箱梁，对比了跨中向两侧顶推、分联单导梁顶推、分联双导梁顶推、单向多点同步顶推 4 种方案，最终结合现场施工验证了向多点同步顶推方案的优越性。娄松等7分析了某钢桁梁斜拉桥边跨在步履式顶推滑移时，最大悬臂和非悬臂工况下钢桁梁下弦杆的承载能力，验证了顶推方案的合理性。李宁等8在援马尔代夫中马友谊大桥主桥合龙时，为避免海域长周期波涌浪影响，利用顶推合龙技术实现跨中大节段钢箱梁的精确合龙，并分析施工时的相关技术要点。田亮等9研究（84+9108+84）m 连续钢桁梁桥主梁在顶推过程中出现的最大悬臂状态下，钢梁的受力及变形状态。伍艺10模拟了曲线连续钢箱梁的整体顶推施工过程，结果表明顶推过程稳定，钢箱梁及导梁受力满足规范要求。上述大部分学者研究了一部分有关顶推技术的内容，但对不同临时墩布置下无横撑拱桥结构在顶推过程中的受力特点研究比较欠缺。为进一步研究不同临时墩间距布置对无横撑拱桥在顶推过程中的受力影响，本文以某钢桁架拱桥整体顶推施工工程为例，利用 MIDAS Civil 有限元软件，建立有限元模型，分析不同临时墩间距布置时上弦杆、下弦杆及导梁在顶推过程中的最值应力及挠度分布情况，并验算拱桥及构件敏感位置的稳定性情况，最后针对某种临时墩间距布置时辅助墩及主墩的反力进行讨论，并提出设计要点。1 工程概况某桥位于绍兴镜湖新区湖东区块，主桥采用 110 m 钢桁架拱桥，引桥每端采用 235 m 和335 m 先简支后连续小箱梁，双向 4 车道。主桥桥宽 28 m，引桥桥宽 19 m，主桥两侧人行道接落地钢梯道，梯道宽 3 m，引桥不设人行道（见图 1）。主桥上部结构为无横撑钢桁架拱桥，跨径布置110 m。桥面板采用正交异性板，全焊结构，主梁为纵横向体系，纵梁梁高 1.8 m，横梁梁高 2.005 m。主桁采用带竖杆的三角形腹杆体系，节间长度10.9 m，桁高为 7.318.5 m，跨中位置高跨比为1/5.9。两片主桁主心距为 20.5 m，宽跨比为 1/5.4，顶板宽 28.0 m（见图 2）。1122024 年第 1 期叶浪：顶推中不同临时墩间距对某无横撑拱桥的影响主桥下部桥墩采用双柱式盖梁，盖梁总长24.0 m，为现浇预应力混凝土结构。引桥桥墩采用双柱式接大悬臂盖梁桥墩，大悬臂盖梁总长 17.5 m，悬臂净长 5.5 m，为现浇预应力混凝土结构。2 临时墩布置形式及顶推施工工序本工程在水中设立 2 个对称的辅助墩 PL01 和 PL02，墩间距 L 分别取 37 m、50 m、70 m，在引桥范围内设立临时支架。利用已有的各永久墩和临时支架，在上部搭设拱梁拼装用平台，并在顶推用永久墩、临时墩和临时支架顶部安装顶推装置（见图 3）。1）临时墩布置形式。第 1 种临时墩间距为（36+37+36）m，对称布置；第 2 种临时墩间距为（30+50+30）m，对称布置；第 3 种临时墩间距为（20+70+20）m，对称布置。2）施工工序。首先在顶推平台上拼装钢主梁，拼装拱肋并安装顶推用前导梁（导梁长 25 m）；接着对拱梁结合段进行持续顶推施工，每步顶推 1 m；然后主桥就位后拆除前导梁；最后顶推就位后，逐步拆除临时墩和拼装平台，更换永久支座。图 1 总体布置图（m）图 2 主桥跨中横断面（m）图 3 顶推过程某一阶段立面(m)1132024 年第 1 期3 有限元模型的建立根据设计图纸及施工工序，采用 MIDAS Civil 有限元软件建立某桥的主桥钢桁架拱桥模型，并根据不同临时墩布置形式赋予顶推的施工阶段（见图 4）。模型共有 1 141 个节点、2 016 个单元，桁架片、纵梁、横梁、横肋及导梁均采用梁单元模拟，桥面采用板单元模拟。钢桁架拱桥的模型材料参数见表 1。图 4 有限元模型表 1 模型材料参数部位材料弹性模量/GPa 泊松比 容重/（kNm-1）桁架梁及桥面板 Q345qD2060.393.0导梁Q3552060.378.5边界条件模拟：根据有关顶推工序的图纸，在永久墩、临时墩和临时支架顶部附近安装有顶推装置，以及在桁架梁尾部安装有临时水平约束装置，最终成桥时桥梁是简支状态。故在顶推模型中，顶推装置处约束 2 个方向位移和顺桥向扭转自由度，桁架梁尾部始终约束水平位移。顶推到位后，将临时墩上约束去掉，永久主墩上约束变更为四边简支约束。4 计算与分析根据 3 种临时墩间距布置，在已建立的有限元模型上，分别提取上弦杆、下弦杆各位置在整个顶推过程中的应力最大值和最小值，以及下弦杆和导梁各位置的挠度数据，分析应力和挠度分布规律，总结临时墩间距对桁架梁拱桥的影响；验算 3 种临时墩布置最大悬臂状态下，拱桥及构件敏感位置的稳定性；最后提取第 2 种临时墩布置时辅助墩及主墩的反力值，归纳总结桥墩设计时的注意事项。4.1 上弦杆的最不利工况整个顶推过程中上弦杆的最值应力分布见图 5。图 5 顶推过程中上弦杆应力图由图 5 可知，无横撑拱桥在整个顶推过程中，不同临时墩间距对上弦杆各个位置的最值应力影响不同，但均满足现行规范（文献 11）要求。第1、2 种临时墩布置时最大拉应力出现在 10 号杆件，第 3 种临时墩布置时最大拉应力出现在 7 号杆件，数值达到 58 MPa；3 种临时墩布置最大压应力都出现在 10 号杆件，且随着临时墩间距的变大，压应力越大，最大数值达到 91 MPa，对应的工况为此处顶推到PL02临时墩附近时。拱桥本身有着梁受拉弯、拱受压的特点，随着临时墩间距越大，则拱肋端部所处的计算跨径越大，产生的弯矩作用越大，导致此时的拱肋压应力越大。故此类工程，临时墩间距布置过大时，会在靠近顶推端部的上弦杆处产生较大压应力以及跨中处上弦杆产生较大拉应力。4.2 下弦杆的最不利工况整个顶推过程中下弦杆及导梁的最值挠度分布见图 6。坐标图 6 顶推过程中下弦杆应力图由图 6 可知，下弦杆各位置的最值应力满足现行规范要求，且最大值和最小值变化趋势相似，在相邻两个腹杆的中间位置出现较大应力。第 1、2种临时墩布置时下弦杆应力较为接近，第 3 种临时墩布置时下弦杆应力较大，且最不利情况出现在跨中杆件附近，压应力数值达到 242 MPa。最不利情况对应的工况为导梁顶推到临时墩 PL02 附近时，此时主梁处于类似多点支撑的连续梁状态，PL01墩处主梁（跨中杆件）两侧跨径较大，在负弯矩作用下，此处主梁下缘产生较大压应力。可见，此类桁架顶推过程中，临时墩间距不能过大，且需要特别注意距离跨中附近的下弦杆应力的控制。4.3 下弦杆及导梁的挠度整个顶推过程中下弦杆及导梁的最值挠度分布见图 7。叶浪：顶推中不同临时墩间距对某无横撑拱桥的影响1142024 年第 1 期坐标图 7 顶推过程中下弦杆及导梁的挠度图由图 7 可知，无横撑拱桥在顶推全过程中，不同临时墩间距布置时下弦杆各个位置处产生向下的变形，且越靠近顶推端部，变形越大。3 种临时墩的布置情况，临时墩间距越大，产生的变形越大，第 3 种临时墩布置时，主梁端部产生-58 mm 的竖向变形，导梁端部发生-111 mm 的竖向变形。主梁端部发生最不利情况对应的工况为导梁顶推到临时墩 PL02 附近时，此时主梁处于类似多支点支撑的连续梁状态，由于第 3 种临时墩间距最大，且导梁相对主梁刚度较小，主梁和导梁连接位置（主梁端部）处于两个临时墩之间，故发生最不利变形。导梁顶推端部发生最不利情况对应的工况为导梁顶推到临时墩 PL02 前一刻，此时由于临时墩间距最大，导梁处于最大悬臂状态，端部发生最不利变形。故此类工程，为了控制主梁端部及导梁端部的变形，需要控制临时墩布置时的间距。4.4 稳定性的影响在对拱桥的稳定性进行分析时，根据相关规范，实腹式压弯构件的整体稳定性需满足式（1）式（2）。叶浪：顶推中不同临时墩间距对某无横撑拱桥的影响 （1）（2）式中：Nd为所计算构件中间 1/3 范围内的最大轴力设计值，kN；NRd为所计算构件中 1/3 范围内的材料轴力抗力设计值，kN；My、Mz分别为所计算构件范围内 2 个主平面内的最大弯矩设计值，kNm；MRd,y、MRd,z分别为所计算构件范围内 2 个主平面内的材料弯矩抗力设计值，kNm；Ncr,y、Ncr,z分别为轴心受压构件绕 y 轴和 z 轴弯曲失稳模态的整体稳定欧拉荷载，kN；ey、ez分别为有效截面形心在 z 轴、y 轴方向距离毛截面形心的偏心距，m；0为结构重要性系数；LT,y、LT,z分别为 x-y、x-z平面内的弯矩作用下，构件弯扭失稳模态的整体稳定折减系数；m,y、m,z分别为相对 My、Mz的等效弯矩系数；y、z分别为轴心受压构件绕 y 轴和 z轴弯曲失稳模态的整体稳定折减系数。由于跨中位置处无横撑的上弦杆在最大悬臂状态下的稳定性最为敏感，针对不同临时墩间距布置方案，分别计算该处弦杆杆件的面内面外稳定系数，结果见表 2。表 2 构件稳定系数临时墩布置形式第 1 种第 2 种第 3 种面内稳定系数0.1410.1760.264面外稳定系数0.0580.0940.192由表 2 可知，3 种临时墩布置形式下构件的面内面外稳定系数均小于 1，均满足规范要求。从规律上分析，临时墩间距越大，构件的稳定系数越大，越有可能发生失稳情况。故对此需要特别注意大间距临时墩布置时，弦杆的面内面外稳定性。此外，还计算拱桥的整体稳定系数，结果 3 种临时墩布置形式的最大悬臂工况下的整体稳定系数均为 15 左右，大于 4，满足规范要求。1152024 年第 1 期叶浪：顶推中不同临时墩间距对某无横撑拱桥的影响4.5 主墩及辅助墩的反力第 2 种临时墩布置时，顶推过程中主墩及辅助墩反力值分布见图 8。图 8 顶推过程中主墩及辅助墩的反力图由图 8 可知，第 2 种临时墩布置下，无横撑拱桥在顶推全过程中，PM06 主墩从顶推初始便开始受力，反力先不断增大，在顶推约 80 m，达到最大反力值 3 300 kN，随后有所减小；PM07 主墩在顶推 110 m 后开始受力，随后反力不断增大，顶推到位时达到最大值 2 200 kN。PL01 临 时 墩 从 顶 推 30 m 后（导 梁 推 至PL01 辅助墩）开始出现反力，且快速增大，在顶推 80 m 时（导梁推至 PL02 辅助墩）达到最大值 5 000 kN，随后有所减小；PL02 临时墩从顶推 80 m 后（导梁推至 PL02 辅助墩）开始受力，反力一直增大，最大值为 4 500 kN。综上所述，可见第 1 个主墩 PM06 和 PL01 临时墩在导梁顶推至最大悬臂状态时达到最不利受力情况，第 2 个主墩 PM07 和 PL02 临时墩在顶推到位时达到最不利受力情况。2 个临时墩的最大反力明显比主墩的反力大，起关键控制作用。故要注意这 2 个顶推状态下主墩及临时墩的受力情况，其中需特别注意临时墩的承载能力。5 结语1）对比不同临时墩间距下的结果，发现无横撑拱桥在顶推过程中 PL01 临时墩处主梁（跨中杆件）和拱肋端部出现最不利情况，且临时墩距越大，产生的应力越大。2）配置导梁的顶推过程中，导梁端部出现最不利挠度，且临时墩间距越大，变形越大。故类似项目需要控制临时墩间距的布置。3）针对 3 种临时墩布置形式，拱桥及构件的整体稳定均满足规范要求，且构件的稳定性随临时墩间距越大越差。4）第 2 种临时墩布置下，设置临时墩的顶推过程中，第 1 个主墩 PM06 和 PL01 临时墩在导梁顶推至最大悬臂状态时达到最不利反力，第 2 个主墩 PM07 和 PL02 临时墩在顶推到位时达到最不利反力,2 个临时墩的最大反力明显比主墩的反力大，起关键控制作用。参考文献：1 龚迎春.大跨度钢桁架桥分段分节拼装与整体顶推技术研究 J.中国市政工程,2020,6:97-101.2 王立学,曾海权.兰州某跨铁路桥钢桁梁顶推施工方案及受力特性分析 J.城市道桥与防洪,2019,2(2):143-148.3 吴永南,李东,许祥山,等.大跨径拱桥钢箱主梁顶推滑移技术 J.世界桥梁,2017,45(3):25-29.4 叶建良.瓯江北口大桥北引桥槽形钢梁顶推施工关键技术 J.桥梁建设,2020,50(S2):115-120.5 王锋.大跨度六线简支钢箱叠拱桥顶推施工关键技术 J.世界桥梁,2021,49(2):43-49.6 汪学进.大跨度圆曲线槽型钢梁顶推施工方案比选大 J.世界桥梁,2020,48(2):51-55.7 娄松,吴芳,江湧，等.大吨位钢桁梁步履式顶推滑移施工力学行为分析 J.桥梁建设,2021,51(1):66-73.8 李宁,林树奎,秦明强.强涌浪海域混合梁刚构桥钢箱梁顶推合龙技术 J.桥梁建设,2020,50(4):118-123.9 田亮,赵健,李向海.三门峡黄河公铁两用桥钢桁梁悬臂顶推受力分析 J.铁道建筑,2020,60(11):40-43.10 伍艺.重庆南纪门轨道交通专用桥引桥钢箱梁顶推技术 J.桥梁建设,2021,51(1):130-135.11 公路钢结构桥梁设计规范：JTG D642015S.北京:人民交通出版社,2015.159ABSTRACTS(Shanghai Urban Construction Municipal Engineering Group Co.,Ltd.,Shanghai 200232,China)Abstract:By analyzing the advantages and disadvantages of existing tram signal system control schemes,a tram signal system control scheme with centralized interlocking and distributed control is proposed,taking the tram signal system project in the Ice and Snow Town of Zhangjiakou Chongli Olympic Zone as the research object.This plan not only simplifies the overall system architecture,reduces the complexity of system composition,but also effectively ensures the safety of train operation in various switch areas of the tram,and controls human safety risks.Key words:modern tram;signal system;distributed;interlockA Comparative Selection Study on the Use of Air Purification Equipment System Solutions for A Domestic River-Crossing TunnelGUAN Yi-chao,YAO Jian(Shanghai Urban Construction Design&Research Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)Abstract:The traditional urban road long and large tunnel adopts a centralized high-altitude exhaust system,and its high wind tower setting faces many problems,such as:large impact on the urban landscape,difficulty in site selection during the planning stage,opposition from surrounding residents to the new tunnel high wind tower,high pressure on stability maintenance,and difficulty in coordination during the construction stage.Currently,the technology of air purification equipment applied to tunnels has matured and the cost has been reduced.Based on a new river-crossing tunnel project in a domestic city,this study compares and selects two ventilation system construction and operation schemes,and finally adopts the air purification equipment system scheme.Key words:tunnel;air purification;high wind tower;economic benefits;social benefitsThe Influence of Different Temporary Pier Spacing in Top Push on a Certain Unbraced Arch BridgeYE Lang(Zhejiang Municipal Design Institute Co.,Ltd.,Shanghai Municipal Engineering Design Institute Group Co.,Ltd.,Hangzhou 310000,China)Abstract:In order to explore the influence of different temporary pier spacing on the non-transverse bracing arch bridge during the top pushing process,a finite element model was established based on the overall top pushing construction project of a steel truss arch bridge.The maximum stress and deflection distribution of the steel truss arch bridge during the top pushing process were analyzed under different temporary pier spacing arrangements,as well as the stability of sensitive positions of the arch bridge and components.The reaction force changes of the main pier and temporary pier during the top pushing process were also analyzed under the second type of temporary pier arrangement.Research has shown that the main beam(mid span member)and arch rib end at the temporary pier PL01 of the lower chord of the arch bridge are subjected to the most unfavorable stress,and the larger the spacing between temporary piers,the greater the stress generated.The most unfavorable deflection occurs at the end of the guide beam,and the larger the spacing between temporary piers,the greater the deformation.The larger the spacing 160ABSTRACTSbetween temporary piers,the poorer the stability of the upper chord.When arranging the second type of temporary pier,the main pier and temporary pier reach the most unfavorable reaction situation in two states:pushing to the maximum cantilever and pushing to position,and the temporary pier plays a crucial role.Key words:temporary pier;arch bridge;top pushing construction;guide beam;stress;deflectionResearch on Intelligent Review Technology Path Based on PDF Drawing FilesZHANG Xiao-song1,YANG Hai-tao1,LI Zhen-zhong1,NI Yi1,LI Yi-fan2,WANG Jian1(1.Shanghai Urban Construction Design&Research Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China;2.Shanghai Pinlan Data Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200040,China)Abstract:Taking the open cut tunnel engineering drawings as an example,it studies the technical path for intelligent review of PDF format drawings.Based on the technical foundation of AI drawing review for current CAD files,two intelligent review technology paths are proposed:one is based on PDF conversion to CAD drawing review,and the other is directly based on PDF drawing review.Analyze the various graphic information features of PDF drawings,conduct feasibility and effectiveness studies on two technical paths,and ultimately choose the latter as the implementation path to build an intelligent review platform for open cut tunnels and conduct technical verification.Key words:engineering design;drawing;CAD;PDF;intelligent drawing reviewResearch on the Impact of Deep Excavation of Shield Tunnels on Adjacent Ultra-High Pressure Gas PipelinesREN Hui1,BI Jin-feng2,GUO Bao-he1,LI Yan1,PU Wan-li1(1.Zhuhai Rail Transit Co.,Ltd.,Zhuhai 519000,China;2.Shanghai Urban Construction Design&Research Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200125,China)Abstract:Taking the excavation project of the starting shaft and frame section of the Zhuhai Tunnel as the background,numerical simulation is used to study the influence of surface settlement caused by excavation on the internal forces of adjacent existing gas pipelines.Using the finite element method,the monitored gas pipeline settlement data is used as the boundary condition of the numerical model to calculate the internal force changes of the gas pipeline.Based on the numerical simulation results,select the parts of the pipeline with sudden changes in local internal forces and high internal forces for on-site monitoring.The simulation results indicate that the increase in internal forces of gas pipelines caused by geological subsidence is limited.The on-site monitoring results also prove that the overall internal force level of the pipeline is within the safe range,and there is no need to take protective measures for the gas pipeline temporarily.Key words:shield tunnel;excavation of foundation pits;gas pipeline;numerical simulation;on site monitoring;Zhuhai TunnelOptimization of Shanghai Variable Lane Cluster Control Based on Multi-Objective Programming&Hybrid Genetic AlgorithmCHEN Xi1,ZOU Jie2(1.Shanghai Urban Construction Design&