1、大跨度斜連續(xù)梁橋頂推新技術(shù)及施工控制技術(shù)研究報(bào) 告 簡(jiǎn) 本1 研究背景及國(guó)內(nèi)外研究概況1.1 研究背景目前，對(duì)直橋的頂推施工已是一項(xiàng)比較成熟的橋梁施工方法，但大跨度斜連續(xù)梁橋以及曲線梁橋、 坡橋等適合于在山區(qū)修建的橋梁的頂推施工還有許多技術(shù)難題需要解決。 因此有必要對(duì)大跨度斜連續(xù)梁橋的頂推施工開展系統(tǒng)的研究，形成大跨度斜連續(xù)梁橋頂推施工的設(shè)計(jì)理論、施工規(guī)范、施工控制技術(shù)為主的成套頂推技術(shù)，使我國(guó)頂推法施工技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，提高我國(guó)山區(qū)高等級(jí)公路橋梁的修筑技術(shù)水平，加快我國(guó)特別是西部地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。另外，頂推施工方法在其它橋型的施工中也被廣泛采用， 取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。1.2 國(guó)

2、內(nèi)外研究概況1.2.1 國(guó)外頂推法施工研究概況首次將頂推施工法用于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋架設(shè)施工的是聯(lián)邦德國(guó)的萊昂哈特博士和鮑爾教授。1959 年，前聯(lián)邦德國(guó)的萊昂哈特（Leonhardt）教授在建造奧地利的阿格爾（ Ager）橋時(shí)首次使用了頂推施工法。1.2.2 國(guó)內(nèi)頂推法施工研究概況我國(guó)于 1974 年首先在狄家河鐵路橋采用了頂推法施工。狄家河橋是西安至延安跨越狄家河的單線鐵路橋，為440m 的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。1.2.3 國(guó)內(nèi)頂推法施工的發(fā)展和廣泛應(yīng)用隨著頂推施工工藝的不斷成熟和科技工作者對(duì)頂推施工法的深入研究。我國(guó)橋梁工作者成功地將頂推施工方法應(yīng)用到了其它橋型的施工中，取得了良好的經(jīng)

3、濟(jì)和社會(huì)效益。2 研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)2.1 研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目圍繞 10 個(gè)專題開展研究，各專題如下：【專題一】“利用大型結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行頂推施工全過程仿真計(jì)算與分析”【專題二】“斜（坡）、彎連續(xù)梁和橋墩在頂推施工中關(guān)鍵參數(shù)確定與分析”【專題三】“影響頂推施工控制的主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定以及豎曲線上斜交角頂推預(yù)拱度設(shè)計(jì)計(jì)算控制技術(shù)”【專題四】“預(yù)制場(chǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)整及符合實(shí)際工作條件和受力特點(diǎn)的鋼導(dǎo)梁優(yōu)化設(shè)計(jì)等”【專題五】“大跨度斜連續(xù)梁橋的斜交角度、全橋總長(zhǎng)、平縱曲線的因素對(duì)頂推施工的影響程度”【專題六】“解決頂推施工中箱梁結(jié)構(gòu)的受力特性及梁體裂縫的成因與防治問題，橫向應(yīng)力不均勻分布的相應(yīng)措施”【專題七】“如何

4、控制多點(diǎn)頂推過程中各墩（特別是高墩）的牽引力及墩頂位移以及各墩的相互影響問題”【專題八】“頂推梁預(yù)應(yīng)力的合理配置及施工質(zhì)量控制技術(shù)”【專題九】“頂推施工的作業(yè)程序和施工工藝”【專題十】“頂推過程中溫度的影響及落梁過程的控制”2.2 項(xiàng)目目標(biāo)本項(xiàng)目研究的目的是， 在我國(guó)現(xiàn)有橋梁頂推施工技術(shù)的基礎(chǔ)上， 對(duì)斜（坡）、彎連續(xù)梁橋頂推施工的理論設(shè)計(jì)參數(shù)、 施工工藝、專用設(shè)備以及施工控制技術(shù)中的難點(diǎn)問題進(jìn)行系統(tǒng)研究。 通過研究提出采用頂推法施工的使用條件、 施工新技術(shù)和施工控制技術(shù)； 研究解決頂推施工過程中影響箱梁和橋墩內(nèi)力的主要設(shè)計(jì)參數(shù)；橋梁預(yù)拱度設(shè)置計(jì)算方法和控制方法； 編制出能仿真模擬施工全過程的設(shè)

5、計(jì)和施工計(jì)算軟件，并在依托工程中的實(shí)橋上應(yīng)用和檢驗(yàn)。3 技術(shù)路線與研究手段本項(xiàng)目采用調(diào)查研究、 理論分析和依托工程驗(yàn)證的技術(shù)路線。 技術(shù)路線綜合歸納為：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與資料查詢 專題研究 (形成各專題綜述報(bào)告 ) 形成各專題試驗(yàn)研究大綱 開展各專題研究 進(jìn)行理論分析與計(jì)算形成初步研究結(jié)果、 技術(shù)開發(fā) 示范工程試驗(yàn)與觀測(cè) 觀測(cè)結(jié)果反饋分析， 修改完善研究結(jié)果 局部實(shí)體工程應(yīng)用及效果評(píng)價(jià) 編寫研究報(bào)告 課題驗(yàn)收。4 研究對(duì)依托工程的支撐4.1 工程概況張家界澧水大橋是常德至張家界高速公路張家界連接線上的一座特大橋， 主橋?yàn)?850m 預(yù)應(yīng)力混凝土頂推連續(xù)箱梁， 頂推連續(xù)箱梁按斜度 20設(shè)計(jì)， 該橋成橋照

6、片如圖 4.1-1 所示。圖 4.1-1張家界澧水大橋成橋照片張家界澧水大橋全橋總寬29m，由兩幅分離式橋組成，每幅橋?qū)?4.25m，為單箱單室直腹式箱形截面。4.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)荷載：汽車超20 級(jí)，掛 120，人群 3.5kN/m2。橋面寬度：全橋總寬29m。通航標(biāo)準(zhǔn)：按照六級(jí)航道凈空標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)洪水頻率： 1/100。地震烈度：小于級(jí)，不做抗震設(shè)計(jì)。4.3 澧水大橋頂推施工關(guān)鍵技術(shù)：（1）預(yù)制平臺(tái)和臨時(shí)墩設(shè)計(jì)張家界澧水大橋采用分離式可升降預(yù)制平臺(tái)，平臺(tái)基礎(chǔ)為混凝土樁， 中間布置 22 個(gè)臨時(shí)墩，預(yù)制平臺(tái)照片如圖4.3-1 和圖 4.3-2 所示。圖 4.3-1張家界澧水大橋預(yù)制平臺(tái)照片圖

7、 4.3-2張家界澧水大橋預(yù)制平臺(tái)整體布照片（2）導(dǎo)梁設(shè)計(jì)張家界澧水大橋采用鋼板梁導(dǎo)梁， 鋼腹板之間用鋼管連接， 并增加三向鋼撐，以增加穩(wěn)定，如圖4.3-3 所示。圖 4.3-3張家界澧水大橋?qū)Я赫掌?）千斤頂頂拉系統(tǒng)張家界澧水大橋采用多點(diǎn)連續(xù)頂推方案，千斤頂選用 ZID100 型自動(dòng)連續(xù)頂推系統(tǒng)，如圖 4.3-4 所示。圖 4.3-4 ZLD 100型穿心式自動(dòng)連續(xù)頂推千斤（4）滑道系統(tǒng)滑道系統(tǒng)是頂推施工中的另一關(guān)鍵工藝， 滑道系統(tǒng)由墊石、滑塊和滑板組成，如圖 4.3-5 所示。圖 4.3-5頂推施工用滑板和滑道照片（5）糾偏系統(tǒng)為了控制斜交箱梁在頂推過程中的中線始終處于允許偏差范圍內(nèi)，導(dǎo)

8、向糾偏裝置的設(shè)置是非常重要的，如圖4.3-6 。456723110891、箱梁； 2、鋼墊板； 3、導(dǎo)向輪； 4、千斤頂； 5、鋼板立架；6、預(yù)埋件； 7、蓋梁； 8、支座墊石；9、滑道； 10 滑塊圖 4.3-6導(dǎo)向輪糾偏器構(gòu)造示意圖（6）落梁本橋采取分段落梁方法， 每一階段在縱向三個(gè)連續(xù)橋墩處起頂，完成前兩個(gè)橋墩處落梁，另一個(gè)橋墩處只落一半， 然后將前兩個(gè)橋墩上的千斤頂轉(zhuǎn)移到第三個(gè)墩后的兩個(gè)連續(xù)橋墩處起頂，這樣重復(fù)進(jìn)行，直至全橋落梁完成。5 主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)5.1 主要研究成果本項(xiàng)目立項(xiàng)以來， 在各參研單位的共同努力下， 圓滿完成了合同規(guī)定的各項(xiàng)科研任務(wù)，提交的成果如下：5.1.1 頂推仿

9、真計(jì)算與分析本專題對(duì)斜、彎連續(xù)梁橋受力特性進(jìn)行了分析，研究了大跨度斜連續(xù)梁橋頂推仿真計(jì)算模式的選取。本專題結(jié)合最近幾年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者在斜連續(xù)梁橋方面的最新研究成果，以Visual C+6.0 的 MFC App Wizard 為基礎(chǔ)，根據(jù)斜橋頂推施工的受力特點(diǎn)，編制出了一套針對(duì)斜梁橋頂推施工的有限元分析程序-ILMAP（Incremental LaunchingMethod Analisys Program）。該程序即可適用于一般橋梁整體計(jì)算，也可針對(duì)斜橋頂推施工過程進(jìn)行模擬計(jì)算。編制的 ILMP 程序的操作界面如圖5.1.1-15.1.1-6 所示。圖 5.1.1-1 ILMP 程序界面圖 5

10、.1.1-2 ILMP 計(jì)算過程界面（一）圖 5.1.1-3 ILMP 計(jì)算過程界面（二）圖 5.1.1-4 ILMP 后處理界面 ( 內(nèi)力 )圖 5.1.1-5 ILMP 后處理界面（反力）圖 5.1.1-6 ILMP 后處理界面 ( 應(yīng)力 )5.1.2 斜、彎連續(xù)梁和橋墩頂推施工關(guān)鍵參數(shù)確定與分析本專題主要針對(duì)斜連續(xù)梁橋以及橋墩在頂推過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析。對(duì)頂推節(jié)段長(zhǎng)度的合理劃分、 預(yù)制平臺(tái)臨時(shí)滑道支承墩的數(shù)目以及預(yù)制平臺(tái)前端與第一個(gè)永久墩之間的臨時(shí)墩的數(shù)目進(jìn)行了研究。本專題針對(duì)頂推施工中， 斜、彎橋由于頂推合力作用線與橋梁中線及主梁重心線不完全重合， 主梁容易發(fā)生偏位的問題， 對(duì)斜橋

11、頂推施工中的內(nèi)外側(cè)頂推力的施加、頂推行程差的設(shè)置、中線的偏移與觀測(cè)、軸線的糾正問題進(jìn)行了研究。5.1.3 影響頂推施工控制的主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定以及豎曲線上斜交角頂推預(yù)拱度設(shè)計(jì)計(jì)算本專題針對(duì)頂推施工控制的控制變量進(jìn)行了分析， 研究了頂推施工連續(xù)梁的自重和縱向預(yù)應(yīng)力大小、 頂推力大小，箱梁與橋墩上滑道間的摩擦力等因素的影響。重點(diǎn)研究了橋墩高度和剛度對(duì)頂推的影響， 對(duì)頂推施工過程橋墩穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，研究了頂推施工過程保證橋墩安全的臨時(shí)措施， 研究頂推施工導(dǎo)梁預(yù)拱度的設(shè)置方法。5.1.4 預(yù)制場(chǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)整及鋼導(dǎo)梁優(yōu)化設(shè)計(jì)本專題研究了導(dǎo)梁長(zhǎng)度、 剛度、重量的確定原則和方法； 導(dǎo)梁預(yù)留空間高度的確定方法；

12、研究了導(dǎo)梁與主梁連接處的加固措施和預(yù)制場(chǎng)底模的剛度、 臨時(shí)滑道支撐墩的剛度、 數(shù)量以及間距對(duì)梁底的線形的影響； 新舊梁段接縫轉(zhuǎn)角產(chǎn)生偏位的原因及該偏位對(duì)主梁內(nèi)力的影響規(guī)律和預(yù)制場(chǎng)底?？v向的動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)。5.1.5 大跨度斜連續(xù)梁橋的斜交角度、平縱曲線的因素對(duì)頂推施工的影響程度本專題研究了斜度在頂推階段對(duì)主梁內(nèi)力的影響規(guī)律，斜度主梁對(duì)柔性墩內(nèi)力的影響規(guī)律， 3 橋梁縱曲率對(duì)頂推施工的影響，彎橋頂推施工的各關(guān)鍵參數(shù)的合理取值和平曲線對(duì)頂推施工的不利影響。5.1.6 頂推施工中箱梁受力特性及梁體裂縫的成因與防治本專題對(duì)彎橋在頂推施工中梁體裂縫成因與防治進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，對(duì)頂推箱梁裂縫形式進(jìn)行了分

13、類總結(jié)，并就其裂縫成因進(jìn)行了分析。5.1.7 多點(diǎn)頂推各墩牽引力及墩頂位移以及各墩的相互影響本專題研究了多點(diǎn)頂推過程中各墩所需要施加的頂推力大小的確定方法。研究了柔性墩墩底最大的拉應(yīng)力與墩頂偏位及橋墩受到的不平衡水平推力的關(guān)系和 墩頂水平偏位的控制方法。5.1.8 頂推梁預(yù)應(yīng)力的合理配置及施工質(zhì)量控制技術(shù)本專題研究了斜梁橋頂推施工預(yù)應(yīng)力束的配置原則和方法，研究了彎連續(xù)梁橋頂推施工預(yù)應(yīng)力束的配置原則和方法，并對(duì)預(yù)應(yīng)力的張拉施工質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行了研究。5.1.9 頂推專用設(shè)備，頂推施工作業(yè)程序和施工工藝本專題分析了適合大跨度斜連續(xù)梁橋頂推施工的千斤頂類型選擇及布置形式，對(duì)滑動(dòng)裝置進(jìn)行了研究。本專題

14、重點(diǎn)對(duì)頂推施工工藝系統(tǒng)進(jìn)行了研究總結(jié)。5.1.10 頂推過程中溫度的影響及落梁過程的控制研究本專題分析了溫度對(duì)橋墩變形及主梁應(yīng)力的影響規(guī)律，提出減弱甚至消除溫度對(duì)頂推影響的措施，并分析了不同的落梁方案和落梁順序?qū)χ髁簝?nèi)力的影響。5.2 研究成果中的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)5.2.1 斜梁頂推計(jì)算程序的編制本課題結(jié)合最近幾年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者在斜連續(xù)梁橋方面的最新研究成果，以Visual C+6.0 的 MFC App Wizard 為基礎(chǔ)，根據(jù)斜橋頂推施工的受力特點(diǎn)，編制出了一套針對(duì)斜梁橋頂推施工的有限元程序-ILMAP （ Incremental LaunchingMethod Analisys Program

15、）。該程序可在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)針對(duì)橋梁頂推施工過程的分析。它適用于一般橋梁的整體計(jì)算和斜橋頂推的施工過程模擬計(jì)算。該程序在Windows 環(huán)境下設(shè)計(jì)出可視化用戶界面，對(duì)計(jì)算結(jié)果的輸出進(jìn)行可視化處理。該程序可準(zhǔn)確、快速分析連續(xù)梁橋的頂推過程受力特性，具備友好的界面和強(qiáng)大數(shù)據(jù)輸入、輸出功能。 在依托工程中的應(yīng)用體現(xiàn)了計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠，數(shù)據(jù)輸入輸出方便，計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，具有創(chuàng)新性。5.2.2 斜連續(xù)梁和橋墩在頂推施工中關(guān)鍵參數(shù)確定及精細(xì)化控制本課題針對(duì)斜連續(xù)梁橋以及橋墩在頂推過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，得到了影響頂推施工斜連續(xù)梁橋狀態(tài)的多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)（頂推節(jié)段劃分長(zhǎng)度、連續(xù)箱梁的斜交角、 臨時(shí)滑道支

16、承墩數(shù)目與滑道方位角、 滑板接觸面積和支承反力、鋼導(dǎo)梁長(zhǎng)度及匹配剛度、 新舊梁體節(jié)段接縫轉(zhuǎn)角偏差、 內(nèi)外側(cè)水平牽引力差和橋墩剛度等） 的優(yōu)化設(shè)計(jì)值， 這些參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)值是精細(xì)化施工控制的主要依據(jù)。在施工控制中，對(duì)滑道標(biāo)高、滑板數(shù)量、節(jié)段混凝土接縫轉(zhuǎn)角、節(jié)段縱向構(gòu)形、預(yù)制場(chǎng)底模剛度、預(yù)制場(chǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)整、臨時(shí)墩的設(shè)置、臨時(shí)預(yù)應(yīng)力大小、水平牽引力、墩頂偏位、梁體偏位、落梁方案以及溫度影響等方面的研究具有創(chuàng)新性。5.2.3 斜橋頂推施工新工藝和技術(shù)指南斜交頂推箱梁的施工工藝和流程，與正交箱梁基本相同， 但由于斜交頂推箱梁存在斜交角，使梁體在施工過程和成橋后的內(nèi)力和線形要達(dá)到理想狀態(tài)是一個(gè)非常困難的工作。

17、本課題針對(duì)斜橋頂推的特點(diǎn)提出了一套較為恰當(dāng)?shù)男睒蝽斖剖┕すに囍改希?可提高頂推施工質(zhì)量， 確保頂推順利進(jìn)行， 使梁體在頂推過程和成橋后的內(nèi)力及線形達(dá)到理想狀態(tài)。6 項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益及推廣應(yīng)用前景本項(xiàng)目研究完成的頂推法施工連續(xù)梁橋調(diào)研報(bào)告、頂推法施工連續(xù)梁橋施工工藝指南、頂推法施工連續(xù)梁橋施工控制方法、研究成果在依托工程實(shí)橋上應(yīng)用的評(píng)價(jià)報(bào)告，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋頂推施工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，使頂推施工技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展和提高。本項(xiàng)目研究完成的頂推法施工預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋技術(shù)在我國(guó)西部地區(qū)的交通建設(shè)過程中必將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和環(huán)境效益。7 結(jié)束語本項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)西部地區(qū)的地形、地質(zhì)、河流特點(diǎn)，就連續(xù)梁橋頂推施工方法在西部特殊橋梁建設(shè)條件下的適用性，大跨度斜連續(xù)梁橋頂推施工的設(shè)計(jì)理論、施工工藝、施工控制技術(shù)進(jìn)行了細(xì)致深入的研究。形成了頂推連續(xù)梁橋施工工藝指南，頂推連續(xù)梁橋施工控制技術(shù)為主的成套頂推技術(shù)，使我國(guó)頂推施工技術(shù)水平達(dá)到比較成熟的階段。本項(xiàng)目研究提出的頂推法施工工藝指南，施工控制技術(shù)等研究成果對(duì)頂推施工方法進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，便于施工單位掌握連續(xù)梁橋頂推法施工的技術(shù)要點(diǎn)，并應(yīng)用到橋梁建設(shè)實(shí)踐中去。本項(xiàng)目研究成果將對(duì)提高我國(guó)西部山區(qū)高等級(jí)公路橋梁的修筑技術(shù)水平，加快我國(guó)西部地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到應(yīng)有的作用。8 合作者本