柳平，李世振，张建林，吴帅
中国建筑股份有限公司，中建丝路建设投资有限公司
摘要：步履式顶推法是钢结构桥梁安装施工过程中的一种常用工艺。顶推同步性是检验施工质量与安全性的重要指标之一，然而步履式顶推施工的相关研究中，少有针对顶推施工同步性，且目前尚没有形成系统的研究成果与施工工艺。针对此问题，本文针对步履式多点顶推施工工艺，在施工过程中引入实时应力变形监测并结合同步的数值模拟与监测数据分析，根据分析结果实现同步顶推施工参数的动态调整形成了一套智能化监控平台，使得钢箱梁步履式顶推施工的同步性得到了更好的保障。最后并通过工程应用验证了工艺的可靠性。
关键词：钢箱梁；顶推施工；临时支架；智能化监测；数值模拟
0 前言
等截面钢箱梁顶推施工将钢结构轻质高强的力学特性与顶推施工短周期、自动化的工艺优势充分结合，越来越多地运用在大跨径或特殊情形的桥梁建设中。随着顶推设备的不断创新，采用步履式顶推工艺的应用越来越多。
近年来，钢箱梁顶推施工中导梁下挠、焊点撕裂、箱梁与支撑架脱空、梁体顶推位置与设计位置存在偏差和扭曲现象屡屡发生。针对此问题，诸多学者对顶推关键技术与智能化监控平台的开发开展了大量的研究。樊晓锋在步履式顶推施工过程中加入了实时的应变监测，能够在多点顶推施工过程中提供全面的构件与支撑架的应力、应变分布变化规律，掌握施工进度的动态进展。
1 背景项目
本文依托工程为某城市立交第六联跨绕城高速，跨径为50m，净空为10.5m。新建桥墩位置距现有高速公路排水渠距离为7.8m。第六联50m跨高速段区域钢箱梁位于绕城高速上方，若采用常规的分块散装，需设置大量的临时桩支撑，可能影响下方高速的正常通行，由于绕城高速不能封闭施工，无法立支架原位安装，采用顶推施工方法，将钢箱梁在绕城高速北侧六、七联之间支架上进行拼装，拼装完成后，利用“步履式顶升滑移”将节段从北往南顶推跨越绕城高速，至设计位置。
2 顶推施工概况
根据现场钢箱梁顶推施工的需求，左右幅各布设6组顶推支架，全桥一共12组，24个支架，各组分别编号为L1~L6，将钢箱梁及导梁在24#墩一侧进行拼装完成后，向23#墩方向进行顶推。顶推完成后，顶推拼装区支架可继续作为该区域后续钢箱梁原位安装支架。工程顶推难度大，而且在缓和曲线段，多点顶推同步性控制、导梁下挠度、最大受力状态支撑架应力变化、支架基础沉降对本次顺利顶推作业都将起到关键作用。
3 钢箱梁顶推施工智能化监控平台
为提高钢箱梁顶推施工过程中的施工同步性以及施工质量，本文提出了钢箱梁顶推施工的智能化监控平台。平台主要由数值模拟模块、监测模块及动态调整模块三部分组成，
3.1数据对比分析
智能化监控平台将现场的实测数据实时收集，对数据进行即时整理与分析。根据监测出的钢箱梁、导梁及临时支撑在某一工况的应力应变变化情况以及位移偏移情况，对比数值预分析中的变化规律及临界值，及时调整施工参数即顶推力的大小与方向。待顶推到位后再根据监测结果对数值模拟进行数值反演，基于监测结果优化后的顶推计算模型，调整优化施工方案，这一过程通过不断获取的监测数据来验证上一步判断是否合理，通过对计算参数进行不断的修正来更精确指导现场下一步施工。这种施工过程中的同步数值模拟分析方法为实际施工提供了理论指导且保障了施工的合理有序进行和现场的安全文明施工。直至所有钢箱梁顶推就位。
3.2轴线控制措施
首先，在施工过程要保证顶推同步，顶推千斤顶施力分辨率要高，以保证各墩及墩两侧顶推点上施力大小一致。顶推过程中要对桥梁轴线偏位进行实时观测如发现有过大偏差，可通过调整移桥设备的侧向调整液压缸等措施实现纠偏。顶推过程中虽然不能保证摩擦力达到一致，但可通过千斤顶的同步来保证顶推力的一致来减小结构偏转的不利情况的发生。不同支撑架上水平顶推千斤顶的同步控制方式为：以某一支撑架上的其中一台顶为主动点，其余支撑架的同一轴线上的顶与之比较，若某台顶伸缸较快，则减小相应的比例阀的流量，反之，则增大相应比例阀的流量，从而实现所有水平顶推顶的同步。此过程同步精度各支撑架之间可控制在5mm之内，同支撑架两侧可控制在1mm之内。顶推千斤顶缩缸则无需同步控制。
4 工程应用
本文依托于某城市立交第六联50m跨高速段区域钢箱梁顶推施工，根据现场情况钢箱梁顶推施工的需求，左右幅各总布设6组顶推支架，全桥一共12组，24个支架，各组分别编号为L1~L6，将钢箱梁及导梁在24#墩一侧进行拼装完成后，向 23#墩方向进行顶推，顶推完成后，顶推拼装区支架可继续作为该区域后续钢箱梁原位安装支架，支架布置图如图3所示，在本次顶推施工中以 L1墩和 L2墩支撑钢架参与施工的工况较多，因此在其上布置应变传感器，测点布置图如图12所示，其中支撑钢架的支撑反力是支撑体系结构中重要的安全因素，同时也是中各顶升油缸施力大小调节参考的主要依据，因此，顶推施工的一个重要控制参数是各墩顶的支反力的大小。
对钢箱梁梁顶推施工过程分析，选取重要阶段的工况：（1）开始顶推时；（2）导梁处于L1墩和 L2墩中间时；（3）导梁到达L1墩顶状态时；（4）箱梁到达L1墩顶状态时；（5）顶推就位。
随着顶推施工不断进行，L1墩和 L2墩的受力也在不断发生改变，根据模型计算结果，提取各工况下下的L1墩和 L2墩支反力数据，分析其支反力随顶推施工进行的变化状况，并确定L1墩和 L2墩在各阶段的支反力最大值。
当顶推进度到达工况2 时，导梁前端的挠度均达到最大值；顶推进度到达工况3 时，导梁前端的挠变形大幅下降，此时其前端已搭上支架，其后的挠度变化幅度不大。由于主梁的刚度远大于导梁，主梁的变形未受导梁变形影响太多，因此导梁的挠度的下降幅度也在逐渐减小。
通过对有限元的分析和计算获得顶推施工控制指标的理论目标值，然而，在现场施工过程中不可能达到理想状态，数值模拟往往只能模拟施工参数对变化趋势，而实际数据却与模拟数据有较大差距，钢箱梁顶推施工智能化监控平台将监测所获得的数据与事先经过理论计算所获得的变形数据进行比较，及时调整施工参数和安装变形误差，保证施工安全性及施工过程正常进行，可以看出顶推施工时实际应力监测值和有限元数值分析的结果大致相同，数值模拟结果和实测结果的应力变化趋势是相同的，模拟值与实测数据有一些差异，但差值很小，主要原因是监测点容易受顶推施工是梁体及支架震动的影响，模拟未考虑顶推实际施工时会产生振动的影响，但是完全能够满足安全要求。经L1、L2临时支架两侧横向构件应变传感器监测数值显示，第二次顶推施工两侧构件应变差值相比第一次减少显著，说明钢箱梁顶推施工智能化监控平台在钢箱梁顶推施工过程中加入了实时的应变监测与数据分析，以分析结果为依据对施工参数进行动态调整，不但提高了顶推施工质量，同时也保证了钢箱梁顶推施工过程具有较高的同步性，进一步加强了施工安全性。
5 结论
钢箱梁顶推施工智能化监控平台形成了完整的同步顶推施工技术体系，解决了目前钢箱梁顶推施工中的同步性控制问题，对后续顶推钢箱梁具有重要的指导意义。
1）该技术提高了顶推过程的同步性，对施工精度及进度有极大的保证，为后续顶推施工积累了大量的实践经验。
2）该项技术成功解决大跨度桥梁顶推施工的问题，保证了施工质量，提高了施工效率，投入人员设备较少，有效降低成本。
3）使用ABAQUS有限元软件对施工过程进行了模拟分析并与监测结果对比，验证了顶推过程的受力分析的合理性，并成功预测了顶推阶段各构件受力状态。
参考文献
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