1、西部交通建设科技项目合同号：2004 318 223 16密 级：大跨度斜连续梁桥顶推新技术及施工控制研究项目研究报告（简本）交通部公路科学研究院2009 年 3 月交通编号：单位编号：分 类 号：- i -目 录1 研究背景及国内外研究概况 .21.1 研究背景 .21.2 国内外研究概况 .22 研究内容及目标 .32.1 研究内容 .32.2 项目目标 .33 技术路线与研究手段 .44 研究对依托工程的支撑 .44.1 工程概况 .44.2 设计标准： .54.3 澧水大桥顶推施工关键技术： .55 主要成果及创新点 .85.1 主要研究成果 .85.2 研究成果中的主要创新点 .11
2、6 项目的经济、社会、环境效益及推广应用前景 .127 结束语 .138 合作者 .139 致谢 .13- 2 -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
3、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 440m 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
4、顶推施工方法应用到了其它桥型的施工中，取得了良好- 3 -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
5、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
6、和桥墩内力的主要- 4 -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 850m 预
7、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，- 5 -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.
8、3-1 和图 4.3-2 所示。2图 4.3-1 张家界澧水大桥预制平台照片- 6 -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 4.3-4 ZLD 100 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- 7 -成，如图 4.3-5 所示。图 4.3-
9、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。56743109281、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。- 8 -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
10、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Visual C+6.0 的 MFC App Wizard 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（Incremental Launching Method Analisys Program） 。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
11、的操作界面如图 5.1.1-15.1.1-6 所示。图 5.1.1-1 ILMP 程序界面 图 5.1.1-2 ILMP 计算过程界面（一）- 9 -图 5.1.1-3 ILMP 计算过程界面（二） 图 5.1.1-4 ILMP 后处理界面(内力)图 5.1.1-5 ILMP 后处理界面（反力） 图 5.1.1-6 ILMP 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
