钢混结合桥梁顶推施工过程中的受力分析与控制研究

摘要：钢混结合桥梁因其结合了钢结构和混凝土结构的优点，在桥梁工程中得到了广泛应用。顶推施工作为一种重要的桥梁架设方法，能够有效减少对周围环境的影响，特别适用于跨越深谷、河流及交通繁忙区域的工程。然而，在顶推施工过程中，由于桥梁结构不断发生位移，受力状态复杂且动态变化，容易出现局部应力集中、滑移摩擦不均及结构变形等问题。为此，合理的受力分析和科学的施工控制至关重要。本文围绕钢混结合桥梁顶推施工的受力特性，结合不同施工阶段的受力变化，探讨关键构件的受力控制方法，并提出优化措施，以提升施工质量和结构安全性，为相关工程实践提供理论支持和技术指导。

关键词：钢混结合桥梁；顶推施工；受力分析；变形控制；施工优化

钢混结合桥梁是一种结合钢结构和混凝土结构优势的桥梁形式，兼具钢结构的轻质高强与混凝土结构的耐久性和经济性，近年来在大跨度桥梁建设中应用广泛。顶推施工技术通过逐段拼装并推移桥梁结构，使其跨越障碍物，有效减少对地形及交通的影响。然而，由于桥梁结构在推移过程中不断变化受力状态，容易出现局部受力不均、构件变形过大、支座反力失衡等问题，影响施工安全和结构耐久性。因此，研究顶推施工过程中钢混结合桥梁的受力特点及控制策略，具有重要的工程价值和现实意义。

一、钢混结合桥梁顶推施工过程中的受力分析

（一）顶推施工的基本原理与受力特点

顶推施工法是一种常用于大跨度桥梁的架设方法，桥梁在一端拼装完成后，通过千斤顶推移至设计位置。该施工方式无需临时支架，适用于跨越河流、峡谷、高速公路等不适宜搭设传统支架的区域。在顶推过程中，桥梁主要承受自重、顶推力、支座反力及环境荷载的共同作用，且不同阶段的受力状态不断变化。钢混结合桥梁因其材料组合特性，使得受力情况更为复杂，钢结构部分主要承受拉力与剪力，而混凝土部分则承受弯矩与压应力。

（二）不同施工阶段的受力分析

初始顶推阶段。在顶推初始阶段，桥梁前端未达到前支点，结构处于悬臂状态[1]。此时，前端重量完全依赖于后端支座提供的反力，桥梁上缘受拉，下缘受压，容易发生较大的竖向变形。为减少悬臂段的弯矩，应在前端设置临时加劲装置，如采用钢桁架或临时配重块，提高结构抗弯刚度，避免局部过载。

中间推移阶段。当桥梁前端通过支点后，结构受力逐渐趋于稳定，但支座摩擦阻力显著增加，尤其是钢混结合段，因两种材料的弹性模量不同，可能导致内力重新分配。此时，需通过精确控制千斤顶推力，确保各段推力均匀，避免局部受力突变。此外，合理选择滑道材料（如聚四氟乙烯板或不锈钢板），降低摩擦阻力，提高推移效率。

终端对接阶段。当桥梁接近最终位置时，结构变形的协调性至关重要。若施工过程中积累较大的残余变形，可能导致对接误差，影响结构完整性。因此，需结合有限元模拟提前计算变形量，并通过调整千斤顶推力、采用局部温控措施（如局部加热钢梁降低应力）等方式，确保桥梁与支座精准对接。

（三）主要影响因素分析

结构因素。钢混结合桥梁的刚度分布不均，钢结构部分刚度较小，易发生较大挠度，而混凝土部分刚度较大，但自重较高。因此，在顶推过程中，需优化混凝土配比（如采用C50以上高强混凝土），同时增加钢梁截面惯性矩，提高整体刚度。

施工工艺。滑道系统的摩擦力是顶推过程中不可忽视的影响因素。采用聚四氟乙烯滑板与不锈钢轨道配合，可有效降低摩擦系数至0.1左右，提高顶推效率。此外，千斤顶系统应采用同步控制技术，确保推力误差小于±2%，避免局部过载。

环境因素。风荷载、温度变化等因素可能对施工过程产生影响。在风速超过15m/s时，需暂停推移作业，以防止横向偏移。此外，在气温低于5℃时，应考虑预热滑道材料，防止润滑剂凝固影响滑移效果。

二、钢混结合桥梁顶推施工的受力控制策略

（一）顶推过程中的受力监测与反馈控制

为确保施工安全，应在关键位置布置应力与位移传感器，实时监测结构受力变化[2]。常见的监测设备包括光纤光栅传感器（FSO）、应变片及激光测距仪等。监测数据通过BIM+IoT系统集成，实现数据实时传输与分析，若发现异常受力情况，可通过调整千斤顶推力或临时支座高度进行动态调节。

（二）关键构件的受力优化措施

滑道系统优化。滑道摩擦力是影响顶推稳定性的关键因素。采用超高分子量聚乙烯滑板，可有效降低摩擦阻力，提升顶推流畅性。同时，定期施加润滑剂（如硅油或石墨润滑剂），减少滑动摩擦，确保推移均匀性。

千斤顶推力控制。合理分配推力，采用多点同步控制系统，确保各千斤顶推力同步。推力误差应控制在±3%，避免局部受力过大。此外，采用液压缓冲系统，防止推移过程中的突然冲击，降低结构振动。

钢-混连接节点强化。钢混结合部位易产生剪力集中，可通过设置剪力键或加设预应力筋进行增强。采用高强螺栓连接，增强界面协同作用，减少界面滑移，提高整体刚度。

（三）变形控制与结构稳定性分析

通过有限元模拟预测顶推过程中的变形趋势，采用调整滑道高度、优化顶推速度等措施进行控制。在跨越大跨度时，可设置临时支撑，减少挠度变化幅度。施工过程中，应保持桥梁横向稳定，必要时设置抗侧向位移装置（如导向轮或临时支撑），避免侧向位移超标。

三、钢混结合桥梁顶推施工的优化措施

（一）优化施工参数，提高受力均衡性

合理优化施工节段长度，避免单段重量过大引发受力不均。一般情况下，单节段长度控制在1224m范围内，使每段的质量和刚度相对均衡，减少因质量差异导致的受力突变，同时降低结构局部过载风险。在具体实施过程中，可采用有限元分析对不同节段长度下的受力情况进行模拟，选择最优分段方式。此外，调整顶推速度，建议控制在36m/h，确保施工过程中推力作用均匀，避免因推力过大或过小引起的桥梁瞬态变形问题。同时，应结合千斤顶推力调节系统，根据桥梁不同阶段的受力状态动态调整顶推速率，减少结构内部应力波动，确保施工过程安全稳定。

（二）新技术在受力分析与控制中的应用

BIM技术与智能监测系统的结合在钢混结合桥梁顶推施工中具有重要作用。BIM可用于施工全过程的虚拟建模与受力分析，通过三维仿真提前预测各阶段的受力变化，并优化施工顺序，以减少受力突变对结构稳定性的影响[3]。同时，基于AI的智能监测系统可实时采集传感器数据，并通过大数据分析与神经网络算法预测推力分布，实现施工过程的精准控制。例如，在顶推施工中，系统可实时监测桥梁挠度、支座反力和千斤顶推力分布，若发现异常趋势，能即时反馈并调整施工参数，确保受力均衡与结构安全。这一技术思路与建筑BIM技术在市政工程施工管理中的应用相类似，都强调数据驱动的智能优化，提高施工的精确性和安全性。

（三）工程案例分析

以某跨江钢混结合桥梁项目为例，该项目采用C55高强混凝土与Q355低合金高强度钢材，以提高桥梁的承载能力和耐久性。在顶推施工过程中，项目团队应用高精度激光测距仪对桥梁的位移、挠度及推移轨迹进行实时监测，确保桥梁在推移过程中保持受力均衡。此外，采用BIM技术进行施工模拟与优化，最终，该项目成功将结构对接精度控制在±5mm以内，有效验证了优化措施的可靠性与工程可行性，提高了施工质量和安全性。

总结：本研究围绕钢混结合桥梁顶推施工过程中的受力特性，系统分析了不同阶段的受力情况，并提出了针对性的控制策略。研究表明，通过合理的受力监测、优化施工工艺及应用智能技术，可有效提高施工安全性和结构稳定性。

参考文献

[1]杨洋.市政桥梁工程钢混结合段施工工艺及质量控制分析[J].运输经理世界，2022，（28）：119-121.

[2]冯帆，温伟斌，伍彦斌，等.桥梁钢-混结合段试验模型加载多目标优化[J].科学技术与工程，2021，21（19）：8212-8217.

[3]徐建.跨江大桥钢混结合段施工工艺研究[J].交通科技与管理，2024，5（13）：40-42+39.