钢桁梁桥顶推用钢导梁设计与应用技术

1 工程概况

兰州市北滨河西延线 1 号桥上跨兰州枢纽铁路组，1 号桥设计采用一跨简支的双幅钢桁梁桥型，单幅桥宽20.6m，主梁全长 59.8m，计算跨径 59m。主桁采用带竖杆的华伦桁架，上下弦系统线桁高 8m，节间长度 5.9m，每幅桥两片主桁系统线横向间距 19.8m，上下弦杆均采用箱型断面，竖杆和斜腹杆采用工字型断面，桥面采用正交异性钢桥面，上平联采用 X 型布置，横联和桥门架采用三角华伦桁架结构形式。因桥梁跨越兰州枢纽铁路组，采用顶推安装工法进行安装，1 号桥总体布置见图1。

2 钢导梁设计要点

钢导梁采用带竖杆的变高华伦式三角桁架，导梁长度约取主桁梁长度的 0.7 倍，导梁设计长度 41.3m。由主桁架、平联、横联、门架组成，主桁架材质 Q345D, 联结系材质 Q235B。单幅导梁主桁架桁片上下弦系统线高由与主桥同高8m 逐渐过渡至5m 高；节间等间距布置，节间长度5.9m ；横向间距19.8m，与1 号桥主桁梁保持一致。钢导梁构造示意图见图2。

钢导梁上、下弦均采用 H 型截面，截面内宽 400mm， 翼缘板宽 400mm 弦杆截面根据受力区段不同采用了2 种截面形式，截面一尺寸 2- 00x14,1 □ -400x12。因 1 号桥主桁梁上下弦均为箱型断面，主桁梁箱 下弦杆外高 1216mm，为使钢导梁与 1 号桥顺利连接，设计时在衔接 与钢导梁弦杆的腹板连接，并在宽度和高度上采用 1:7 进行过渡形成 主桁梁与钢导梁下弦杆过渡连接示意图见图3。

钢导梁腹杆分斜腹杆和竖腹杆，均采用 H 型截面，截面内宽 400mm，根据受力区段及长细比限制等控制要求采用了三种截面形式，截面一尺寸 2- □ 430x20,1- □ 400x16，截面二尺寸 2- □ 360x14, 400x12，截面三尺寸 2- □ 400x14,1- □ 400x12。

钢导梁主桁架内腹杆与弦杆采用整体式全焊节点进行连接，弦杆与腹杆翼缘板在节点板对拼焊连，腹杆腹板插入节点板内与节点板焊连，并在腹板端部设置缺口以增加杆端柔性。钢导梁弦杆与 1 号桥弦杆在节点外采用对拼栓接连接，钢导梁腹杆在主桁梁端部节点板处对拼栓接连接。钢导梁主桁立面布置见图4。

钢导梁联结系主要含上 / 下平联、桥门桥和横联构造，均采用圆管截面 [1]。因钢导梁横向间距较宽，上、下平联均采用 K 字型布置以减小横杆的面内自由长度，平联横杆钢管截面尺寸 Φ299mm ×7 .5mm，斜杆圆管截面尺寸 φ273mm ×6.5mm。上平联支撑于钢导梁首尾两端的桥门架上以平衡横向风荷载，桥门架采用华伦桁式布置，门架下弦圆管截面尺寸 377mm×9mm，腹杆圆管截面尺寸 φ219mmx6mm。在每个节间均布置横联以减小平联横杆的面外自由长度，横联也采用华伦桁式布置，腹杆圆管截面尺寸 φ219mmx6mm，上 / 下平联横杆兼做横联弦杆。

为在顶推过程中给钢导梁提供支撑，在钢导梁各下弦节点设置支撑垫板及支撑加劲肋。3 顶推施工工艺流程

主桥上部钢桁梁采用整体式牵引顶推工法 [2] [3] 进行安装，顶推滑道设置在 0 号桥台北滨河路西段方向，钢桁梁和钢导梁在现场拼装平台拼装完毕后进行顶推施工直至钢桁梁顶推完成后落梁，具体步骤如下：

步骤一：在完成下部结构施工后硬化0 号桥台后端顶推施工场地，安装临时支架、滑道梁[4]、顶推千斤顶、滑靴。拼装主桁梁和钢导梁，主桁梁大节点支撑于滑靴上，钢导梁各下弦节点支撑于滑靴上，在主桁梁尾部安装拖拉锚点，在滑道梁前端安装拉锚反力座及牵引千斤顶。顶推流程一见图5。

步骤二：牵引主桁梁向1 号墩方向前移53.1m 直至钢导梁前端节点支撑于1 号墩临时支架滑靴上。步骤三：撤销主桁大节点离牵引千斤顶最近的E’2 滑靴，向前顶推5.9m，并倒换1 号墩滑靴至导梁前端下一节点位置。步骤四：重复步骤三直至主桁梁顶推至安装桥位。步骤五：拆除钢导梁、顶推系统、1 号墩临时支架并安装正式支座，主桁梁落梁，重复步骤一至五完成另一幅主桁梁的顶推。

4 钢导梁计算分析

4.1 计算模型

采用 Midas Civil 建立主桁梁和钢导梁整体计算模型，模型共计 412 个节点，902 个单元，其中主桁桥面板采用板单元模拟，板单元与下弦杆间采用刚性连接，其它单元采用梁单元进行模拟，顶推支撑采用只受压单元进行模拟，通过只受压支座的激活和钝化来模拟顶推过程中滑靴倒换和撤销工况。总体计算模型见图6。

4.2 作用及作用组合

顶推过程中的永久作用主要为主桁梁及钢导梁自重，钢结构容重取78.5KN/m3。

可变作用：可变作用为桥址处的风荷载，桥址位置基本风速 U₁₀=27m/s ，施工期间横向风抗风风险区域为R2，施工工期按不大于3 年考虑，施工期抗风险系数取值 k_st 取0.84，风荷载取值按《公路桥涵抗风设计规范》（JTG/T 3360-01-2018）[5] 规范办理，经计算，桁架横向风力系数 CH 取 1.68。

作用组合：承载力组合1.1 永久作用+1.0 可变作用。

4.3 验算结果

（1）杆件强度验算

在承载能力作用组合下，钢导梁最大拉应力为 163MPa，发生在与主桁衔接的第一根斜腹杆上，最大压应力为108MPa，发生在变高后第一根竖腹杆上，见图7，图8。拉应力和压应力均小于相应材质对应的强度设计值，强度验算满足要求。

针对受压杆件，需基于《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）[6] 式5.2.2-2 进行压杆稳定性验算[7]，验算中将有效截面面积转换为局部稳定屈曲系数ρ 与全截面面积的乘积，检算结果如下表表1 所示：

钢导梁在顶推过程中位移在不断发生变化，最大下挠位移发生在未支顶在 1 号墩临时支架时所处的最大悬臂阶段，见图 13，下挠位移值为 114mm，此时钢主桁 E’0 号节点滑靴已撤销，最大悬臂长度为 53.1m，挠跨比为1/466，满足小于1/300 的限制要求，钢导梁刚度满足要求。

5 结论

本文以一跨计算跨径为 59m 的钢桁梁顶推施工工程背景，研究了钢导梁的设计与施工关键技术，并对钢导梁的设计要点进行了详尽介绍，主要结论如下：针对兰州市北滨河西延线 1 号桥的工程需求，设计的钢导梁强度、压杆稳定性、长细比及刚度均满足《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）要求，确保了顶推过程的安全性。

钢导梁采用变高华伦式三角桁架结构， 通过箱型截面至工字型 变过渡设计，有效的解决了工字型截面钢桁梁与箱型截面主桁梁的连接； 下弦节点设置 优化了顶推过程中的受力传递路径；此外，平纵联采用 ^*K^′′ 型布置，显著提升了导梁的抗风稳定性； 变高设计在保证结构安全的同时，兼顾了节约性，体现了轻型化的设计理念。

参考文献：

[1] 王刚 . 复杂场地下 64m 钢桁梁上跨立交铁路顶推施工技术研究 [J]. 桥梁工程，2021.11.025 ：117-126.

[2] 李欣，王君 . 钢桁梁顶推施工关键技术探析 [J]. 交通世界，2024.20.045 ：175-177.

[3] 金明 . 钢桁梁步履顶推施工技术研究 [J]. 施工技术，202402046 ：142-144.

[4] 李蓉 . 简支双线钢桁梁桥顶推施工技术研究 [J]. 交通世界，2023.29.049 ：141-143.

[5] JTG D64-2015 公路钢结构桥梁设计规范 [S]. 北京 : 人民交通出版社股份有限公司 , 2015.

[6] JTG/T D3360-01-2018 公路桥梁抗风设计规范 [S]. 北京 : 人民交通出版社股份有限公司 , 2019.

[7] 刘瑶，刘贺，贾杰，王欣南. 顶推施工钢导梁受力仿真分析[J]. 山西建筑，2017.27.066 ：128-29.

作者简介：刘志刚（1984-），男，汉族，江西大余人，本科高级工程师，研究方向：市政道桥

熊中原（1986-），男，汉族，湖北鄂州，硕士高级工程师，研究方向：市政道桥