顶推法施工是当今桥梁跨越山川河泊及铁路线等复杂地理环境较为常见的施工方式,而顶推跨径则直接决定顶推法施工的安全性与经济性。郑州市郑北大桥宽43米,跨越亚洲最大火车编组站—郑州北站,采用步履式顶推法施工,最大顶推跨径92米,是国内宽幅桥梁最大顶推跨径。目前对宽幅桥梁大跨径顶推施工研究相对较少,本文以郑北大桥为工程背景,研究郑北大桥施工过程中为跨越铁路编组站采用的临时扣索塔架辅助顶推、步进与监测结合进行偏移与标高控制、风荷载及日照影响控制等关键技术。以位移分析为主,应力分析为辅的思路,对其顶推过程中各阶段梁体及临时辅助设施位移变化及受力情况进行模拟分析,选取最不利状况进行风荷载与温度效应分析。通过现场监测,将监测结果与计算结果进行对比,验证分析的可行性,为以后同类型桥梁施工提供借鉴。本文主要完成以下工作。(1)以郑州市郑北大桥顶推施工为工程实例,得出郑北大桥顶推施工影响因素,施工方案,标高、线形、风荷载、温度等控制要点及临时扣索塔架辅助顶推、步进与监测相结合进行标高和线形控制、风荷载及日照影响控制等关键技术。(2)在ansys有限元软件中对该桥各阶段顶推过程进行仿真分析,得出梁体最大位移均出现在导梁处于每阶段最大悬臂状态时,梁体最大应力均为最前端临时墩上方梁体底部位置,梁体挠度与最大应力随梁体悬臂长度增加而变大。梁体处于最大悬臂状态时(工况二),临时墩支反力与梁体挠度达到最大值,是顶推过程中最不利工况。(3)制定梁体控制最大偏移量。对梁体施加强制位移,梁体最大应力与偏移一侧临时墩支反力随梁体偏移量增加呈线性增长,当导梁前端横向位移达30mm时,梁体最大应力与最前侧临时墩肢柱轴向应力超过许用应力。考虑郑北大桥跨越铁路编组站等特殊性质,施工过程中导梁前端偏移量应控制在20mm内。(4)模拟分析设立临时扣索塔架辅助顶推跨越最大92m跨径,可使梁体最大应力由453.76MPa(梁体已破坏)减小至170.32MPa,导梁挠度由2176.12mm(结构已破坏)减小至610.47mm,可极大改善梁体受力减小导梁挠度,成功辅助梁体跨越最大跨。任意斜拉索遭破坏一根时,对梁体受力影响较小,最前端斜拉索破坏时对导梁前端挠度影响较大,影响工程正常顶推。(5)在最不利工况下选取当地最大风速,在matlab软件中模拟得出脉动风速,利用ansys软件分析得出当地最大风荷载下,梁体横向偏移随梁体悬臂长度增加而变大,最大偏移36.71mm(超过警戒值)。梁体最大应力由无风状态下的170.32MPa增大至334.50MPa(超过许用应力)。郑北大桥顶推施工时应避免大风天气;提高临时墩刚度或增加可调节限位装置等进行风荷载控制。(6)选取最不利工况下施工当日每时刻大气温度、太阳强度、风速,将日照与大气温度转换为综合气温以对流荷载方式施加在梁面,分析认为,一天当中,梁体竖向温差早上6时开始增加,中午13时达到最大,为13.1℃,之后逐渐减小,傍晚19时温差达到稳定状态。竖向最大温差下梁体悬臂节段挠度随悬臂长度增加呈线性增长,导梁前端最大变形113.7mm,影响导梁正常上墩,引起梁体产生最大应力23.79MPa,临时支反力2503.8kN。因此大跨径顶推施工时应选择温度变化较为均匀时刻,避开高温天气或对千斤顶顶推力和梁体标高提前进行计算校核并调整等措施进行温度控制。(7)利用全站仪传统监测加GNSS智能无线自动实时监测,进行郑北大桥顶推过程线形及各结构物位移监测。对梁体步进过程中标高及偏移进行及时预警,保障梁体线形在控制要求范围内。监测结果与有限元计算结果整体吻合,梁体偏移量控制在容许范围之内,整体线形达到施工监控的要求,验证了计算分析的准确性与适用性。通过对每循环步进位移、偏移量及时间的提取,得出每循环步进位移与偏移量服从正态随机分布,步进速度控制在1.5m/h时顶推效率最高。