1）机械系统的设计 这里用杭州九堡大桥的施工方案为例进行说明，重点考虑到钢拱梁和桥墩的受力状况来设计该顶推机械结构系统，如图4-33所示。其上部与钢梁通过一个硬质橡胶块受力，以均衡荷载。4个支撑油缸与桥墩均为球铰接触，适应各个方向的偏载。
所设计的顶推机械结构的主要特点有：
（1）完全将顶推力变为内力，使得支座不承受水平载荷。
图4-33 顶推机械结构设计图
（2）支撑顶升油缸的调整可以适应钢梁底部结构的坡度变化。
（3）横向调整油缸防止钢梁左右横向的变形。
（4）整套系统集成度高，制造成本低。
（5）油缸密封性能和可靠性好。
2）机械结构力学分析 在顶推施工之前，首先将钢梁和顶推结构作为整体，利用有限元分析平台进行力学分析。图4-34和图4-35分别为设计时使用ANSYS软件建立的分析模型，以及加载后局部应力和变形。
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图4-34 顶推机械结构应力图
图4-35 顶推机械结构变形图
为保证顶推施工的安全进行，除将钢梁和顶推结构作为整体进行力学分析外，还单独对顶推结构进行了力学分析。顶推时采用4个油缸同时加载，每个油缸所加极限推力为4 500 k N。模型中每个油缸表面施加4 500 k N的竖直压力；水平顶推油缸每个油缸荷载400 k N，共4个油缸；导引油缸最大推力400 k N，施加在顶推方向的两侧。约束上部结构与原结构接触面上所有方向的线位移，上部和下部结构接触的部位做接触面。建立的顶推结构有限元模型、荷载及边界条件如图4-36所示，计算结果如图4-37所示。
由图4-37可以看出，顶推结构最大应力为290.2 MPa，主要集中和上部结构底板和下部结构顶板接触的个别节点上，最大位移为1.7 mm。
图4-36 顶推机械结构有限元模型、约束及其加载情况
（a）装备总体模型；（b）上部结构模型；（c）下部结构模型（一）；（d）下部结构模型（二）；（e）模型约束；（f）上部结构水平顶推和导向油缸加载；（g）竖向顶推时油缸加载；（h）水平顶推和导向油缸加载
图4-37 顶推机械结构有限元分析结果
（a）总体应力；（b）上部结构应力；（c）下部结构应力；（d）位移
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