客專大跨度連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工平衡稱重分析

蔡軍田

（中鐵九局集團(tuán)第七工程有限公司，遼寧沈陽 110044）

1 工程概況

盤錦至營口客運(yùn)專線盤錦特大橋跨溝海鐵路80 m＋128 m＋80 m轉(zhuǎn)體連續(xù)梁，上部結(jié)構(gòu)為單箱單室現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。箱梁頂寬12 m，底寬7 m，中支點(diǎn)處梁高9.6 m，跨中9 m直線段及邊跨21.95 m直線段梁高為5.6 m，梁底下緣按二次拋物線變化。腹板厚64～110 cm，底板厚度為52～120 cm，頂板厚度45～65 cm。橋墩基礎(chǔ)為鉆孔樁基礎(chǔ)：樁基直徑為1.5 m；邊墩承臺為二層結(jié)構(gòu)，一層承臺為矩形，尺寸為14.6 m×14.6 m×3 m；加臺為矩形，尺寸為11 m×8.4 m×2.5 m。中墩承臺為三層結(jié)構(gòu)，一層承臺為八邊形，高5 m，各邊尺寸依次為 9.1 m、9.5 m、9.1 m、8.7 m、9.1 m、9.5 m、9.1 m、8.7 m；二層承臺為六邊形，高3.7 m，各尺寸依次為 7.7 m、7.4 m、7.4 m、7.7 m、7.4 m、7.4 m；三層承臺為中間高邊緣底的六邊形，中間高1.3 m，邊緣高0.8 m，各邊尺寸依次為9.24 m、4.4 m、4.4 m、9.24 m、4.4 m、4.4 m。盤錦128 m連續(xù)梁（主墩號125#、126#）采用平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體段梁長126 m，梁平面位于半徑5 500 m的圓曲線上；，轉(zhuǎn)體角度125#墩為 12°23＇、126#墩為 11°28＇；轉(zhuǎn)體重量12 000 t；球鉸轉(zhuǎn)動面為下球缺（凹面）與上球缺（凸面）凸凹面對接形成，其中，球鉸球徑8 m，球缺弧角27.48°，下球鉸凹面鑲嵌四氟乙烯片，上下球鉸間填充黃油四氟粉。

2 平衡稱重目的

為保證橋梁整體拆架過程中轉(zhuǎn)動體平衡安全，轉(zhuǎn)體過程的順利進(jìn)行。必須在轉(zhuǎn)體之前進(jìn)行不平衡分析以及不平衡力矩稱重試驗(yàn)，測試轉(zhuǎn)動體的摩阻力矩、靜摩擦系數(shù)、不平衡力矩和偏心距，進(jìn)行橋梁轉(zhuǎn)體配重，實(shí)現(xiàn)橋梁安全平衡順利轉(zhuǎn)體合攏。橋梁轉(zhuǎn)動體系必須具備轉(zhuǎn)動性強(qiáng)和平穩(wěn)性高。對于轉(zhuǎn)動梁體而言，由于球鉸體系的制作安裝誤差、梁體質(zhì)量分布差異(鋸齒塊不完全對稱，平、豎曲線的影響)、預(yù)應(yīng)力張拉程度等均會導(dǎo)致橋墩兩側(cè)懸臂梁段剛度不同、質(zhì)量分布不同，從而產(chǎn)生不平衡力矩。轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵構(gòu)件就是承載整個轉(zhuǎn)動體重量的轉(zhuǎn)動球鉸，而轉(zhuǎn)動球鉸摩擦系數(shù)的大小直接影響著轉(zhuǎn)體時所需牽引力矩的大小。

對于轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)動體系需要易于轉(zhuǎn)動和轉(zhuǎn)動平穩(wěn)兩個基本條件。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的整個重量是由轉(zhuǎn)動球鉸來支撐，因此球鉸的轉(zhuǎn)動面摩擦系數(shù)就直接影響轉(zhuǎn)動牽引力；另外，球鉸轉(zhuǎn)動面為上下球缺凸凹面對接形成，那么下球缺（凹面）對上球缺（凸面）的支撐力所提供的自平衡對整個轉(zhuǎn)體過程中的安全平穩(wěn)起著至關(guān)重要作用。實(shí)際施工中，由于混凝土超方量、施工臨時荷載、風(fēng)荷載、環(huán)境溫度的不確定性及安裝誤差等，轉(zhuǎn)動時達(dá)不到理想狀態(tài)，球鉸受力會產(chǎn)生一定的偏心；轉(zhuǎn)動面涂抹黃油四氟粉由于其蠕動性影響，摩擦系數(shù)在不同重量下不同。那么轉(zhuǎn)體前，通過稱重試驗(yàn)和理論計(jì)算，來量化該部分（摩擦系數(shù)與偏心等）參數(shù)，為轉(zhuǎn)體過程中設(shè)備的選擇、技術(shù)處理措施和安全性能評估提供依據(jù)就尤為重要。

3 平衡稱重分析方法

3.1 球鉸轉(zhuǎn)動法

球鉸轉(zhuǎn)動測試不平衡力矩是通過測試剛體位移突變的方法進(jìn)行的。該法受力明確，而且只考慮剛體作用，不涉及撓度等影響因素較多的參數(shù)，結(jié)果比較準(zhǔn)確。

3.2 基本原理

當(dāng)脫架完成后，整個梁體的平衡表現(xiàn)為兩種形式之一。

（1）轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩（MZ）小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩（MG）。此時，梁體發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，直到撐腳參與工作，體系的平衡由球鉸摩阻力矩、轉(zhuǎn)動體不平衡力矩和撐腳對球心的力矩所保持。轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩時稱重試驗(yàn)示意見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩時稱重試驗(yàn)示意圖

（2）轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩（MZ）大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩（MG）。此時，梁體不發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉(zhuǎn)動體不平衡力矩所保持。轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩時稱重試驗(yàn)示意見圖2。

圖2 轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩時稱重試驗(yàn)示意圖

轉(zhuǎn)動體球鉸靜摩擦系數(shù)的計(jì)算：

3.3 測點(diǎn)布置及測點(diǎn)數(shù)據(jù)

試轉(zhuǎn)前，需進(jìn)行稱重平衡試驗(yàn)，測試轉(zhuǎn)體部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系數(shù)等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體的配重要求。在上轉(zhuǎn)盤下用千斤頂施加力，分別用位移計(jì)測出球鉸由靜摩擦狀態(tài)到動摩擦狀態(tài)的臨界值

根據(jù)該狀態(tài)的測試方法，在兩幅梁的承臺底面布置的千斤頂和位移傳感器見圖3，實(shí)施兩幅梁的不平衡力矩測試。125#墩不平衡稱重由于中跨合攏吊架、鋸齒塊不完全對稱等因素影響，預(yù)先在小里程梁端配重55 t后進(jìn)行試驗(yàn)。

圖3 稱重設(shè)備平面及立面布置圖

3.4 數(shù)據(jù)分析及處理

由頂力、位移實(shí)測數(shù)據(jù)繪制頂力-位移曲線見圖4～圖7。

圖4 125#大里程側(cè)頂升時頂力-位移曲線

圖5 125#小里程側(cè)頂升時頂力-位移曲線

圖6 126#大里程側(cè)頂升時頂力-位移曲線

圖7 126#小里程側(cè)頂升時頂力-位移曲線

球鉸轉(zhuǎn)動法縱向稱重試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：

從圖4、圖5可以看出：125#大里程側(cè)頂力臨界值P1為5 000 kN，小里程側(cè)頂力臨界值P2為5 950 kN；所以，球鉸縱向摩阻力矩：MZ=24 090（kN·m），轉(zhuǎn)動體縱向不平衡力：MG=2 090（kN·m），縱向偏心距e=MG/N=1.7×10-2m，縱向滑動時球鉸靜摩阻系μ=MZ/0.944NR=0.027。

從圖6、圖7可以看出：126#大里程側(cè)頂力臨界值P1為6 000 kN，小里程側(cè)頂力臨界值P2為5 880 kN；所以，球鉸縱向摩阻力矩：MZ=26 136（kN·m），轉(zhuǎn)動體縱向不平衡力 ：MG=264（kN·m），縱向偏心距e=MG/N=2.2×10-3m，縱向滑動時球鉸靜摩阻系μ=MZ/0.944NR=0.029。

4 結(jié)論

（1）球鉸轉(zhuǎn)動法能夠獲得較多的力學(xué)參數(shù)，如不平衡力矩、摩阻力矩以及摩擦系數(shù)等。為轉(zhuǎn)動時牽引力的計(jì)算提供了基本參數(shù)。其值遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定值，充分證明了球鉸加工的精確度及安裝質(zhì)量的可靠性。

（2）采用球鉸轉(zhuǎn)動法對轉(zhuǎn)動體的不平衡力矩進(jìn)行的理論分析與實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果表明：球鉸轉(zhuǎn)動法所獲得的力學(xué)參數(shù)結(jié)果可靠。

（3）利用球鉸轉(zhuǎn)動法進(jìn)行稱重實(shí)驗(yàn)時，可以在稱重實(shí)驗(yàn)的同時，進(jìn)行配重，可快速達(dá)到梁體平衡。

（4）通過平衡稱重與配重，使撐腳轉(zhuǎn)動時一直處于懸空狀態(tài)，保證了平衡轉(zhuǎn)體的順利進(jìn)行，有效減小了轉(zhuǎn)動中的牽引力。

[1]薛軍,任文祥.T形剛構(gòu)大縱坡彎斜箱梁橋水平轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2005(8):33-37.

[2]翟鵬程.轉(zhuǎn)體梁施工中的不平衡問題及風(fēng)致振動研究[D].北京:北京交通大學(xué),2008.

[3]李拉普.跨線連續(xù)箱梁橋平面轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(8):55-57..

[4]周廣偉,黃龍華.橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)[J].華東公路,2007(6):8-10.

[5]陳英杰.橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國市政工程,2006(4):28-29.