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(yíng)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(tái)為二層結(jié)構(gòu)，一層承臺(tái)為矩形，尺寸為14.6 m×14.6 m×3 m；加臺(tái)為矩形，尺寸為11 m×8.4 m×2.5 m。中墩承臺(tái)為三層結(jié)構(gòu)，一層承臺(tái)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(tái)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(tái)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(hào)125#、126#）采用平轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)體段梁長(zhǎng)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(dòng)面為下球缺（凹面）與上球缺（凸面）凸凹面對(duì)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(dòng)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(cè)試轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)體系必須具備轉(zhuǎn)動(dòng)性強(qiáng)和平穩(wěn)性高。對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)稱，平、豎曲線的影響)、預(yù)應(yīng)力張拉程度等均會(huì)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(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體重量的轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸，而轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸摩擦系數(shù)的大小直接影響著轉(zhuǎn)體時(shí)所需牽引力矩的大小。

對(duì)于轉(zhuǎn)體施工，轉(zhuǎn)動(dòng)體系需要易于轉(zhuǎn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)兩個(gè)基本條件。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的整個(gè)重量是由轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸來支撐，因此球鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)面摩擦系數(shù)就直接影響轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力；另外，球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)面為上下球缺凸凹面對(duì)接形成，那么下球缺（凹面）對(duì)上球缺（凸面）的支撐力所提供的自平衡對(duì)整個(gè)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(shí)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(dòng)時(shí)達(dá)不到理想狀態(tài)，球鉸受力會(huì)產(chǎn)生一定的偏心；轉(zhuǎn)動(dòng)面涂抹黃油四氟粉由于其蠕動(dòng)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(píng)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(dòng)法

球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試不平衡力矩是通過測(cè)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(gè)梁體的平衡表現(xiàn)為兩種形式之一。

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

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

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

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

轉(zhuǎn)動(dòng)體球鉸靜摩擦系數(shù)的計(jì)算：

3.3 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)

試轉(zhuǎn)前，需進(jìn)行稱重平衡試驗(yàn)，測(cè)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(cè)出球鉸由靜摩擦狀態(tài)到動(dòng)摩擦狀態(tài)的臨界值

根據(jù)該狀態(tài)的測(cè)試方法，在兩幅梁的承臺(tái)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(cè)試。125#墩不平衡稱重由于中跨合攏吊架、鋸齒塊不完全對(duì)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(cè)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(shí)頂力-位移曲線

圖5 125#小里程側(cè)頂升時(shí)頂力-位移曲線

圖6 126#大里程側(cè)頂升時(shí)頂力-位移曲線

圖7 126#小里程側(cè)頂升時(shí)頂力-位移曲線

球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)時(shí)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(dòng)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(dòng)時(shí)球鉸靜摩阻系μ=MZ/0.944NR=0.029。

4 結(jié)論

（1）球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)時(shí)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(dòng)法對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體的不平衡力矩進(jìn)行的理論分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明：球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)法所獲得的力學(xué)參數(shù)結(jié)果可靠。

（3）利用球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)法進(jìn)行稱重實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以在稱重實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，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(dòng)時(shí)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(dòng)中的牽引力。

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