轉體空間受限情況下的稱重試驗

趙 康 陳棟軍

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴州貴陽 550008）

1 工程背景

本文以山東省菏澤市丹陽路跨京九鐵路雙塔單索面斜拉橋為工程背景。跨徑布置（40+100+240+100+40）m，15#墩采用逆時針轉體81.67度施工，轉體重量24800t，轉體長度為238m。由于存在輔助墩，所以轉體空間受限，對稱重試驗及配重精度要求較高。

2 稱重目的

對于斜拉橋轉體施工工藝，受梁體質量分布不均、主塔偏移及其兩側拉索傾斜角不完全對稱等因素影響，斜拉橋轉體前通常承受著結構的不平衡力矩MG。

稱重試驗的主要內容是通過試驗測試不平衡力矩MG和轉動體摩阻力矩MZ，進而計算球鉸靜摩阻系數和轉動體偏心距，通過對摩阻系數及偏心距的綜合分析，為轉體姿態分析及平衡配重提供技術支持，確保轉體安全。因此轉體施工工藝，稱重試驗是保證橋梁轉體過程中結構安全和順利轉體的前提條件和關鍵技術之一[1]。

3 稱重原理

轉體結構的不平衡力矩測試方法主要有三種[2]：①利用球絞轉動測試法；②利用撓度估算不平衡力矩；③利用箱梁的根部截面應力估算不平衡力矩。

本橋采用球絞的轉動不平衡力矩測試法，即測試剛體位移突變的方法。當斜拉索張拉完畢且脫離支架之后，整個轉體系統重量由球絞承擔，此時主梁的平衡有兩種情況：

（1）當球鉸摩阻力矩MZ大于不平衡力矩MG。

此時梁體不會發生繞球鉸的剛體轉動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉動體不平衡力矩所維持。設轉體重心偏向大跨側，大跨側頂梁時，P1L1=MZ+MG，小跨側頂梁時，P2L2+MG=MZ，通過兩式聯立進行求解，得不平衡力矩MG、摩阻力矩MZ。

（2）當球鉸摩阻力矩MZ小于不平衡力矩MG

設轉動體重心偏小跨側，此種情況下，只能在小跨側承臺實施頂力P2。當頂力P2（由撐腳離地的瞬間算起）逐漸增加到使球鉸發生微小轉動的瞬間，則有：

P2L2+MG=MZ（1）

當頂升到位（球鉸發生微小轉動）后，使千斤頂回落，設P為千斤頂逐漸回落過程中球鉸發生微小轉動時的力，則有：

P2L2=MG-MZ（2）

（3）球鉸摩阻系數及轉動體偏心距的計算

稱重試驗時，轉動體球鉸在沿梁軸線的豎平面內發生微小轉動，即微小角度的豎轉。摩阻力矩為摩擦面每個微面積上的摩擦力對過球鉸中心豎轉法線的力矩之和。

可以得到：

所以，當球鉸面半徑比較大，且其矢高較小，即α比較小時，可將摩擦面按平面近似計算。

根據目前研究成果以及工程實踐經驗，采用四氟乙烯片并填充黃油的球鉸靜摩阻系數和偏心距為：

式中，R為球鉸中心轉盤球體半徑；N為轉體重量。

4 稱重試驗

（1）在施工過程中對主梁標高進行嚴格控制并計算稱重前混凝土的不平衡重的理論值（此項結果僅供參考）。

（2）主梁施工完成，支架拆除前，在上下轉盤之間的外環道位置關于轉盤中心對稱安裝4臺液壓千斤頂，將位移傳感器對稱安裝在轉體承臺的兩端，采用應力和位移的雙重控。本橋采用百分表和HBM動態測試傳感器，采用千斤頂與位移傳感器相結合的方式進行應力和位移的雙控。（千斤頂與轉臺和下承臺兩接觸面各放置鋼板以防止集中受力混凝土破壞）。

（3）支架拆除后，采用千斤頂稱重并觀察位移變化，本橋由于輔助墩頂空間受限，因此必須時刻觀察輔助墩頂及梁端位移變化。為方便測量，在主梁、主塔貼反光片，利用全站儀進行測量位移變化。結合位移觀測值進行數值分析，確定不平衡重量調整值。

（4）梁端位移傳感器讀數一致時，測得的千斤頂1與2之和W1以及千斤頂3與4之和W2，則兩側千斤頂的差值W=W1-W2。

根據實測偏心量結果，對于縱向偏心，一般采用在偏心反向的主梁懸臂段利用沙袋進行配重，以糾正偏心量。經計算配以沙袋后，再次實測結構偏心。縱向偏心應調整到較為理想的重心范圍：實際重心與理論重心偏差為5～10cm；對于橫向偏心的調整，如果在結構體上采取措施加荷載，由于受到結構幾何尺寸制約，需要配備較大質量的荷載顯然是非常困難的。因此，采用在上轉盤外環道下布設豎向千斤頂作為調整橫向偏心的主要手段。

5 配重方案

根據實測結果，轉體梁偏心距為8.04cm，偏向15#塔南側（邊跨側）。

一般情況下，如果采用不平衡轉體，則配重的大小應保證重心偏離中心5～10cm，由于本橋具有輔助墩，且輔助墩已在轉體前施工完畢，輔助墩頂距離梁底預留空間為60cm，因此偏心量如果過大，就可能造成轉體過程中輔助墩會成為阻礙使得轉體失敗。

結合本橋的實際情況，經過計算其配重目標是使重心偏向15#塔北側（中跨側）約5cm。配重位置擬設在北側離15#塔中心95m處，配重大小為：

6 結論

通過對菏澤市丹陽路立交橋轉體前的稱重試驗和配重方案制定，得出如下結論：

（1）斜拉橋在轉體空間受邊跨輔助墩限制情況時，配重方案與以往不同，需在橋梁中跨進行配重，以防止邊跨預留空間過小，導致轉體過程中輔助墩阻礙主梁通過以及阻礙輔助墩支座的安裝。

（2）稱重試驗采用德國HBM測試系統，通過分析加載過程中的荷載-位移的動態變化曲線，最終精準確定橋梁的不平衡力矩4655t·m和靜摩阻系數0.0215，并依此確定橋梁的配重方案，即使本橋的重心偏向中跨側，偏心距為5cm，配重位置擬設在北側離15#塔中心95m處，配重34t。

參考文獻

[1]林元培.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，1994.

[2]張聯燕，等.橋梁轉體施工[M].北京：人民交通出版社，2003，3：1～72.