公路橋梁V形剛構轉體設計關鍵技術研究

王飛杰,何妙猜

(1.武漢信達雅路橋技術有限公司,武漢 430000；2.西南交通大學設計研究院有限公司中南分院,武漢 430000)

隨著我國交通事業的迅猛發展，交通路網日益復雜，跨線橋的設計、施工日趨頻繁，在不影響橋下路線通行的條件下，對跨線橋的設計、施工提出了更高的要求。我國目前所采用的跨線橋的施工方法主要有懸澆掛籃施工法、頂推施工法、轉體施工法。懸澆掛籃施工法的優點是施工場地小、施工機具簡單，缺點是施工周期長，施工工序復雜。頂推施工法具有施工工期短的優點，但對施工場地的要求高，對施工的精度要求高，且頂推跨徑不宜過大。轉體施工法也具有施工周期短的優點，轉體施工施工機具較少，對施工精度要求相對較小，成橋線形易控制，但轉體要求主墩承臺的尺寸足夠大，有足夠的施工場地。該文主要對轉體施工方法進行研究。

根據轉動方向的不同，轉體施工方法主要分為豎向轉體施工法和水平轉體施工法以及平轉和豎轉相結合的方法。豎向轉體主要應用于中小跨徑的鋼筋混凝土拱橋，在橋跨兩側搭豎向支架完成拱肋澆筑，然后再豎向轉向到位。平面轉體除了應用在鋼筋混凝土拱橋上，也在鋼管混凝土拱橋、斜拉橋、剛構橋、連續梁橋中得到了很好的應用。平轉施工主要是將主體結構在橋址附近不影響通行的施工場地進行澆筑、焊接之后，通過水平轉動至設計橋位處。平轉和豎轉相結合的施工方法則主要應用于鋼管混凝土拱橋中[1]。論文主要介紹平轉法在公路V構轉體中的應用。

1 V形剛構的特點

V形剛構橋作為連續剛構橋的一個分支，繼承了連續剛構主梁剛度大、結構變形小、行車平順、抗震性能好等優點，同時還具備了結構形式美觀、受力更合理等優點。

從受力角度分析，V形剛構由于斜腿的存在，將中墩處的一個支點固結轉變為兩個支點固結，從而將中墩墩頂的負彎矩進行了一個削峰處理，大大減小了中墩墩頂的負彎矩，同時由于斜腿之間的間距使V構兩側的跨徑也相應減小，跨中彎矩也相應減小。但是，由于采用傾斜的V形橋墩，使原本主要承受軸向壓力的壓彎構件轉變為一個偏心受壓構件，特別是在活載和溫度的作用下，V形橋墩容易出現較大的偏心距。

從結構尺寸來看，由于V形支撐使橋梁跨度減小，則主梁結構尺寸也可以相應的減小，一般來說，V形剛構橋比連續梁橋要經濟10%～15%左右。但是由于V腿與中支點處的主梁形成一個剛接的三角形區域，該區域內受力較為復雜，在外荷載作用下，主梁易出現拉應力而開裂，設計中應引起足夠的重視。

2 V形剛構轉體的關鍵技術

2.1 V形剛構轉體系統的主要構成及工程簡介

V形剛構的轉體，一般采用平轉。對于平轉體系，通常由三部分構成，分別為承重體系，助推牽引體系和平衡體系。轉體結構的承臺分為上下兩層，上層承臺主要連接上轉盤和V構，下層承臺主要與下轉盤相連，上下承臺及轉盤共同構成結構的承重體系，在下轉盤位置設置環形滑道和助推支座，同時設置牽引設備，這三者共同構成牽引系統以達到上轉盤和V構共同轉動的目的[2]。而結構的平衡則主要靠結構自身的重量，以及上轉盤底的球鉸和鋼撐角組成。對于V構平轉系統而言，其主要技術關鍵在于轉動過程中結構整體的穩定性以及轉動體系的平穩、勻速轉動，而這兩者都與結構的支撐體系、不平衡彎矩、摩阻力、偏心距等有很大關系。

陜西省寶雞市蟠龍塬上塬路上跨隴海鐵路立交工程起點里程為ZXK0+698.000(20號墩中心線)，終點里程為ZXK0+873.0(橋臺胸墻線)，該橋在既有隴海鐵路里程K1239+180.207處與隴海下行線斜交，斜交角度為38.7°，交點處道路里程為ZXK0+817.839；主橋為75+75 m V型墩剛構，主橋位于平曲線半徑R=250 m的圓曲線上，施工方式采用平面轉體施工。主橋邊墩下部結構形式采用雙柱式蓋梁結構，橋型圖見圖1。

2.2.V形剛構轉體技術的設計要點

對于V形剛構而言，一般V形斜腿為鋼筋混凝土的板式結構，由于受橋面縱坡的影響，兩斜腿在立面上與墩中心線的夾角會存在一點偏差，對于普通的T構而言這點偏差的影響基本可以忽略不計，但是對于V構轉體而言，這種偏差可能直接導致轉盤受力不均，因此，設計中應充分考慮該偏差的影響。

由于該橋平面位于半徑250 m的曲線上，轉盤結構采用環道與中心支承相結合的球鉸轉動體系，轉盤結構中心與道路中心線橫橋向預設1.85 m(向曲線內側)的預偏心，以抵消曲線梁在球鉸處產生的橫向不平衡彎矩。

對于平面轉體系統而言，能否順利轉動到位，轉動過程中球鉸支座的選型尤為重要，此項目，上部轉體總質量為86 200 kN，選用直徑為φ3 900 mm的鋼球鉸，厚度為40 mm，分上下兩片，球鉸結構見圖2。

球鉸上下轉盤混凝土的局部承壓能力主要考慮轉盤處混凝土所承受的包括上承臺在內的轉體部分的重量，計算該部分轉體重量時，還應將轉體過程中為保證轉體平衡而加入的配重荷載考慮在內，其局部承壓構件承載力則根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》5.7.2計算得到。設計中需考慮間接鋼筋體積配筋率對于其局部承壓的影響[3]。

計算撐腳所承受的最大應力時，需要充分考慮施工過程中的各種不平衡荷載，如：施工中梁體澆筑誤差、施工設備重、風載等的作用，考慮荷載組合的最不利情況計算四氟滑板及撐腳最大應力。

對于轉體結構其轉動過程中的抗傾覆穩定性也是計算的一個重要內容，計算需考慮結構在各荷載作用下的最大不平衡彎矩，并與恒載所能產生的最大抵抗彎矩進行比較，保證結構在不平衡彎矩作用下不發生傾覆。

2.3 轉盤局部模型分析

對于轉體結構而言，轉盤能否滿足受力要求是整個轉體過程能否順利進行的關鍵所在，因此對于轉盤的受力分析，也成為轉體受力分析的關鍵所在。對于轉盤而言，它主要是通過結構之間的接觸傳遞荷載，在模型建立中主要考慮上下球鉸之間的接觸，按最不利考慮分析球鉸處的局部受力是不是能滿足受力要求[4,5]。

該橋球鉸計算模型如圖3所示，鋼球鉸直徑為φ3 900 mm，厚度為40 mm，分上下兩片，下轉盤采用C55混凝土，模型中按底部采用固定約束，約束整個底面，球鉸頂面考慮上部斜腿剛構的轉體自重N=96 601 kN，及施工誤差、風載及施工機具等產生的彎矩M=104 909 kN·m[6]。

計算考慮上下球鉸之間的接觸，接觸面如圖4所示。

經計算，上下轉盤變形如圖5所示。

從圖5中可知，轉盤最大變形值為3.9 mm，且主要出現在上轉盤邊緣處。

上、下轉盤應力如圖6、圖7所示。

從圖中可知，上轉盤最大應力14.9 MPa，且最大應力出現在與下轉盤接觸邊緣處，轉盤中心處應力較小。下轉盤最大應力12.7 MPa，最大應力出現位置為轉盤邊緣靠中心一點的位置，也是中心處應力最小。

3 結 語

對于轉體施工的V形剛構而言，其轉體過程中的主要關鍵在于轉體部分在轉動過程中能否承受各種施工荷載的作用，計算中應充分考慮各種施工荷載，各種不平衡彎矩，以保證球鉸、撐腳、四氟滑板等的正常運作，保證轉體的順利進行。

[1] 陳寶春，孫 潮，陳友杰.橋梁轉體施工方法在我國的應用與發展[J].公路交通科技,2001:24-28.

[2] 胡素敏.橋梁轉體施工方法及發展應用[J].交通世界,2008(1):129-131.

[3] 王振東.大跨度連續梁水平轉體施工關鍵技術研究[J].鐵道建筑,2013(8):27-29.

[4] 徐芝綸.彈性力學·上冊[M].4版.北京:高等教育出版社,2006.

[5] 單輝祖.材料力學[M].北京:高等教育出版社,2004.

[6] 左 敏,江克斌.轉體橋平轉球鉸轉體過程應力計算方法研究[J].鐵道標準設計,2015(12):36-39.