引江濟淮特大橋轉體梁稱重及配重技術研究

劉元臣

摘要：越來越多上跨鐵路橋梁為了盡量減少對鐵路正常運營的影響，上構梁體采用轉體法施工。新建合安鐵路合九聯(lián)絡線引江濟淮特大橋主跨以（32+48+32）m轉體連續(xù)梁的形式上跨寧西鐵路，本文結合引江濟淮特大橋轉體梁的施工實例，詳細闡述了在轉體前對轉體梁進行稱重試驗的原理、步驟、計算公式及配重方法，以使轉體梁在轉體時處于良好的平穩(wěn)狀態(tài)，確保了施工安全及鐵路運營安全。

Abstract： The upper frame beam of more and more cross-railway bridges is constructed by swivel method to minimize the impact on the normal operation of the railway. The main span of the newly-built He'an Railway Hejiu tie line Yangtze-to-Huaihe Bridge is the （32+48+32）m swivel continuous beam in the form of a continuous beam spanning the Ningxi Railway. This paper combines the construction examples of the turning beam of the Yangtze-to-Huaihe Bridge to elaborate the principle， steps， calculation formula and weight method of weighing test on swivel beam before turning the body to make the swivel beam in a good stable state during the turning， which ensures the safety of construction and the safety of railway operation.

關鍵詞：轉體法施工;上跨鐵路;稱重;偏心;配重

Key words： swivel construction;upper cross railway;weighing;eccentricity;counterweight

中圖分類號：U446 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）14-0105-04

0 ?引言

在未來鐵路、公路等橋梁建設過程中，為了減少施工對既有運營鐵路、公路等設施帶來的施工干擾及安全隱患，盡量維持原有線路的暢通和確保交通運輸安全，越來越多的橋梁梁體采取在既有重要設施旁現(xiàn)澆后再采用轉體上跨的施工方法。但在以往梁體轉體法施工時，時常出現(xiàn)過因轉體梁平衡控制失誤，出現(xiàn)撐腳頂緊環(huán)道和保險柱頂住上轉盤的施工現(xiàn)象，即轉體梁施工的保險系統(tǒng)發(fā)揮了作用，表明轉體施工的平衡狀態(tài)控制出現(xiàn)失誤，不僅造成了嚴重的安全隱患，重大的經(jīng)濟損失及極差的社會影響，且隨后的施工處理麻煩。故在轉體前對梁體的平衡性能檢測方法及配重措施進行研究，準確控制轉體梁兩端的平衡，有效解決轉體施工的平衡問題，促使相關橋梁轉體的設計、施工及管理水平的提高，給轉體的施工帶來更好的發(fā)展機遇。

1 ?工程簡介

新建合安鐵路合九聯(lián)絡線引江濟淮特大橋特大橋位于安徽省肥西縣，中心里程：HJLDK6+869.165，全橋長5029.35m。橋梁于HJLDK7+621.27～HJLDK7+734.40處采用（32+48+32）m轉體連續(xù)梁的形式上跨寧西鐵路。寧西鐵路為電氣化鐵路，列車流量較大，上跨鐵路位于梓樹莊至長安集區(qū)間路基段，路基頂面總寬度為15.08m（含接觸網(wǎng)正饋線位置）。

轉體連續(xù)梁施工里程HJLDK7+673與既有寧西鐵路交叉里程為K917+500。上跨連續(xù)梁采用平行寧西鐵路線外掛籃懸臂現(xiàn)澆、轉體施工，基礎形式采用樁基承臺，承臺尺寸為10.8×8.5×3m+上轉體基礎結構，主墩采用圓端型實體墩，墩高為16.5m，其中轉體結構由轉體下盤、球鉸、上轉盤、轉動牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、軸線微調系統(tǒng)組成。

連續(xù)梁梁體為單箱單室、變高度、變截面直腹板結構。箱梁頂寬7.6m，箱梁底寬4.2m。轉體總重量2500t，轉體角度86°。

2 ?確保轉體安全的技術措施

為了確保轉體梁的平衡性能，本項目圍繞該橋設計結構參數(shù)及施工特點，對在轉體梁的兩端不平衡力矩的測試、轉端配重、摩阻系數(shù)、轉體力矩偏心控制方法等方面進行了研究。對本項目的轉體梁進行現(xiàn)場不平衡力矩稱重試驗，以確保轉體施工時結構穩(wěn)定旋轉，提高施工質量，轉體閉合順利。同時能夠為其他項目轉體梁的施工及設計積累經(jīng)驗及參考數(shù)據(jù)，從而完善橋梁水平轉體施工及設計水平。

本項目采用了對轉體梁進行稱重的平衡檢測方法，以檢測及計算轉體梁的不平衡力矩、摩擦阻力及轉動鉸的表面摩擦系數(shù)，進而對轉體梁的平衡性能進行評估，以確認是否需采取配重措施，并根據(jù)需要進行準確配重，轉體梁稱重方法如下：

2.1 稱重試驗試驗內(nèi)容

在轉體梁0號段所有支架拆除后，轉體施工前進行梁體的稱重試驗，試驗主要進行以下項目的測試：

①轉體梁在橋縱向存在的不平衡力矩值。②轉體梁在橋縱向存在的縱向偏心距值。③球鉸上下兩鉸間的摩阻力矩及摩擦系數(shù)。④對轉體梁的配重準確性進行檢測。

2.2 稱重前的準備工作

①安裝完成轉體梁的梁端合攏口處的合攏段混凝土澆筑的模板及支撐系統(tǒng)。②清理干凈梁面上所堆放的機具、材料及設備等。③對轉盤撐腳的下滑板安裝質量及狀況進行檢查。④按試驗設計要求安置千斤頂、大量程百分表。⑤將黃油聚四氟乙烯滑板安裝在撐腳下。⑥觀察轉體梁是否存在傾斜現(xiàn)象;當存在傾斜現(xiàn)象時，查明方位以確定其狀態(tài)。

2.3 轉體梁平衡狀態(tài)分析

本項目采用球鉸轉動法測試轉體梁的不平衡力矩。即采用頂升力使球鉸轉用，通過記錄轉體梁轉動力矩的變化情況，而計算出所需數(shù)據(jù)。本測試方法將轉體梁按剛體，不考慮撓度等其它影響因素，以往施工經(jīng)驗表明結果較為準確，能滿足施工需要。

在解除轉體梁所有外部支撐后，以球鉸為支點，梁體的平衡狀態(tài)不外乎以下兩種類型：①轉體梁的不平衡力矩（MG）小于球鉸摩擦力產(chǎn)生的力矩（MZ），梁體將處于平衡狀態(tài)，不會發(fā)生轉動，如圖1所示;②轉體梁的不平衡力矩（MG）大于球鉸摩擦力產(chǎn)生的力矩（MZ），梁體將處于不平衡狀態(tài)，使球鉸發(fā)生轉動，直至撐腳接觸至滑道而支撐住梁體轉動，如圖2所示。

2.4 測試摩阻力矩、不平衡力矩的方法

2.4.1 轉體梁不平衡力矩小于球鉸摩擦力力矩的工況

假設轉體梁重心偏向九江端，在承臺的九江側實施上頂力P1（如圖1所示），使P1頂升力逐漸加大，當球鉸發(fā)生轉動的瞬時，各外力間有：

2.6 施力設備及測點布置

根據(jù)設計數(shù)據(jù)：N=25000kN，R=3.6m，μ預估為0.05。

故靜摩阻力矩為：0.05×0.98×25000×3.6=4410kN·m，在兩側距轉體中心線2.635m處設置千斤頂，千斤頂需要的頂力：4410/2.635=1673.6kN。在距轉體中心線2.635m處兩側各設置1臺500t的千斤頂，分別對轉體梁進行頂放，在上轉盤底的橋縱向兩側各布置1個百分表，用以測試球鉸的微小轉動。

該施力方案雖要求千斤頂施加的頂大較大，但上、下承臺的剛度大，變形小，容易使球鉸發(fā)生微小轉動，且操作相對簡單，安全性高。故本項目不平衡稱重試驗采用該施力方式。千斤頂布置見圖3。

2.7 試驗步驟

①安置千斤頂及百分表至試驗方案確定的位置。②再次確認及調整千斤頂位置，對千斤頂施加初始頂升力。③按設計頂力施加方案逐級增加頂力，并逐級記錄百分表位移讀數(shù)，直至位移產(chǎn)生突變。④繪制出P-Δ曲線。⑤由轉動變突點處的頂升力計算得不平衡力矩、摩阻系數(shù)、偏心距。⑥制定配重方案，確定新偏心距、配重位置及配重重量，對配重后的轉體梁進行再次稱重測設，以驗證配重是否達到要求。⑦轉體梁試驗報告的編制。

2.8 測試儀器和設備

①位移百分表：用于測設轉體梁的轉動位移，數(shù)量為2個。為機械式百分表，主要技術指標：量程9mm，精度1/100，線性度大于0.2%;使用條件，受周圍環(huán)境影響不大。②JMZX-3340AT穿心式智能六弦數(shù)碼力傳感器和JMZX-3006綜合測試儀六弦數(shù)碼力傳感器，主要技術指標：量程4000kN，精度1kN，使用條件受周圍環(huán)境影響不大，與JMZX-3006綜合測試儀配套使用。③千斤頂：500t千斤頂2臺。④鋼板6塊：邊長400mm×400mm、厚20mm。⑤錨具，千斤頂與上轉盤的空隙用錨具來填充，18個左右。⑥配電箱、插座板及線路引到承臺下。⑦配重所需的砂袋。

3 ?轉體梁稱重試驗及結果分析

3.1 合肥端（56號墩）處轉體梁稱重試驗

3.1.1 測試結果及數(shù)據(jù)計算

首先對轉體梁平衡狀況進行了現(xiàn)場觀察，沒有發(fā)現(xiàn)撐腳接觸到滑道的現(xiàn)象，表明56號墩處的轉體梁處于上述第一種平衡狀態(tài)下，即轉體梁的不平衡力矩（MG）小于球鉸摩擦力產(chǎn)生的力矩（MZ），梁體處于自平衡狀態(tài)。

分別在合肥端、九龍端施加頂升力進行稱重試驗，56號墩轉體梁稱重的P-Δ曲線圖如圖4所示。

由圖4可看出，當頂力逐漸加大時，位移值也逐漸增大，表明此階段為頂升力正在克服球鉸的摩阻力，隨后出現(xiàn)水平曲線，此階段為頂升力完全克服摩阻力，球鉸發(fā)生微轉動。通過測試所得數(shù)據(jù)計算得轉體梁實際狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)如表1所示。

測試結果計算所得的不平衡力矩偏心距達17cm，偏心距位于合肥端，故需對轉體梁進行配重。

3.1.2 配重方案設置

以往施工表明，當進行小偏心距或是零偏心距轉體梁施工時，轉體梁穩(wěn)定性較差，受外力干擾時容易發(fā)生梁體擺動現(xiàn)象，存在較大的安全風險。故，實際施工時，通常將轉體梁不平衡力矩的偏心距控制在5～15cm范圍內(nèi)。

本項目擬將56號墩轉體梁不平衡力矩的偏心距調整至10cm。同時，為了確保寧西鐵路的行車安全，將調整后的偏心距設置在遠離鐵路側，即合肥端。

根據(jù)56號墩處轉體梁的稱重試驗數(shù)據(jù)，需在轉體梁九龍端實施配重，根據(jù)施工條件及盡量避免裝、卸配重材料時對寧西鐵路的影響，決定在距離球鉸中心為15m處采用砂袋進行配重。

則需配重重量：

G配=（MG-N×e′）/15=（4173.8-25000×0.1）/15=111.6kN=11.16t

按設計位置進行了11.16t的配重，如圖5所示，配重實施完成后，再次對轉體梁進行了稱重試驗，測試得配重后轉體梁的偏心距為10.2cm，滿足設計要求。

3.2 九龍端（57號墩）處轉體梁稱重試驗

九龍端（57號墩）處轉體梁通過測試所得數(shù)據(jù)計算得轉體梁實際狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可得出，57號墩處轉體梁的不平衡力矩偏心距達為7.3cm，處于5～15cm的控制范圍內(nèi)，且偏心距處于遠離寧西鐵路的九龍端，故不需對轉體梁進行配重。

4 ?結束語

進行本項目轉體梁施工時，通過梁體的稱重測試，獲取梁體偏心距、轉盤摩阻力矩等休現(xiàn)轉體梁施工實際狀態(tài)的數(shù)據(jù)，采取配重的方案調整偏心距到最佳施工位置，提高梁體轉體時的施工安全保證，且盡可降低對寧西鐵路運營的影響。通過采取以上技術措施，順利、安全地完成了轉體梁的施工。通過轉體法在本項目的應用，積累了施工經(jīng)驗，以期可為其他類似轉體項目的施工提供有益參考。

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