興延高速公路上跨京包鐵路轉體橋稱重配重轉體施工技術

摘要：利用轉體橋上跨鐵路施工，既保證行車不中斷又保證施工安全，應用越來越多。稱重配重為轉體施工重要施工工序，本文通過介紹轉體橋稱重配重施工，對同類工程具有借鑒意義。

Abstract： The use of the cross-rail construction on the swivel bridge not only ensures uninterrupted driving but also ensures construction safety， and more and more applications. Weighing weight is an important construction process for rotating construction. This paper introduces the weighing and weighting construction of the rotating bridge， which has reference significance for similar projects.

關鍵詞：轉體橋;稱重;配重

Key words： swivel bridge;weighing;counterweight

中圖分類號：U445.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）24-0146-03

1? 工程概況

北京興延高速公路為2019年世界園藝博覽會、2022年北京冬奧會配套基礎設施，上跨京包鐵路特大橋，左幅橋型布置為（20+30+20）m先簡支后連續預應力混凝土箱梁+2×56m鋼箱梁T構+2×29.5m先簡支后連續預應力混凝土箱梁+2×35m預應力混凝土現澆箱梁。右幅橋型布置為（20+30+20）m先簡支后連續預應力混凝土箱梁+2×29.5m先簡支后連續預應力混凝土箱梁+2×56m鋼箱梁T構+2×35m預應力混凝土現澆箱梁。跨鐵路主橋采用2×56m鋼箱梁T構，雙幅同步平行平面轉體法施工，橋梁分幅設橋，鋼箱梁采用單箱三室，單幅橋寬17.5m，兩幅橋凈距0.5m，全寬35.5m。鋼箱梁T構在ZK41+699.937里程處與既有京包鐵路斜交，交點處京包鐵路里程K78+401.643，交角為74.7°，每個主墩轉體長度為102m，轉體角度為74.5°，轉體重量為2690t。

2? 稱重方案選擇

橋梁正式轉體前，應進行試轉。試轉之前，應當先進行橋梁稱重平衡試驗[1]。試驗要求量測轉體橋梁的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系數等參數，看各參數是否滿足橋梁的配重要求。

2.1 稱重測試內容

①轉體橋梁的縱向不平衡力矩;

②轉動體橋梁的縱向偏心距;

③轉體橋梁球鉸的摩阻力矩及摩擦系數;

④完成轉體梁的配重工作。

2.2 轉體梁稱重試驗方案

采用球鉸轉動的方法測試轉體梁的不平衡力矩，這種方法是利用測試剛體位移突變的方法來進行測試。該方法受力明確，而且只考慮剛體作用，而不考慮撓度等其他影響因素，結果比較準確。當脫架完成后，整個梁體的平衡為如下所示兩種狀態[1]。

①轉動體球鉸摩阻力矩（MZ）大于轉動體不平衡力矩（MG）。此時，轉體梁不發生繞球鉸的剛體轉動，轉動體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉動體不平衡力矩所保持;

②轉動體球鉸摩阻力矩（MZ）小于轉動體不平衡力矩（MG）。此時，轉體梁發生繞球鉸的剛體轉動，直到撐腳參與工作，轉動體系的平衡由球鉸摩阻力矩、轉動體不平衡力矩和撐腳對球心的力矩所保持。

③計算轉動體球鉸靜摩擦系數而進行稱重試驗時，轉動體球鉸在沿梁中軸線方向的豎平面內發生小位移，即豎向的小角度轉動。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（見圖3）。

式中，R為球鉸中心轉盤球面半徑;N為轉體橋梁自重。

2.3 測試方案及量測儀器

2.3.1 測試方案

①在量測斷面位置安裝位移計和千斤頂;

②調整千斤頂油壓大小，使所有工作的千斤頂處于頂壓狀態;

③逐漸增大千斤頂的油壓，紀錄位移計的位移，直到梁體位移出現突變;

④繪制出荷載-位移（P-Δ）關系曲線;

⑤計算得到不平衡力矩、摩阻系數、偏心距;

⑥確定轉體橋梁配重重量、位置及新偏心距;

⑦完成轉體梁稱重測試報告，供相關部門審批核驗。

2.3.2 量測儀器和設備

測試儀器與設備見表1。

3? 稱重測試

3.1 試驗結果

3.1.1 右幅縱向試驗結果

右幅小里程側轉體橋荷載-位移曲線見圖4所示，右幅大里程側轉體橋荷載-位移曲線見圖5所示。

將右幅砂箱拆除靜置，觀察撐腳未與滑道發生接觸，說明轉體T構梁處于靜摩阻力矩MZ大于轉動橋梁不平衡力矩MG。首先在小里程側逐級施加頂力P1并在大里程側觀察百分表讀數，記錄荷載-位移曲線，梁段在荷載=1800kN時，荷載-位移曲線的斜率出現較大位移，說明此時球鉸發生了轉動;挪動千斤頂到大里程側逐級加載，同時在小里程側觀察百分表讀數，記錄荷載-位移曲線，梁段在荷載=2600kN時，荷載-位移曲線的斜率出現較大位移，說明此時球鉸發生了轉動。

3.1.2 左幅縱向試驗結果

左幅小里程側轉體橋荷載-位移曲線見圖6所示，右幅大里程側轉體橋荷載-位移曲線見圖7所示。

3.2 轉體參數計算

現場試驗結果表明，梁體的縱向平衡姿態屬于兩種平衡狀態中的球鉸摩阻力矩大于轉動體系的不平衡力矩。因此：

4? 配重方案及轉體參數

4.1 配重方案

不平衡轉體配重方案（單球鉸支承），通過在重心一側配重，使轉體梁的一端撐腳下落至接觸滑道面，另一端撐腳被抬起而脫離滑道面，梁段受兩點向上支承[3]。配重如下所式計算：

式中：W′—轉體梁所需配重;e0—轉體梁配重前的重心偏心距;l′—轉體梁配重距離球絞中心的距離，即配重位置。

轉體體系配重后往往無法達到理想的平衡狀態，配重后轉體體系新的重心偏移量為式中，e′—體系配重后的重心偏心距。

綜上，興延高速公路上跨京包鐵路立交橋工程，經過不平衡稱重試驗以及計算和設計單位意見，得到如下參數：

右幅：縱橋向球鉸摩阻力矩7084kN·m，摩阻系數為0.036;不平衡力矩1288kN·m，偏心距0.049m，偏向大里程側;采用不平衡轉體配重轉體橋縱向大里程方向距梁端5m處最大配重2.86噸，配重后理論偏心為0.099m。

左幅：縱橋向球鉸摩阻力矩5152kN·m，摩阻系數為0.026;不平衡力矩 1932kN·m，偏心距0.073m，偏向大里程側，轉體橋縱向大里程方向距梁端5m處最大配重1.2噸，配重后理論偏心為0.093m。

4.2 轉體參數

本連續梁每個轉體選用兩套ZLD200型液壓、同步、自動連續牽引系統（牽引系統由連續千斤頂、液壓泵站及主控臺組成），形成水平旋轉力，通過拽拉錨固且纏繞于直徑760cm的轉臺周圍上的兩束12？準15.2鋼絞線，使得轉體體系轉動[2]。

牽引力、安全系數計算如下，轉體總重量為26359kN，靜摩擦系數μ=0.1，靜摩擦力為2636kN，球絞平面半徑R=1.35m，轉臺直徑D=7.6m;根據文獻計算可得，啟動時所需最大索引力T=312kN，轉動過程中所需牽引力T=156kN，千斤頂動力儲備系數為5.45，轉動時動力儲備系數為10.9，鋼絞線安全系數為9.94。

5? 結語

轉體前通過對轉體橋梁的不平衡力矩進行分析，確定轉體梁的不平衡力矩、摩阻系數、偏心距，然后對稱重試驗數據進行分析，進一步精確配重方案，明確摩阻系數、體系偏心距等控制參數。興延高速公路上跨京包鐵路轉體橋于2018年7月5日成功完成，轉體時間73min，轉體過程正常，梁體軸線和高程數據等均符合設計要求。

參考文獻：

[1]張聯燕.橋梁轉體施工[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2]張偉剛.溫家窯跨京包鐵路特大橋連續梁轉體前平衡稱重及配重技術[J].價值工程，2018，37（01）：117-121.

[3]王旭.菏澤丹陽立交橋轉體斜拉橋稱重及配重施工[J].江西建材，2017（09）：218-219.