非對稱平面轉體橋梁稱重、配重施工技術研究

鄧毅

摘要：平面轉體橋梁廣泛應用于上跨公路、鐵路工程中，轉體結構位于橋梁曲線段時由于結構的不對稱產生不平衡力矩。調整結構施工順序利用結構自身作為部分配重，再用配重塊平衡，通過稱重確定結構實際不平衡力矩進行二次配重消除不平衡力矩的施工技術為類似轉體橋梁施工積累經驗。

Abstract： Planar swivel bridges are widely used in upper-span highway and railway projects. When the swivel structure is located in the curved section of the bridge， unbalanced moments are generated due to the asymmetry of the structure. The technology adjusts the construction sequence of the structure uses the structure itself as a partial weight， and then balances with a weight， and determines the actual unbalanced moment of the structure by weighing and carry out secondary counterweight to eliminate the unbalanced moment. The construction technology accumulates experience for the construction of similar swivel bridges.

關鍵詞：非對稱平面轉體橋梁;配重;稱重;消除不平衡力矩

Key words： asymmetric plane swivel bridge;counterweight;weighing;elimination of unbalanced moment

中圖分類號：U448.27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0186-04

1? 概況

南寧市亭洪路上跨鐵路立交工程為減少上部結構施工對既有南化高鐵站鐵路行車安全的影響，主跨采用先平行鐵路南化站預制再進行平面轉體的施工方法。其中右幅1#主墩箱梁采用2-80m“T”構中間轉體結構，該連續梁小里程端位于曲線段，大里程端位于直線段，梁體相對球鉸中心不對稱。結構的不平衡力矩大小將直接決定轉體施工成敗，如何解決非對稱轉體結構的稱重、配重成為了轉體施工要攻克的一個技術難題。

2? 分析不平衡力矩調整施工順序優化配重

施工完箱梁主體結構及最外側防撞墻后分析梁體不平衡狀態及偏心狀況，把可后續施工的橋面鋪裝、防撞墻、豎墻，按利于平衡的原則分區、分段安排在轉體后施工，以減少結構的不平衡力矩。

以球鉸為矩心分析轉體結構，對球鉸中心力矩求和Mg。分別在順橋向和橫橋向分析，計算不考慮假設球鉸體系的制作安裝誤差，混凝土按25kN/m3。

2.1 順橋向不平衡力矩

順橋向，箱梁由于實際澆筑混凝土偏差及橋面結構差異引起結構不平衡力矩，圖1順橋向不平衡力矩計算示意圖，則有：

設使T構逆時針旋轉力矩為正，經計算，T構受到總的實際不平衡力矩為-66363kN·m，T構受到總的設計不平衡力矩為-59119kN·m，都是使結構順時針方向扭轉，即：順橋向結構向大里程側偏心。

2.2 橫橋向不平衡力矩

分析已施工的箱梁橫截面，T構橫向偏心主要由各混凝土澆筑差異、截面偏心、小里程段曲線偏移、橋面結構不對稱分布引起。

箱梁大里程端位于直線段，按其箱梁中軸線延伸至小里程，根據曲線要素確定小里程梁體各節段軸線的橫向偏移值，按橫截面尺寸確定截面偏心距，綜合后確定各節段的偏心距，具體見表1橫橋向梁段偏心距。

橋面防撞墻的不對稱分布，根據澆筑方量與相對大里程軸線的偏心距計算不平衡力矩。假設從小里程到大里程橫截面使T構逆時針旋轉的力矩為正。

2.2.1 箱梁重量引起的不平衡力矩

橫橋向，沿箱梁中軸線位置，各個梁段橫向偏心距計算見圖2截面偏心計算圖示，假設每個梁段橫橋向偏離箱梁中軸線的長度為y，則根據公式：

假設小里程到大里程使T構逆時針旋轉力矩為正，經計算，箱梁自身橫橋向承受總的實際不平衡力矩為-30544kN·m，設計箱梁自身橫橋向承受總的不平衡力矩為-28986kN·m，均使T構繞箱梁軸心線順時針扭轉。

2.2.2 已施工外側的防撞墻引起的不平衡力矩

根據橋面系各部分的實際澆筑量結合橋梁橫截面位置及曲線段橋梁橫向偏移值計算不平衡力矩，設從小里程到大里程使T構逆時針旋轉力矩為正。經計算，已施工防撞墻引起的橫橋向實際不平衡力矩M防撞墻=16904kN·m。

綜合箱梁和防撞墻后梁體的橫向不平衡力矩：

M橫=M梁+M防撞墻=-30544kN·m+16904kN·m=-13640 kN·m

已完成施工的T構橫橋向自身不平衡力矩使梁順時針扭轉，即：橫橋向結構向線路中心線外側（小里程往大里程方向梁體右側）偏心。

2.3 配重

2.3.1 利用自身結構分步施工初步配重

根據分析結果可知在偏心位置的對側（即順橋方向小里程側，橫橋方向左側）安排橋面鋪裝施工，施工小里程0-4#段左半幅橋面，5-8#段左側2車道橋面鋪裝工程，剩余余工程在轉體完成后施工。如圖3所示。

施工完成后，根據實際澆筑混凝土量測算轉體結構的不平衡力矩。經計算：

順橋向：Mg順=-66363kN·m+70659kN·m=4296kN·m，結構向小里程側偏心。

橫橋向：Mg橫=-13640kN·m+11473kN·m=-2167kN·m，結構向線路中心線外側（小里程往大里程方向梁體右側）偏心。

2.3.2 利用配重塊配重

通過橋面鋪裝施工配重后，結構仍存在不平衡力矩，為滿足設計要求，采用配重塊進行配重，減小不平衡力矩。

選取配重80t，配重距離：T順=Mb/G=4296kN·m/800kN=5.37m，T橫=Mg橫/G=2167kN·m/800kN=2.71m。橫配重中心位于縱橋向偏大里程5.37m，橫橋向偏向道路中心線側2.71m處，根據配重中心在橋上匯制5m×6m配重區域，區域內均布混凝土配重塊。（圖4）

3? 稱重

按理論配重后，分段拆除支架，撤除梁頂所有材料、機具、設備;拆除沙箱;解除球鉸約束，利用千斤頂對轉體結構進行稱重，確定轉體結構的實際不平衡力矩，再次配重消除不平衡力矩。

3.1 稱重設備布設

在梁體縱、橫向分別對稱布設兩組千斤頂。A組沿梁體橫向中心線布置，距球鉸中心為5m，B組沿梁體縱向軸線布置，距球鉸中心3.9m，千斤頂頂部設壓力傳感器。下承臺4個角、上承臺邊縱橫向中軸線處設置位移監測點，監控位移變化。

預估千斤頂頂力=設計靜摩阻系數×實際轉體重量×球鉸轉動平面直徑/千斤頂距轉動中心距離：

A組頂力=0.06×181050×4/5t=869t;

B組頂力=0.06×181050×4/3.9t=1114t;

A組單側布設2臺500t千斤頂，B組單側布設3臺500t千斤頂。

3.2 稱重依據

稱重采用千斤頂頂放測試轉體結構的摩阻系數及偏心距，轉體結構解除約束后轉體施工前，梁體的平衡狀態表現為兩種工況：

3.2.1 工況1：轉體不平衡力矩（MG）大于轉體梁球鉸摩阻力矩（MZ）

梁體克服摩阻力矩而繞球鉸發生剛體轉動，至一側撐腳與滑道接觸參與受力，轉動體在結構不平衡力矩、球鉸摩阻力矩和撐腳反力矩的共同作用下維持平衡。可判斷轉動體重心偏向撐腳著地側，在撐腳側施加頂力P2（如圖5所示），當逐漸增加P2到轉體結構發生微小轉動的瞬間（撐腳與滑道分離），則有：P2L2=MG+MZ。

當頂升到位（撐腳與滑道分離）后，緩慢釋放千斤頂，至結構發生微小轉動（撐腳開始回落）瞬間，設此時千斤頂頂力為P2，則有：P2L2=MG-MZ。

根據以上計算公式可得不平衡力矩及摩阻力矩計算公式如下：

3.2.2 工況2：轉體梁不平衡力矩（MG）小于轉體梁球鉸摩阻力矩（MZ）

梁體穩定由不平衡力矩和球鉸摩阻力矩維持。設轉動體重心偏向小里程側，在大里程側施加頂力P1（如圖6所示），此時P1產生的力矩與結構自身不平衡力矩同向，兩者共同克服球鉸摩阻力矩后產生轉動趨勢，當P1逐漸增加到使球鉸發生微小轉動的瞬間，則有：P1L1+MG=Mz。

小里程側施加頂力P2（如圖6所示），此時P2產生的力矩與結構自身不平衡力矩反向，P2須克服球鉸摩阻力矩及結構自身不平衡力矩后結構發生轉動，當P2增至轉體結構發生微小轉動的瞬間，則有：P2L2=MG+MZ。

根據以上計算公式可得不平衡力矩及摩阻力矩計算公式如下：

稱重過程對千斤頂加壓進行逐級加載頂升試驗，監控應力及位移傳感器的讀數變化，記錄千斤頂及壓力傳感器讀數，直到位移發生突變，繪制千斤頂荷載及位移值關系曲線P-Δ，確定頂力。

工程稱重過程呈現工況2，即轉體梁不平衡力矩（MG）小于轉體梁球鉸摩阻力矩（MZ）。

3.3 轉動體部分不平衡力矩確定

順橋向：

MG順=（9998.2×3.9-9433.85×3.9）/2=1100.5kN·m

MZ順=（9998.2×3.9+9433.85×3.9）/2=37892kN·m

順橋向結構重心偏向小里程側。

橫橋向：

MG橫=（7523.0×3.9-7615.6×3.9）/2=-231.5kN·m

MZ橫=（7523.0×3.9+7615.6×3.9）/2=37846.5kN·m

橫橋向結構重心偏向道路中心線外側。

靜摩阻系數及轉動體偏心距計算如下：

4? 二次配重

為使轉體結構平衡，保證結構轉動過程的平穩，一般采用兩種方案配重：①梁體絕對平衡配重方案;②梁體縱向傾斜配重方案。對于第②種方案。MG≥MZ，偏心距e≥MZ/N=0.21m，不滿足設計偏心距小于5cm的要求。

采用梁體絕對平衡配重方案。

稱重確定橋梁實際縱橫不平衡力矩之后，選二次配重10t，偏移量T順=MG順/G=1100.5kN·m/100kN=11.01m，T橫=MG橫/G=231.5kN·m/100kN=2.32m。即順橋配重作用中心點偏移中軸線往大里程側11.01m，橫橋向配重作用中心點往橋梁道路中心線內側偏移2.32m。根據配重中心繪制配重區域，吊裝配重。

通過稱重確定了轉體結構的實際不平衡力矩，再次配重后消除不平衡力矩，達到試轉、轉體要求。

5? 結語

通過分析連續梁不平衡力矩調整施工順序僅用80t完成了初次配重，相對設計參數400t減少了大量工作，更減少了配重對懸臂產生的額外荷載。對轉體結構稱重、二次配重，成功消除了非對稱平面轉體結構的不平衡力矩，為轉體施工打下了堅實基礎。南寧市亭洪路上跨鐵路立交橋右幅橋于2018年11月7日成功轉體，該段梁體位于曲線半徑僅為260m的曲線段。小曲線半徑非對稱平面轉體屬國內首創。

參考文獻：

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