基于大跨度預應力連續(xù)剛構橋轉體施工平衡稱重技術的研究與分析

許 皓，許傳敏，高 昇

（山東交通學院交通土建工程學院，山東濟南 250357）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通基礎設施也得到了空前的發(fā)展。交通線路交替縱橫分布，新建的線路與交通繁忙的線路不可避免地產(chǎn)生交替，而通常對于繁忙的路線實行封閉施工往往是不經(jīng)濟的辦法，國內(nèi)目前通常采用跨越、轉體、支架等方式進行施工，對于既有跨鐵路的交通路線，采用轉體施工是目前國內(nèi)常用的施工工藝。轉體施工不僅可以提高安全性，同時也可以提高施工效率。目前我國轉體施工的橋梁數(shù)量處于世界領先地位［1］。但是在懸臂施工過程中，懸臂梁段剛度及施工質量不均，易造成懸臂兩側產(chǎn)生不平衡力矩，故轉體施工之前的不平衡稱重是十分必要的。

轉體施工的關鍵技術在于轉體過程中保證橋梁結構體的穩(wěn)定性，在橋梁體懸臂施工中，轉體結構自重大，豎向轉動慣性大，容易使橋梁結構變形甚至開裂。為此，文章以轉體施工前需要對橋梁結構進行平衡稱重試驗，對轉體結構橋梁的不平衡側進行配重，通過計算得到不平衡力矩、摩阻力矩以及偏心距及摩擦系數(shù)，對轉體施工提供技術指導，保證橋梁結構在轉體施工過程中的安全與穩(wěn)定。

1 工程概況

新建濰坊至萊西鐵路跨海清鐵路大橋60+100+60 雙線連續(xù)箱梁（位于直線上）269 號墩、270 號墩，轉體梁懸臂長度為49 m，墩轉體結構重量為7 001噸，轉角41.9°。橋梁轉體結構由下轉盤、球絞、上轉盤以及轉體的牽引系統(tǒng)組成，下轉盤球絞直接為4 100 mm，上轉盤球絞直徑為3 800 mm，鋼板厚度均為40 mm。上轉盤及下轉盤均采用C50混凝土澆筑，待轉體橋梁結構轉體就位結束，用C50混凝土封固轉動系統(tǒng)的上轉盤、下轉盤及球絞，再進行橋梁邊跨、跨中合攏，實現(xiàn)全橋的貫通。

2 平衡稱重計算原理

測試轉體結構的不平衡力矩常采用球絞轉動的方法，這種方法的特點在于使轉體結構產(chǎn)生突發(fā)位移，受力明確，只考慮轉體結構自身，不受其他因素的干擾，因此測試結果較為準確，是目前常用的測試轉體結構不平衡力矩的方法。

轉體結構臂施工完畢且托架拆除后，整個轉動橋梁結構體平衡表現(xiàn)為兩種情況：

（1）轉體結構球絞摩阻力矩（Mz）大于轉動體不平衡力矩（MG），此時轉動體結構處于平衡狀態(tài)，不會繞球絞產(chǎn)生剛體轉動。整個結構的穩(wěn)定性由球絞摩阻力矩（Mz）及轉動體不平衡力矩（MG）所維持。

（2）轉體結構球絞摩阻力矩（Mz）小于轉動體不平衡力矩（MG），此時轉動體結構會繞球絞產(chǎn)生剛體轉動，直至支撐腳參加工作。整個轉動體結構的穩(wěn)定性由球絞摩阻力矩（Mz）、轉體結構不平衡力矩（MG）以及支撐腳反力維持。

其中式（1）、式（2）和式（3）中P1為轉動體重側頂推力；P2為轉動體輕側頂推力；P2′為千斤頂回落時轉體結構發(fā)生輕微轉動的力；L1及L2分別為P1和P2為相對球絞中心的距離；R為球絞中心轉盤球面半徑；N為轉體結構重量［2］。

3 平衡稱重方案及數(shù)據(jù)

3.1 稱重前準備階段

轉體橋梁施工前首先移除轉體橋梁結構上部器具、材料，保證橋梁上部無多余荷載；測量支撐腳之間的距離，根據(jù)轉體施工方案進行布置百分表，并讀取百分表初始值；拆除沙箱，待轉體結構穩(wěn)定后觀測支撐腳之間的距離，判斷轉體結構是否產(chǎn)生滑動；在轉體結構的縱橋向大里程、小里程側安置千斤頂，對轉體結構進行橫向、縱向不平衡力矩的試驗；千斤頂需分級緩慢加載，每一級加載結束，待橋體穩(wěn)定后觀測百分表讀數(shù)并記錄［3］。

3.2 稱重試驗加載及測點布置

根據(jù)轉體施工要求，需要400噸頂推力的千斤頂4 臺，安裝在軸線兩側且對稱分布軸線右兩側，通過左側、右側百分表的讀數(shù)判斷轉體結構在橫橋向是否需要布置千斤頂進行橫橋向稱重。同時需對稱安裝4 個百分表，在千斤頂分級加載荷載轉體結構穩(wěn)定時，觀測百分表的讀數(shù)并記錄。根據(jù)施工方案，千斤頂及百分表的安裝布置如圖1所示。

3.3 稱重結果分析

根據(jù)現(xiàn)場轉體施工頂推及百分表記錄數(shù)據(jù)，繪制出千斤頂推力—位移曲線圖。以270#墩的千斤頂推力—位移曲線圖為例，270#墩大里程側千斤頂頂推力—位移曲線關系如圖2所示、270#墩小里程側頂推力—位移曲線關系如圖3所示。

圖1 千斤頂及百分表安裝示意

由圖2、圖3 可知，270#墩大里程側、小里程側千斤頂力施加至1 840 kN、2 732 kN 時，轉體結構橋體產(chǎn)生突變的位移變化。這說明轉體橋梁結構在次荷載作用下產(chǎn)生移動，即可證明此時的千斤頂荷載為不平衡稱重的最小荷載值。在施加千斤頂荷載情況時，270#墩橫橋向左側和右側2#、4#百分表的讀數(shù)對稱近似，表明轉體結構在橫橋向重心無偏差，故轉體結構在橫橋向不平衡力矩可以忽略不計。

圖2 270#墩大里程頂推力—位移曲線

圖3 270#墩小里程頂推力—位移曲線

由圖 2、圖 3 可知P1=1 840，P2=2 732，距球絞中心距離L1=L2=4.7 m，由公式（1）—（2）可得270#墩的不平衡力矩為MG=1 976.96 kN·m，摩阻力矩為MZ=10 744.2 kN·m，由公式（3）可得摩阻系數(shù)u=0.052 199 54，轉動體偏心距e=0.030 552 486，故在270#墩大里程側距橋墩中心30 m 處配重69.87 kN 壓重，即可保證轉體橋梁的安全穩(wěn)定，同理可得269#墩的不平衡壓重。

4 配重方案

（1）269#墩轉體結構橫橋向重心位于軸線位置，故不考慮轉體結構橫橋向配重，建議只沿縱橋向小里程側，距橋墩中心30 m處配置1.02 kN等效沙袋。

（2）270#墩轉體結構橫橋向重心位于軸線位置，故不考慮轉體結構橫橋向配重，建議只沿縱橋向大里程側，距橋墩中心30 m處配置69.87 kN等效沙袋。

（3）沙袋經(jīng)過稱重后方可運至梁上，壓重需保證配重后的重心通過球絞豎軸線。

5 結語

依據(jù)上述配重方案對轉體橋梁結構進行配重，在整個轉體施工過程中，轉體橋梁結構安全平穩(wěn)地轉到設計要求，這表明：（1）稱重過程中，對轉體施工結構的頂推力需分級緩慢對稱施加，防止轉體結構失穩(wěn)。（2）按照配重方案，對轉體橋梁結構需進行橫向、縱向配重，保證橋梁在轉體施工過程中橫橋向、縱橋向的穩(wěn)定。（3）轉體結構橋梁橫橋向位移變化對稱，說明轉體橋梁結構在橫橋向重心位于軸線，可忽略橫橋向不平衡力矩對轉體施工的影響。