轉體連續梁稱重技術研究

王先鋒

（中鐵十五局集團第三工程有限公司 重慶 402282）

對于上構轉體的橋梁施工而言，轉體實施是全橋施工極為關鍵的重要環節。隨著全國基建的發展，轉體施工得到廣泛應用，但因不同橋梁項目有著不同的結構形式、施工工藝水平和施工條件，施工完成的T構兩側懸臂端的重量荷載彎矩存在不平衡情況，梁體轉體時，容易出現梁體兩端抬、墜頭等危及施工和所跨越的結構物的安全，或影響所跨越設施的正常運營。故在轉體施工，對轉體進行稱重試驗并配重是確保整個轉體順利、安全進行的根本保證。

一、工程簡介

重慶鐵路樞紐東環線珞璜南右線特大橋位于重慶市江津區境內，全長2 565.4m。起訖里程：YDK0+603.19～YDK3+168.59。設計28#、31#墩采用（44+80+44）m連續梁跨越既有渝貴線鐵路，與既有線交叉角23.11°。

為了減少施工對既有線的干擾，梁體采用先沿既有線對稱懸灌、形成T構后逆時針轉體就位后，進行線變厚重跨的合龍施工。

二、轉體施工的難點分析及稱重的必要性

因為轉體梁跨越渝貴鐵路，轉體過程在“天窗點”時間完成轉體，且要確保轉動穩定、均速和平順。本項目的梁體總重達5 400T，需要的轉動啟動力矩及正常轉動力矩均較大，如果轉體時出現急啟、急?；蛏舷聰[動，所產生的慣性力有可能導致梁體出現變形，嚴重時出現裂縫。

轉體梁的懸臂長度達39m，如果因存在不平衡力矩而使球鉸體系出現1mm的細微旋轉時，將在懸臂的最末端放大至10mm的豎向偏位。因此，在轉體過程及對位后線型調整時，均需對T構兩端的質量平衡進行精確控制，提高轉體系統的抗傾覆穩定能力。故本項目需根據橋梁設計特性及施工條件，在轉體前對T構的稱重及配重，通過稱重測試轉體系統的球鉸摩擦系數、T構兩端不平衡力矩、球絞摩阻力矩、系統偏心距等實際參數，對轉體的施工組織及操作決策提供依據，并對T構進行科學配重，確保兩個T構的轉體精確對接。[1]

轉體梁的設計及施工也可從本項目稱重試驗中獲得經驗、積累數據，故從完善轉體梁設計水平，提升轉體梁施工技術能力等方面考慮，也有進行現場稱重試驗的必要。

三、梁體稱重需要達到的目的

在完成連續梁懸臂澆筑施工，且拆除支架及模板、解除球鉸處的固結后進行稱重試驗，測試工作擬獲取的參數及達到目的包括：①轉體T構存在的不平衡力矩的數值；②由不平衡力矩計算得T構的偏心距；③通過球鉸開始轉動及正常轉體時的力矩，計算球鉸的摩擦系數；④根據不平衡力矩的數值，進行T構的科學配重。[2]

四、試驗方案

（一）試驗方法及原理

由于球鉸體系的制作安裝誤差和T構兩側懸臂端質量分布等因素，導致兩側懸臂端質量分布不同，進而產生不平衡力矩，為保證轉體過程中體系平穩轉動，需預先調整T構質量分布，使其質量處于平衡狀態。

T構不平衡力矩的測試方法：球鉸轉動法。即對球絞施加外力，使球鉸產生轉動，分析測試過程中所需外力的大小及變化曲線，分析、計算出所需的數據。

拆除現澆段支架，解除T構在球鉸處的固結后，T構處于球鉸單點支撐狀態。根據兩端不平衡力矩的不同存在以下2種平衡狀態：

第1種平衡狀況：T構的不平衡力矩值（MG）不及球鉸間摩擦力對T構產生的力矩（MZ），T構處于靜止狀態，即球鉸間沒有出現轉動；第2種平衡狀況：T構的不平衡力矩（MG）超過球鉸間摩阻力矩（MZ），即解除球鉸處固結后，T構沿球鉸發生轉動，當撐腳支撐在滑動面后方重新處于平衡的靜止狀態。

（二）測試摩阻力矩、不平衡力矩的方法

1.不平衡力矩值不及摩阻力矩時

以30號墩的T構為例，假定T構的重心偏向大里程側（遠鐵路側）；在球鉸的大里程側對T構施加頂力P1，使P1值緩慢增加直至T構沿球鉸轉動的瞬間。此時，各力矩數值有如下關系：

當在小里程側對T構施加頂力P2，使P2值緩慢增加直至T構沿球鉸轉動的瞬間。此時，各力矩數值有如下關系：

聯解⑴式、⑵式，則得不平衡力矩：

2.轉體梁的不平衡力矩超過摩阻力矩時

假定T構的重心偏向大里程側（遠鐵路側）；在球鉸的大里程側對T構施加頂力P2，使P2值緩慢增加，從撐腳與滑道脫離直至T構沿球鉸轉動的瞬間。此時，各力矩數值有如下關系。

聯解⑸和⑹式，可得：

3.摩阻系數及偏心距

根據研究成果及工程實踐，當鉸采用四氟乙烯片，且填充潤滑油時，本項目的球鉸靜摩阻系數和偏心距計算式分別為：

式中，R為球鉸中心轉盤球面半徑；N為轉體的T構重量。

（三）測試儀器和設備

1.傳感器：應變式位移傳感器4個，量程±5mm；精度1/1 000；線性度＞0.2%；BLR-3型壓力傳感器6個，量程：5 000kN；精度：±1%；靈敏系數：2.0。

2.數據采集系統：美國的IOTECHWaveBook512系統，其中40個電壓通道和16個動態應變通道，采樣率：100萬次/秒分辨率：12bit。

3.數據分析軟件系統：美國的DADiSP數據分析軟件包，能夠對測試所得數據自動直觀實時處理、分析。

（四）施力設備及測點布置

根據轉體系統的結構情況，測試時擬于撐腳處施力，千斤頂距理論轉動中心為3.9m，轉體T構總重N=5 400t，球鉸轉動半徑R=11m，根據經驗，摩阻系數取μ0=0.1；

可計算得靜摩阻力矩為：

0.98×0.1×54 000×11=58 212kN.m

本次試驗擬施力于上盤承臺，在距轉體理論中心3.9m處設置3臺千斤頂進行施力，單臺千斤頂需達到的頂力計算：58 212/(3×3.9)=4 975kN。每臺千斤頂頂力為8 000kN，能夠滿足測試要求。采用壓力傳感器量測T構反力，傳感器設置在千斤頂上，布設位置沿T構轉盤大、小里程端各布設3個。同時，為了量測球鉸的微小轉動，在上轉盤周邊均勻布設位移傳感器，布設位置沿T構轉盤大、小里程端及左右側，共計4個。

（五）試驗步驟

1.轉體體系平衡狀態判定

在撐腳處布置位移傳感器，讀取初始讀數。然后將撐腳及滑道處清理干凈，逐步解除臨時固結措施的臨時支撐（砂箱），并對位移傳感器連續讀測，隨砂箱拆除，同時觀察是否有撐腳連續下沉并支撐在滑道上，從而對轉體T構的平衡狀態進行判定。[3]

2.稱重步驟

①根據轉體T構的平衡狀態判定結果，進行測設方案的調整，然后將位移傳感器、千斤頂（及壓力傳感器）按測試方案的位置進行正確安裝。

②進行千斤頂的調整，并且向千斤頂稍加油，使其對上轉盤有一定的預頂力，并記錄此時壓力傳感器的讀數。

③緩慢向千斤頂加力，數據采集系統自動記錄并實時顯示壓力傳感器頂力及位移傳感器的位移，持續向千斤頂加油直至頂力、位移產生突變。

④數據分析軟件系統輸出P-△曲線。

⑤2個T構共進行了2次頂升試驗。

⑥分析測試數據，計算球鉸摩阻系數、T構兩端不平衡力矩和偏心距。

⑦制定配重方案，進行配重，并重新進行偏心距測試芨計算。

⑧出具轉體梁稱重、配重試驗報告及方案，以報鐵路有關部門審批。

五、轉體梁稱重試驗及結果分析

（一）T構（29號墩）轉體梁稱重試驗及結果分析

1.測試結果及數據計算

解除球鉸處固結后，不平衡的T構沿球鉸發生了輕微轉動后處于靜止狀態，經觀察，沒有撐腳支撐在滑道上的現象出現，表明29號墩的T構處于第1種平衡狀況。[4]

分別在29號墩T構大里程側、小里程側按稱重試驗方法施加頂升力，頂升力與位移的P-△曲線圖見圖1。

圖1 29號墩T構轉體稱重的P-△曲線圖

分析圖4可得，在千斤頂施力逐漸增大時，位移（球鉸轉動角度）也隨之增大，說明球鉸間的摩阻力隨著頂力的增加而增加，使T構處于平衡狀態。當頂升力增大到某值后，位移出現突變，但頂力卻沒有再增加，甚至是稍有降低。位移突變時即頂升力超過球鉸的摩阻力使球鉸轉動。測試數據的分析計算結果見表1。

表1 29號墩T構稱重測試分析計算表

由表1的計算結果可得，29號墩的T構兩側懸臂存在較大的不平衡力矩，偏心距為24.7cm，位于小里程端。

2.配重方案設置

按規范要求，轉體的偏心距控制在5～15cm內為宜。以往施工經驗表明，如果轉體無偏心距，或是偏心距小于5cm時，在轉體過程中梁體穩定性不足，受到很小外力的作用下，兩臂容易出現較大幅度的擺動，存在安全隱患。為了避免出現上述擺動，一般通過采取適當配重措施，以使偏心距處于5～15cm的合理范圍內。[5]

29號墩的T構偏心距為0.247m，故需在大里程端采取配重調整偏心距，調整后的偏心距按10cm。因29號墩T構大里程端跨越鐵路，為了避免對鐵路構成安全隱患，配重盡量遠離鐵路上方，故本將配重設置在距球鉸中心25m處。

則需配重重量按下式計算：

本項目配重按32t實施，采用預制砼塊。完成配重堆載后再次稱重測試，得配重后的新偏心距為10.5cm，符合規范要求。

（二）T構（30號墩）轉體梁稱重試驗及結果分析

分別在30號墩T構大里程側、小里程側按稱重試驗方法施加頂升力。測試數據的分析計算結果見表2。

表2 30號墩T構稱重測試分析計算表

由表2的計算結果可得，30號墩的T構兩側懸臂存在的不平衡力矩，偏心距為7.6cm，位于T構小里程端，因偏心距值位于規范推薦值（5～15cm）內。故不需調整30號墩的T構的偏心距。[6]

六、結束語

本項目通過對轉體橋的T構進行稱重試驗，根據試驗結果進行偏心距的調整，保障了轉體橋T構的順利轉體對接，為類似橋梁轉體項目的稱重及調整偏心距提供了參考。