不對稱梁段多支點齒輪傳動轉體施工技術分析

柴輝照

山西省交通科技研發有限公司 山西太原 030032

隨著城市交通流量的持續增長，規劃建設的交通網也日漸密集，促使大量轉體橋梁得到了建設。運用轉體施工技術，是橋梁結構在非設計軸線位置澆筑或拼接成形后，依靠動力將橋梁轉動就位，可以將高空作業轉變為陸地施工，降低施工成本的同時，提高工程建設安全性，創造更多經濟效益和社會效益。而不對稱梁段的轉體施工存在配重無法平衡的情況，需要利用多支點齒輪傳統轉體技術保證結構平穩，需做到科學運用相關施工技術，保證工程建設質量和安全。

1 工程概況

某高架橋橋墩采用連續鋼箱梁施工，上部為分幅變高度箱梁結構，分別進行左右副布置。主墩根部梁高6.5m，端部高3m，直腹板連續鋼箱梁高度呈現出拋物線變化趨勢，單幅梁面寬25.5m，底寬16.5m，總寬51m。墩頂采用轉體法施工，但場地空間有限，需要利用不對稱轉體，將球鉸中心當成是梁段界限，兩端分別長44m和91m，質量差達到3600t。

2 不對稱梁段配重問題

在不對稱梁段轉體施工期間，以往需要在短臂端配置混凝土塊、砂帶等配重塊，在合理調整配重塊數量和堆放位置的情況下，能夠平衡配重，使轉體梁中心和球鉸中心重合，維持結構平衡。但在實際施工期間，球鉸支點兩端梁質量相差較大，難以使轉體保持平衡態，給結構使用安全帶來了一定威脅。利用多支點齒輪傳統轉體施工方法，在質量大的梁端梁底一側設置輔助支撐，并在質量小的梁端配重，保持結構平衡。但球鉸在牽引過程中將承受較大的力，需要依靠支撐位置齒輪轉體提供驅動力，解決工程施工難題。而將球鉸支撐和前支撐結合起來，通過提供多點支撐能夠減小結構間的摩擦系數，使轉動牽引力大幅度減小[1]。但在實際施工過程中，需要保證達到較高施工精度，提高轉體施工質量的同時，確保人員作業安全。

3 多指支點齒輪傳動轉體施工技術應用

3.1 施工方案

按照上述思路，需要在戶型軌道梁上布置齒輪、電機、減速機、滾輪小車等，布置的滑道和撐腳相較于常規轉體保持外展開狀態，確保撐腳始終處于受力狀態，提供多點支撐結構。采用錨碇鋼棒，可以將球鉸支座板固定在加高臺上，然后利用焊接方式將輔助支撐可以滾輪車架連接，利用錨栓將支撐固定在箱梁底[2]。滾輪小車頂部為橡膠支座，能夠均分結構承受的載荷。依靠軌道梁承受支撐載荷，并提供滾動平臺和齒條，在轉體中心位置布置弧形滑動平臺。通過分段運輸，完成齒條分段安裝，能夠利用調平架對齒條圓順度和平整度進行調整。在車架上安裝減速機，能夠沿著回轉中心徑向做自適應柔性運動。為驗證方案是否有效，利用有限元軟件MidasCivil建立空間模型，將主梁簡化為梁單元，利用剛性連接與橋墩進行臨時固結。轉體主墩采用固定支座，其余為活動支座。分工情況進行荷載施加，對橋梁上部箱梁受力展開分析，然后利用3D實體建模對轉體結構力學展開分析，可以獲得轉體結構模型。通過有限元分析，在橋墩截面位置施加均勻分布的荷載，確定球鉸位置最大應力可以達到平均值的三倍。而依靠前端支撐結構游動，可以減輕受力，保證結構受力達到設計要求。

3.2 施工關鍵技術

3.2.1 支撐系統施工

在轉體施工前，需要完成支撐系統安裝，保證轉體結構平穩。從系統組成上來看，包含滑動平臺、球鉸、齒條灌漿等。在滑動平臺施工期間，采用鋼板焊接小型鋼箱梁作為平臺，高2m，頂部和底部寬分別為2m和3.6m。在距離轉體中心27m位置，需要布置由平臺、鋼管立柱、鉆孔樁和承臺構成的弧形平臺，長81m。在現場拼接滑道鋼板，需要使鋼板朝下，在環形角鋼上焊接骨架，確保各支腿均勻分布在鋼板上。完成支腿點焊后，在外側焊接斜拉角鋼，實施滿焊處理。利用調節螺栓，能夠對平臺吊裝變形和誤差進行調節。在軌道梁施工期間，平臺頂面相鄰節平整度不超±10mm，焊縫平整，接頭位置無錯臺問題。為消除轉動過程中可能發生的輔助支撐變形問題，需要按1.2倍荷載進行結構預壓，有效消除結構的非彈性變形。在承臺澆筑時，需要在滑道位置設置澆，采用同等級微膨脹混凝土，確保鋼板和承臺緊密貼合，防止因結構收縮引發脫空現象，達到有效承力的目標。

球鉸為系統核心結構，需要達到較高安裝精度。在底座板安裝階段，需要將平面誤差和高程誤差控制在1m以下。由于不對稱梁段使用大噸位轉體，容易形成不平力矩，在底座板吊裝就位后調位較為困難，因此需使用調位支架。固定底座板后，可以在板下設置調節螺栓，用于高程調節。對下承臺混凝土進行澆筑，需要預埋槽鋼、螺紋鋼，位于定位鍵下方，避免發揮支撐作用的螺紋鋼位于振搗孔下方[3]。

在齒條灌漿階段，按照編號在滑動平臺上逐節吊裝齒條，需要先利用調平螺母和倒鏈加強標高和水平偏差調節。完成各階段齒條安裝后，可以利用高強無收縮灌漿料對調平架進行填充，確認密實度達到要求的同時，頂面水平度、標高和半徑偏差不超2mm。完成結構整體焊接后，滾輪小車走行范圍內每m平整度不差1mm，總體不超2mm。

3.2.2 稱重及配重

在分塊吊裝鋼箱梁時，需要采用鋼管立柱、調節柱、擴大基礎等提供支撐力，從球鉸中心開始，向兩側逐步拆除拼裝支架，然后將短臂和長臂端的球鉸支架一一拆除。通過現場測量，確定球鉸反力達到43000kN，未拆除支架最大荷載為1880kN，短臂撓度達到70mm，可以安全轉體。而針對不對稱梁段，需要加強稱重和配重分析，保證結構穩定。在轉體落架前對不平衡重展開分析，在箱梁端進行平衡壓重混凝土澆筑，能夠完成預配重。配重混凝土塊重3.3t，在橋寬16m的條件下堆放20塊，長度方向放置10塊，采取2層堆疊方式，全橋配重能夠達到2500t，單幅約為1260t。通過監測發現球鉸產生85000kN反力，支架最大荷載達到1200kN，短臂撓度達到360mm，可以達到轉體施工要求。將長臂承重支架保留，對其余支架進行拆除，需確認前支撐能夠提供足夠支撐力。

稱重時在長臂端布置百分表，支架位置布置千斤頂。通過逐級頂升，發現端頭存在位移記錄壓力值，可以確定支撐位置的支反力。利用千斤頂完成梁底標高調整后，使楔形塊保持水平，緊密貼合支撐頂部鋼板，使結構垂直承受箱梁重力。由于不存在水平分離，能夠保證滾輪小車平穩運行。現場檢測確認，球鉸反力達到73600kN，前支撐反力達到6900kN，箱梁應力達到162MPa，短臂和長臂撓度分別可以達到246mm和530mm，能夠依靠前支撐承受不平衡重力，順利將剩余支架拆除。通過稱重和配重分析，能夠確保成橋后結構受力合理，因此在轉體吊裝就位后可以投入施工。在轉動前，需要開展不平衡力矩測試，即利用球鉸轉動法開展稱重試驗，確認不平衡力矩能夠達到設計要求。根據測試結果優化配重設計，可以為后續施工提供保障。通過現場測量，可以發現配重后懸臂端不平衡力矩實測值相較于理論值較小，可以滿足轉體施工要求。

3.2.3 轉體施工

完成驅動設備、牽引索等設施安裝等一系列前期準備后，將球鉸、環道等清理干凈后，可以進行牽引索預緊，然后進行轉體施工。應認識到牽引索、反力座及其動力系統為關鍵部分。在布置千斤頂時，應確保與支撐系統返利做相互平行，維持結構對稱性。牽引索采用鋼絞線，在上轉盤預埋，應確認中心線和外緣相切，與千斤頂中心線保持水平。做好表面油污、銹跡清理，將既定索道方向當成是基礎排列鋼絞線，從千斤頂穿過后應夾緊，保證持力一致。

從施工過程上來看，劃分為試轉、正式轉體兩個過程，在正式轉體期間需要做好精調對位等操作。利用連續張拉千斤頂施工，并配備液壓泵站和主控臺構成傳動轉體系統，每套千斤頂維持20MPa額定油壓，能夠提供4500kN牽引力。

在試轉過程中，考慮到箱梁為不對稱結構，產生的不平衡力矩存在差異，需要加強系統狀態檢驗，對各項轉動參數進行采集，為后續正式施工提供科學依據。實時監測轉動主橋角度和懸臂水平弧線距，每分鐘確認是否可以達到轉體時間要求。通過點動方式，能夠確定每次移動轉動的弧線距，在轉體初步到位后進行精確定位。在停止牽引后，需要對梁體因慣性產生的位移數據進行記錄。將拉力啟動后，需要確認千斤頂的頂力大小，并在持續轉動時確定頂力值。通過5、10、20s的點動測試，試轉5°和11°，最終可以確定最佳參數值。

在正式轉體期間，對千斤頂進行同步張拉，并完成分級加載。通過將各千斤頂油腔并聯，并確認泵站溢流閥相通，能夠利用牽引設備操縱轉體過程。期間，應加強轉動角度和進尺長觀測，確保轉體速度達到要求。在箱梁距離設計位置1m時，需要進行電動操作，每次進行軸線走行數據測報，直至精確就位。在轉體角剩2°時，減小轉體速度，在距離就位位置1m時停止轉動。在軸線調整到位后，對各懸臂端高程進行測量，保證結果準確。完成主梁標高、垂直度等數據測量，對轉體姿態進行調整，能夠保證兩端順利對接。通過在轉盤四個角點設置經歷水準監測系統，可以自動上傳數據，對結構平穩性進行監測。對稱布置微調千斤頂，可以在轉體傾斜偏差超出警戒值時用于微調，使轉體小幅度轉動，達到高精度要求。

3.2.4 合龍施工

在合龍施工階段，依靠轉臺千斤頂提供頂力，做好中跨合龍口的標高調整。確認無問題后，可以使用鋼鍥塊填塞支撐腳和環道之間的縫隙，做到牢固焊接。在合龍位置，需要完成臨時墩的搭設。使用千斤頂將合龍口位置的鋼箱梁頂上，可以根據預測分析獲得的預拋值對兩側高程進行控制，確認達到合龍要求。在整個合龍過程中，關鍵在于控制頂梁期高程，完成梁體受力狀態校核，保證結構施工順利完成。通過在懸臂端下方臨時設置千斤頂，可以用于合龍段的標高調節，然后將前支撐拆除，確保梁體吊裝和焊接過程中不會產生過大應力。

3.2.5 結構拆除

完成結構合龍后，需要將配重、球鉸等結構拆除。具體來講，就是在主墩頂位置布置千斤頂，提供4000t頂力。先拆除短臂端配重，應保證左右副對稱。同時在兩邊墩設置千斤頂，同時頂升主邊墩，可以使球鉸處于脫空狀態。將連接螺栓拆除，并將錨定鋼棒鋸斷，可以將球鉸完全拆除。在千斤頂下落后，可以將正式支座連接起來，實現橋梁體系轉換，完成整個轉體施工過程。

3.3 應力監測分析

在轉體施工過程中，需要加強支撐腳和滑道間隙控制，通過實時監測觀測基點位移和支座、滑道等各結構情況。發現存在異常，需要立即停止施工。編制監測方案，在中心線合龍前2m按照每轉動10m進行一次監測，在距離接近0.3m時將每1cm進行一次監測，在距離接近0.05m時需要每1mm進行一次監測，保證施工精度達到要求。而不對稱梁段屬于復雜結構體，重量大，施工時需要保證結構穩定和施工安全。在轉體施工啟動、點動、制動等各個階段，需要對關鍵界面應力進行監測，并加強橋梁線形穩定性監控，為現場作業提供科學指導。通過對梁段受力展開有限元分析，確定受力關鍵截面在主墩、主梁和承臺位置，分別在界面布置動態傳感器，在試轉、正式轉體過程中開展實時監測。從監測結果來看，梁體控制截面處于全受壓狀態，應力變化幅度較小，維持在－6.2~-8.4MPa范圍內。通過全方位監控，確認各控制截面始終保持較低應力水平，能夠保證結構整體穩定。

4 結語

橋梁轉體施工技術擁有較大難度，過程相對復雜，要求達到較高精度，因此需做好前期準備。對不同橋梁結構特點展開分析，合理編制轉體施工方案，才能取得理想技術應用效果。為解決不對稱梁段配重問題，采用多支點齒輪傳動轉體施工方案，通過有限元分析完成方案有效性驗證后，加強支撐系統施工、承重及配重、轉體施工等多個關鍵環節把控，能夠保證結構強度和穩定性達到要求，為工程可持續發展提供保障。