王磊

【摘 要】本文以盤營客專跨溝海線（80+128+80）m曲線連續(xù)梁橋的轉(zhuǎn)體施工為工程實(shí)例，介紹了曲線轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的重心布置方法，提出了利用球鉸應(yīng)力評估法快速確定轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的不平衡彎矩，并采用球鉸轉(zhuǎn)動法進(jìn)行了稱重試驗(yàn)研究，為橋梁轉(zhuǎn)體階段的施工提供了可靠的參數(shù)，確保了轉(zhuǎn)體施工的順利完成。

【關(guān)鍵詞】連續(xù)梁橋；球鉸應(yīng)力；轉(zhuǎn)體；稱重試驗(yàn)

近年來，伴隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長以及我國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域投資的不斷增加，我國高速鐵路及客運(yùn)專線事業(yè)發(fā)展迅猛。這些新線路的修建難免會跨越一些運(yùn)輸任務(wù)繁忙的既有線路，此時如果采用常規(guī)的施工方法進(jìn)行施工勢必要中斷交通、影響車輛的正常通行，而且安全風(fēng)險很大。在這種情況下橋梁轉(zhuǎn)體施工方法便發(fā)揮出其獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠產(chǎn)生顯著的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

盤錦至營口客運(yùn)專線盤錦特大橋124#～127#墩設(shè)計為（80+128+80）m現(xiàn)澆連續(xù)梁，其中124# ～125#墩跨林豐路、125#～126#墩跨既有溝海線和電廠專用線，與溝海線斜交角度167°10′ 、126# ～127#墩跨石油管廊。該梁平面位于半徑5500m的圓曲線上，縱面位于半徑25000m的豎曲線上，線路縱坡由3.072‰變?yōu)?12.7‰。為減少上部結(jié)構(gòu)施工對鐵路行車安全的影響，該橋采用平衡轉(zhuǎn)體的施工方法。即先在鐵路一側(cè)澆筑梁體，然后通過轉(zhuǎn)體使主梁就位、調(diào)整梁體線形、封固球鉸轉(zhuǎn)動體系的上、下盤，最后澆筑合攏段，使全橋貫通。轉(zhuǎn)體段梁長126m，轉(zhuǎn)體重量12000t，轉(zhuǎn)體角度125#墩為12°23'、126#墩為12°10'，兩個T構(gòu)同時轉(zhuǎn)體。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，125#墩試轉(zhuǎn)角度為2°13′，126#墩試轉(zhuǎn)角度為2°，試轉(zhuǎn)后，兩段梁體均需轉(zhuǎn)動10°10′即可就位。

2 曲線轉(zhuǎn)體橋梁橫向不平衡的工程措施

采用轉(zhuǎn)體施工的曲線橋梁，在縱橋向及橫橋向均存在不平衡問題。對于橫向不平衡，常用的工程措施有：（1）調(diào)整主梁結(jié)構(gòu)布置，（2）調(diào)整轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的重心布置。方法一將箱梁曲線外側(cè)、內(nèi)側(cè)腹板設(shè)計成不等厚結(jié)構(gòu)（外側(cè)腹板加厚）， 并在轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)端部對曲線內(nèi)側(cè)的箱室結(jié)構(gòu)作切除處理，預(yù)留后澆帶， 目的使結(jié)構(gòu)重心盡量位于線路中心線附近。方法二將轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)下盤向曲線內(nèi)側(cè)偏移布置，使球鉸中心與轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)重心在一條鉛垂線上。本橋采用將轉(zhuǎn)體下盤向曲線內(nèi)側(cè)偏移量為9.7cm，布置見圖1。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的橫向稱重試驗(yàn)結(jié)果表明：此法有效的解決了曲線橋梁轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的橫向不平衡問題，保證轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的順利轉(zhuǎn)體。

3 利用球鉸下應(yīng)力判定不平衡彎矩

拆架前，梁體不平衡重由支架承擔(dān)，不平衡力矩不影響球鉸處應(yīng)力，此時，球鉸處應(yīng)力可作為初始狀態(tài)。拆架后不平衡力矩由球鉸處承擔(dān)，球鉸處應(yīng)力應(yīng)變發(fā)生較大變化，根據(jù)各個工況應(yīng)力應(yīng)變和初始狀態(tài)比較，可以估算出各個施工工況下，梁體的平衡狀況。

下球鉸澆筑前安裝埋入式應(yīng)變儀，豎向布置，外圍應(yīng)變儀距離下球鉸中心1.7m，內(nèi)側(cè)應(yīng)變儀布置在縱向軸線方向，距離下球鉸中心0.335m，大小里程方向各一個。球鉸下應(yīng)變計布置見圖2，應(yīng)力實(shí)測差值見表1，因應(yīng)變計125-1在施工中破壞，所以在表1中也未列出125-2的應(yīng)力差值。

圖1 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)布置 圖2 下球鉸應(yīng)變位置布置

表1 球鉸處應(yīng)力實(shí)測值

測試階段 儀器編號

125-3 125-4 125-5 125-6

拆架前后應(yīng)力差值/ 4.98 0.13 0.09 0.97

配重平衡后應(yīng)力差值/ 7.76 7.78 1.16 1.26

根據(jù)材料力學(xué)中彎矩與應(yīng)力的關(guān)系，由實(shí)測應(yīng)力變化值可計算出對應(yīng)的彎矩。計算公式如下：

（1）

式（1）中： 為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)不平衡彎矩， 為球鉸截面的慣性矩， 為應(yīng)變計距球鉸中心的距離， 、 為應(yīng)變計的實(shí)測應(yīng)力差值。

根據(jù)拆架后得到的彎矩值，安裝了合攏吊架，并進(jìn)行了配重。合攏吊架重300 ， 在125#墩小里程側(cè)梁端附近配置了600 的砂袋，砂袋重心距墩中心線約55 m，因此由配重產(chǎn)生的彎矩為16500 。相應(yīng)的計算結(jié)果見表2。

表2 不平衡彎矩及偏心距計算結(jié)果

采用應(yīng)變計 測試階段 不平衡彎矩

/kN*m 偏心距

/cm 測試階段 不平衡彎矩

/kN*m 偏心距

/cm

125-3、125-4 拆架前后 20670 17.2 配重平衡后 -85 -0.07

125-5、125-6 13440 11.2 1530 1.2

平均值 17050 14.2 720 0.6

4 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)稱重試驗(yàn)研究

對于轉(zhuǎn)體施工，因在施工支架完全拆除后以及在轉(zhuǎn)體過程中，轉(zhuǎn)動體的自平衡或配重平衡對施工過程的安全性和轉(zhuǎn)體順利實(shí)施起著至關(guān)重要的作用，為確保轉(zhuǎn)體的順利實(shí)施，應(yīng)對轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行稱重，測試轉(zhuǎn)動體部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系數(shù)，并完成配重。

4.1 測試原理

支架拆除后后，根據(jù)百分表讀數(shù)的變化情況，該橋的轉(zhuǎn)動球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動不平衡力矩。當(dāng)轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩時，意味著支架拆除后，轉(zhuǎn)動體部分在自身的不平衡力矩作用下不能發(fā)生轉(zhuǎn)動。此時進(jìn)行不平衡稱重試驗(yàn)，分別從轉(zhuǎn)動體東、西側(cè)支點(diǎn)頂轉(zhuǎn)臺上盤，使轉(zhuǎn)動體在沿梁軸線的豎平面內(nèi)發(fā)生逆時針、順時針方向微小轉(zhuǎn)動，記錄轉(zhuǎn)動過程中荷重傳感器示值和百分表讀數(shù)。

從東側(cè)頂梁時有：

（2）

從西側(cè)頂梁時有：

（3）

則：

， （4）

式中：

、 —梁體發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時東側(cè)、西側(cè)支點(diǎn)支反力； -轉(zhuǎn)動體不平衡力矩； -轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩； 、 -梁體東、西側(cè)支點(diǎn)距轉(zhuǎn)動球鉸幾何中心的距離。

稱重試驗(yàn)時，轉(zhuǎn)動體球鉸在沿梁軸線的豎平面內(nèi)發(fā)生逆時針、順時針方向微小轉(zhuǎn)動，即微小角度的豎轉(zhuǎn)。摩阻力矩為摩擦面每個微面積上的摩擦力對球鉸中心豎轉(zhuǎn)法線的力矩之和。本橋球鉸夾角α=27.49代入相應(yīng)的計算公式，得球鉸靜摩阻系數(shù)為：

（5）

偏心距為： 。

4.2 測試結(jié)果

由125#墩的頂力、位移實(shí)測數(shù)據(jù)繪制成的頂力-位移圖見圖3及圖4。

圖3 大里程側(cè)頂升時頂力-位移曲線 圖4 小里程側(cè)頂升時頂力-位移曲線

由圖3及圖4可知，縱向稱重試驗(yàn)大里程側(cè)頂力臨界值 ，小里程側(cè)稱重試驗(yàn)時頂力臨界值 。

故球鉸縱向摩阻力矩為：

轉(zhuǎn)動體縱向不平衡力矩為：

縱向偏心距為：

縱向滑動時球鉸靜摩阻系數(shù)為：

5 結(jié) 論

通過以上試驗(yàn)研究，可得出的主要結(jié)論有：

（1）針對鐵路大跨曲線連續(xù)梁橋轉(zhuǎn)動中橫向不平衡的特殊性，通過轉(zhuǎn)體下盤向曲線內(nèi)側(cè)偏移布置，有效解決了轉(zhuǎn)動中的橫向不平衡問題。

（2）通過球鉸轉(zhuǎn)動法不平衡稱重試驗(yàn)得到了轉(zhuǎn)動體的摩阻系數(shù)，其值遠(yuǎn)小于規(guī)范規(guī)定值，充分證明了球鉸加工的精確度及安裝質(zhì)量的可靠性。

（3）采用球鉸下應(yīng)力評估法能較早的快速判斷轉(zhuǎn)動體的不平衡彎矩，初步確定配重量。

（4）通過平衡稱重與配重，使撐腳轉(zhuǎn)動時一直處于懸空狀態(tài)，保證了平衡轉(zhuǎn)體的順利進(jìn)行，有效減小了轉(zhuǎn)動中的牽引力。

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