劉元臣
摘要:越來越多上跨鐵路橋梁為了盡量減少對鐵路正常運營的影響,上構(gòu)梁體采用轉(zhuǎn)體法施工。新建合安鐵路合九聯(lián)絡(luò)線引江濟淮特大橋主跨以(32+48+32)m轉(zhuǎn)體連續(xù)梁的形式上跨寧西鐵路,本文結(jié)合引江濟淮特大橋轉(zhuǎn)體梁的施工實例,詳細闡述了在轉(zhuǎn)體前對轉(zhuǎn)體梁進行稱重試驗的原理、步驟、計算公式及配重方法,以使轉(zhuǎn)體梁在轉(zhuǎn)體時處于良好的平穩(wěn)狀態(tài),確保了施工安全及鐵路運營安全。
Abstract: The upper frame beam of more and more cross-railway bridges is constructed by swivel method to minimize the impact on the normal operation of the railway. The main span of the newly-built He'an Railway Hejiu tie line Yangtze-to-Huaihe Bridge is the (32+48+32)m swivel continuous beam in the form of a continuous beam spanning the Ningxi Railway. This paper combines the construction examples of the turning beam of the Yangtze-to-Huaihe Bridge to elaborate the principle, steps, calculation formula and weight method of weighing test on swivel beam before turning the body to make the swivel beam in a good stable state during the turning, which ensures the safety of construction and the safety of railway operation.
關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)體法施工;上跨鐵路;稱重;偏心;配重
Key words: swivel construction;upper cross railway;weighing;eccentricity;counterweight
中圖分類號:U446 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號:1006-4311(2019)14-0105-04
0 ?引言
在未來鐵路、公路等橋梁建設(shè)過程中,為了減少施工對既有運營鐵路、公路等設(shè)施帶來的施工干擾及安全隱患,盡量維持原有線路的暢通和確保交通運輸安全,越來越多的橋梁梁體采取在既有重要設(shè)施旁現(xiàn)澆后再采用轉(zhuǎn)體上跨的施工方法。但在以往梁體轉(zhuǎn)體法施工時,時常出現(xiàn)過因轉(zhuǎn)體梁平衡控制失誤,出現(xiàn)撐腳頂緊環(huán)道和保險柱頂住上轉(zhuǎn)盤的施工現(xiàn)象,即轉(zhuǎn)體梁施工的保險系統(tǒng)發(fā)揮了作用,表明轉(zhuǎn)體施工的平衡狀態(tài)控制出現(xiàn)失誤,不僅造成了嚴(yán)重的安全隱患,重大的經(jīng)濟損失及極差的社會影響,且隨后的施工處理麻煩。故在轉(zhuǎn)體前對梁體的平衡性能檢測方法及配重措施進行研究,準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)體梁兩端的平衡,有效解決轉(zhuǎn)體施工的平衡問題,促使相關(guān)橋梁轉(zhuǎn)體的設(shè)計、施工及管理水平的提高,給轉(zhuǎn)體的施工帶來更好的發(fā)展機遇。
1 ?工程簡介
新建合安鐵路合九聯(lián)絡(luò)線引江濟淮特大橋特大橋位于安徽省肥西縣,中心里程:HJLDK6+869.165,全橋長5029.35m。橋梁于HJLDK7+621.27~HJLDK7+734.40處采用(32+48+32)m轉(zhuǎn)體連續(xù)梁的形式上跨寧西鐵路。寧西鐵路為電氣化鐵路,列車流量較大,上跨鐵路位于梓樹莊至長安集區(qū)間路基段,路基頂面總寬度為15.08m(含接觸網(wǎng)正饋線位置)。
轉(zhuǎn)體連續(xù)梁施工里程HJLDK7+673與既有寧西鐵路交叉里程為K917+500。上跨連續(xù)梁采用平行寧西鐵路線外掛籃懸臂現(xiàn)澆、轉(zhuǎn)體施工,基礎(chǔ)形式采用樁基承臺,承臺尺寸為10.8×8.5×3m+上轉(zhuǎn)體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),主墩采用圓端型實體墩,墩高為16.5m,其中轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)、助推系統(tǒng)、軸線微調(diào)系統(tǒng)組成。
連續(xù)梁梁體為單箱單室、變高度、變截面直腹板結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬7.6m,箱梁底寬4.2m。轉(zhuǎn)體總重量2500t,轉(zhuǎn)體角度86°。
2 ?確保轉(zhuǎn)體安全的技術(shù)措施
為了確保轉(zhuǎn)體梁的平衡性能,本項目圍繞該橋設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)及施工特點,對在轉(zhuǎn)體梁的兩端不平衡力矩的測試、轉(zhuǎn)端配重、摩阻系數(shù)、轉(zhuǎn)體力矩偏心控制方法等方面進行了研究。對本項目的轉(zhuǎn)體梁進行現(xiàn)場不平衡力矩稱重試驗,以確保轉(zhuǎn)體施工時結(jié)構(gòu)穩(wěn)定旋轉(zhuǎn),提高施工質(zhì)量,轉(zhuǎn)體閉合順利。同時能夠為其他項目轉(zhuǎn)體梁的施工及設(shè)計積累經(jīng)驗及參考數(shù)據(jù),從而完善橋梁水平轉(zhuǎn)體施工及設(shè)計水平。
本項目采用了對轉(zhuǎn)體梁進行稱重的平衡檢測方法,以檢測及計算轉(zhuǎn)體梁的不平衡力矩、摩擦阻力及轉(zhuǎn)動鉸的表面摩擦系數(shù),進而對轉(zhuǎn)體梁的平衡性能進行評估,以確認(rèn)是否需采取配重措施,并根據(jù)需要進行準(zhǔn)確配重,轉(zhuǎn)體梁稱重方法如下:
2.1 稱重試驗試驗內(nèi)容
在轉(zhuǎn)體梁0號段所有支架拆除后,轉(zhuǎn)體施工前進行梁體的稱重試驗,試驗主要進行以下項目的測試:
①轉(zhuǎn)體梁在橋縱向存在的不平衡力矩值。②轉(zhuǎn)體梁在橋縱向存在的縱向偏心距值。③球鉸上下兩鉸間的摩阻力矩及摩擦系數(shù)。④對轉(zhuǎn)體梁的配重準(zhǔn)確性進行檢測。
2.2 稱重前的準(zhǔn)備工作
①安裝完成轉(zhuǎn)體梁的梁端合攏口處的合攏段混凝土澆筑的模板及支撐系統(tǒng)。②清理干凈梁面上所堆放的機具、材料及設(shè)備等。③對轉(zhuǎn)盤撐腳的下滑板安裝質(zhì)量及狀況進行檢查。④按試驗設(shè)計要求安置千斤頂、大量程百分表。⑤將黃油聚四氟乙烯滑板安裝在撐腳下。⑥觀察轉(zhuǎn)體梁是否存在傾斜現(xiàn)象;當(dāng)存在傾斜現(xiàn)象時,查明方位以確定其狀態(tài)。
2.3 轉(zhuǎn)體梁平衡狀態(tài)分析
本項目采用球鉸轉(zhuǎn)動法測試轉(zhuǎn)體梁的不平衡力矩。即采用頂升力使球鉸轉(zhuǎn)用,通過記錄轉(zhuǎn)體梁轉(zhuǎn)動力矩的變化情況,而計算出所需數(shù)據(jù)。本測試方法將轉(zhuǎn)體梁按剛體,不考慮撓度等其它影響因素,以往施工經(jīng)驗表明結(jié)果較為準(zhǔn)確,能滿足施工需要。
在解除轉(zhuǎn)體梁所有外部支撐后,以球鉸為支點,梁體的平衡狀態(tài)不外乎以下兩種類型:①轉(zhuǎn)體梁的不平衡力矩(MG)小于球鉸摩擦力產(chǎn)生的力矩(MZ),梁體將處于平衡狀態(tài),不會發(fā)生轉(zhuǎn)動,如圖1所示;②轉(zhuǎn)體梁的不平衡力矩(MG)大于球鉸摩擦力產(chǎn)生的力矩(MZ),梁體將處于不平衡狀態(tài),使球鉸發(fā)生轉(zhuǎn)動,直至撐腳接觸至滑道而支撐住梁體轉(zhuǎn)動,如圖2所示。
2.4 測試摩阻力矩、不平衡力矩的方法
2.4.1 轉(zhuǎn)體梁不平衡力矩小于球鉸摩擦力力矩的工況
假設(shè)轉(zhuǎn)體梁重心偏向九江端,在承臺的九江側(cè)實施上頂力P1(如圖1所示),使P1頂升力逐漸加大,當(dāng)球鉸發(fā)生轉(zhuǎn)動的瞬時,各外力間有:
2.6 施力設(shè)備及測點布置
根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù):N=25000kN,R=3.6m,μ預(yù)估為0.05。
故靜摩阻力矩為:0.05×0.98×25000×3.6=4410kN·m,在兩側(cè)距轉(zhuǎn)體中心線2.635m處設(shè)置千斤頂,千斤頂需要的頂力:4410/2.635=1673.6kN。在距轉(zhuǎn)體中心線2.635m處兩側(cè)各設(shè)置1臺500t的千斤頂,分別對轉(zhuǎn)體梁進行頂放,在上轉(zhuǎn)盤底的橋縱向兩側(cè)各布置1個百分表,用以測試球鉸的微小轉(zhuǎn)動。
該施力方案雖要求千斤頂施加的頂大較大,但上、下承臺的剛度大,變形小,容易使球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動,且操作相對簡單,安全性高。故本項目不平衡稱重試驗采用該施力方式。千斤頂布置見圖3。
2.7 試驗步驟
①安置千斤頂及百分表至試驗方案確定的位置。②再次確認(rèn)及調(diào)整千斤頂位置,對千斤頂施加初始頂升力。③按設(shè)計頂力施加方案逐級增加頂力,并逐級記錄百分表位移讀數(shù),直至位移產(chǎn)生突變。④繪制出P-Δ曲線。⑤由轉(zhuǎn)動變突點處的頂升力計算得不平衡力矩、摩阻系數(shù)、偏心距。⑥制定配重方案,確定新偏心距、配重位置及配重重量,對配重后的轉(zhuǎn)體梁進行再次稱重測設(shè),以驗證配重是否達到要求。⑦轉(zhuǎn)體梁試驗報告的編制。
2.8 測試儀器和設(shè)備
①位移百分表:用于測設(shè)轉(zhuǎn)體梁的轉(zhuǎn)動位移,數(shù)量為2個。為機械式百分表,主要技術(shù)指標(biāo):量程9mm,精度1/100,線性度大于0.2%;使用條件,受周圍環(huán)境影響不大。②JMZX-3340AT穿心式智能六弦數(shù)碼力傳感器和JMZX-3006綜合測試儀六弦數(shù)碼力傳感器,主要技術(shù)指標(biāo):量程4000kN,精度1kN,使用條件受周圍環(huán)境影響不大,與JMZX-3006綜合測試儀配套使用。③千斤頂:500t千斤頂2臺。④鋼板6塊:邊長400mm×400mm、厚20mm。⑤錨具,千斤頂與上轉(zhuǎn)盤的空隙用錨具來填充,18個左右。⑥配電箱、插座板及線路引到承臺下。⑦配重所需的砂袋。
3 ?轉(zhuǎn)體梁稱重試驗及結(jié)果分析
3.1 合肥端(56號墩)處轉(zhuǎn)體梁稱重試驗
3.1.1 測試結(jié)果及數(shù)據(jù)計算
首先對轉(zhuǎn)體梁平衡狀況進行了現(xiàn)場觀察,沒有發(fā)現(xiàn)撐腳接觸到滑道的現(xiàn)象,表明56號墩處的轉(zhuǎn)體梁處于上述第一種平衡狀態(tài)下,即轉(zhuǎn)體梁的不平衡力矩(MG)小于球鉸摩擦力產(chǎn)生的力矩(MZ),梁體處于自平衡狀態(tài)。
分別在合肥端、九龍端施加頂升力進行稱重試驗,56號墩轉(zhuǎn)體梁稱重的P-Δ曲線圖如圖4所示。
由圖4可看出,當(dāng)頂力逐漸加大時,位移值也逐漸增大,表明此階段為頂升力正在克服球鉸的摩阻力,隨后出現(xiàn)水平曲線,此階段為頂升力完全克服摩阻力,球鉸發(fā)生微轉(zhuǎn)動。通過測試所得數(shù)據(jù)計算得轉(zhuǎn)體梁實際狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)如表1所示。
測試結(jié)果計算所得的不平衡力矩偏心距達17cm,偏心距位于合肥端,故需對轉(zhuǎn)體梁進行配重。
3.1.2 配重方案設(shè)置
以往施工表明,當(dāng)進行小偏心距或是零偏心距轉(zhuǎn)體梁施工時,轉(zhuǎn)體梁穩(wěn)定性較差,受外力干擾時容易發(fā)生梁體擺動現(xiàn)象,存在較大的安全風(fēng)險。故,實際施工時,通常將轉(zhuǎn)體梁不平衡力矩的偏心距控制在5~15cm范圍內(nèi)。
本項目擬將56號墩轉(zhuǎn)體梁不平衡力矩的偏心距調(diào)整至10cm。同時,為了確保寧西鐵路的行車安全,將調(diào)整后的偏心距設(shè)置在遠離鐵路側(cè),即合肥端。
根據(jù)56號墩處轉(zhuǎn)體梁的稱重試驗數(shù)據(jù),需在轉(zhuǎn)體梁九龍端實施配重,根據(jù)施工條件及盡量避免裝、卸配重材料時對寧西鐵路的影響,決定在距離球鉸中心為15m處采用砂袋進行配重。
則需配重重量:
G配=(MG-N×e′)/15=(4173.8-25000×0.1)/15=111.6kN=11.16t
按設(shè)計位置進行了11.16t的配重,如圖5所示,配重實施完成后,再次對轉(zhuǎn)體梁進行了稱重試驗,測試得配重后轉(zhuǎn)體梁的偏心距為10.2cm,滿足設(shè)計要求。
3.2 九龍端(57號墩)處轉(zhuǎn)體梁稱重試驗
九龍端(57號墩)處轉(zhuǎn)體梁通過測試所得數(shù)據(jù)計算得轉(zhuǎn)體梁實際狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)如表2所示。
由表2可得出,57號墩處轉(zhuǎn)體梁的不平衡力矩偏心距達為7.3cm,處于5~15cm的控制范圍內(nèi),且偏心距處于遠離寧西鐵路的九龍端,故不需對轉(zhuǎn)體梁進行配重。
4 ?結(jié)束語
進行本項目轉(zhuǎn)體梁施工時,通過梁體的稱重測試,獲取梁體偏心距、轉(zhuǎn)盤摩阻力矩等休現(xiàn)轉(zhuǎn)體梁施工實際狀態(tài)的數(shù)據(jù),采取配重的方案調(diào)整偏心距到最佳施工位置,提高梁體轉(zhuǎn)體時的施工安全保證,且盡可降低對寧西鐵路運營的影響。通過采取以上技術(shù)措施,順利、安全地完成了轉(zhuǎn)體梁的施工。通過轉(zhuǎn)體法在本項目的應(yīng)用,積累了施工經(jīng)驗,以期可為其他類似轉(zhuǎn)體項目的施工提供有益參考。
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