龔博 曹志鄧 鄭曉毛 徐偉煒
(1.中交三航局南京三公司 210000;2.東南大學土木工程學院 南京211189)
橋梁轉(zhuǎn)體施工是指橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計軸線上進行澆筑或拼裝,并利用摩擦系數(shù)很小的球鉸、滑道及轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)將成形后的橋梁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動至設(shè)計軸線位置的施工方法。與平衡懸臂施工法相比,轉(zhuǎn)體施工可有效利用路線周邊地形條件,具有施工條件好、安全可靠、經(jīng)濟效益明顯等優(yōu)點,在不得不跨越高速鐵路、高速公路既有線施工工況下,橋梁轉(zhuǎn)體施工已成為最大程度降低對既有線影響的最佳方案。
為保證轉(zhuǎn)體過程的安全穩(wěn)定和易于轉(zhuǎn)動,在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體之前,需要將轉(zhuǎn)動體重心偏移量控制在一定的范圍內(nèi),因此首先要對轉(zhuǎn)動體進行稱重試驗,以測得轉(zhuǎn)動體的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系數(shù)等參數(shù),從而為后續(xù)的配重及牽引提供依據(jù)。傳統(tǒng)的稱重試驗在頂力的分級加載時,為了精確得到臨界滑動時頂力的大小,每一次頂力的增長比較小,從而導致稱重試驗耗時過長;而采用粗分加載初判可快速判斷出臨界滑動時頂力的范圍,再采用細分加載精尋精確找到臨界滑動時的頂力,相比傳統(tǒng)的稱重方法在節(jié)約時間的同時,精確性也有一定的提高。本文以常州大明路跨滬蓉高速轉(zhuǎn)體梁稱重試驗為例,介紹一種水平轉(zhuǎn)體梁快速稱重技術(shù),可為同類橋梁轉(zhuǎn)體前的稱重試驗提供參考。
江蘇省常州市新建大明路在K0 +832.09 處上跨滬蓉高速公路,主橋采用56m +90m +56m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁型式,橋梁總寬25m,先在滬蓉高速公路兩側(cè)平行于公路方向滿堂支架現(xiàn)澆87m 梁體,順時針旋轉(zhuǎn)70.96°后轉(zhuǎn)體到位,然后現(xiàn)澆兩側(cè)9.5m 直線段,接著施工邊跨3m 合龍段,最后施工中跨3m 合龍段,完成全橋合龍。
主橋轉(zhuǎn)體梁平面如圖1所示,其中6#墩、7#墩為中墩,中墩下承臺設(shè)計為正方形承臺,上承臺設(shè)計為圓柱形承臺,上下承臺間設(shè)轉(zhuǎn)動體系,轉(zhuǎn)體重量約為10076t。
轉(zhuǎn)體T 構(gòu)一般設(shè)計為對稱結(jié)構(gòu),但由于施工誤差,轉(zhuǎn)體球鉸兩側(cè)將存在一定的不平衡力矩。為保證轉(zhuǎn)體安全,轉(zhuǎn)體前宜進行轉(zhuǎn)動體稱重試驗,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)。根據(jù)稱重試驗結(jié)果,當轉(zhuǎn)動體的不平衡偏心距小于150mm 時,可不進行平衡配重[1]。
不平衡力矩法是利用球鉸的輕微轉(zhuǎn)動來測試結(jié)構(gòu)兩側(cè)的不平衡力矩[2]。當梁體脫架完成后,整個轉(zhuǎn)動體的平衡表現(xiàn)為以下兩種形式之一:
(1)當轉(zhuǎn)動體不平衡力矩MG大于球鉸摩阻力矩MZ時,轉(zhuǎn)動體繞球鉸發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動,直至撐腳參與工作。此時,在轉(zhuǎn)動體重心偏向側(cè)放置千斤頂,加壓向上發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時的頂力設(shè)為P1,對應(yīng)的力臂設(shè)為L;回落向下發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時的頂力設(shè)為P2,如圖2所示,則:
聯(lián)立方程(1)和(2),可得:
圖2 不平衡力矩大于摩阻力矩頂升示意Fig.2 The unbalanced moment is greater than the frictional moment
(2)當轉(zhuǎn)動體不平衡力矩MG小于轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩MZ時,轉(zhuǎn)動體不發(fā)生轉(zhuǎn)動。此時,在轉(zhuǎn)動體某一側(cè)放置千斤頂,加壓向上發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時的頂力設(shè)為P1,對應(yīng)的力臂設(shè)為L1,回落將不發(fā)生轉(zhuǎn)動;在轉(zhuǎn)動體另一側(cè)放置千斤頂,加壓向上發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時的頂力設(shè)為P2,對應(yīng)的力臂設(shè)為L2,回落將不發(fā)生轉(zhuǎn)動,如圖3所示,則:
聯(lián)立方程(5)和(6),可得:
當MG大于零時,表示轉(zhuǎn)動體重心偏向P1一側(cè),當MG小于零時,表示轉(zhuǎn)動體重心偏向P2一側(cè)。
此外,球鉸靜摩擦系數(shù)應(yīng)按f=MZ/(RG)計算,轉(zhuǎn)動體偏心距應(yīng)按e=MG/G計算[1]。其中,R表示球鉸半徑,G表示轉(zhuǎn)動體重量。
圖3 不平衡力矩小于摩阻力矩頂升示意Fig.3 The unbalanced moment is less than the frictional moment
1.6#墩測試結(jié)果及分析
砂箱拆除后,6#墩邊跨一側(cè)撐腳接觸滑道,初步判定轉(zhuǎn)動體不平衡力矩大于摩阻力矩。在邊跨側(cè)靠近縱軸線撐腳兩邊對稱布置兩臺400t 千斤頂,在頂側(cè)和非頂側(cè)撐腳處各布置一套百分表,如圖4所示。
圖4 6#墩千斤頂和測點布置示意Fig.4 Schematic diagram of jack and measuring point arrangement of pier 6
開始頂升時,按每級800kN 加載,在加載至4000kN 過程中,百分表發(fā)生位移突變,判定向上頂滑轉(zhuǎn)動體的壓力在3200kN 至4000kN 之間,經(jīng)估算轉(zhuǎn)動體偏心距有可能超過150mm 限值;重新卸載至3200kN,百分表沒有發(fā)生位移突變,按每級160kN 繼續(xù)加載,當加載到4000kN 時,百分表發(fā)生位移突變,判定向上頂滑轉(zhuǎn)動體的壓力在 3840kN 至 4000kN 之間,取 3920kN 作為向上頂滑力,見表1。
表1 6#墩邊跨起頂荷載-位移關(guān)系Tab.1 The relationship between jacking load and displacement of side span of pier 6
開始回落時,按每級800kN 卸載,在卸載至800kN 過程中,百分表發(fā)生位移突變,判定向下落滑轉(zhuǎn)動體的壓力在800kN 至1600kN 之間;重新加載至1600kN,百分表沒有發(fā)生位移突變,按每級160kN 繼續(xù)卸載,當卸載到800kN 時,百分表發(fā)生位移突變,判定向下落滑轉(zhuǎn)動體的壓力在800kN 至 960kN 之間,取 880kN 作為向下落滑力,見表2。
表2 6#墩邊跨落頂荷載-位移關(guān)系Tab.2 The relationship between unloading load and displacement of side span of pier 6
稱重實測數(shù)據(jù)上承臺豎向位移與千斤頂頂力的關(guān)系曲線如圖5所示。
圖5 6#墩縱向稱重力與位移關(guān)系Fig.5 The relationship between longitudinal jacking force and displacement of pier 6
可得:P1=3920kN,P2=880kN,本橋L=5.5m,則:
轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)偏心距:e=MG/G=0.131m
結(jié)果表明,6#墩轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)偏心距為131mm,小于150mm,無需配重。
2.7#墩測試結(jié)果及分析
砂箱拆除后,7#墩邊跨一側(cè)撐腳接觸滑道,結(jié)合6#墩實測結(jié)果,初步判定7#墩也是轉(zhuǎn)動體不平衡力矩大于摩阻力矩,起頂位移突變點對應(yīng)的頂升力在3920kN 左右。
開始頂升時,按每級800kN 加載,當加載到3200kN 時,百分表發(fā)生位移突變,判定向上頂滑轉(zhuǎn)動體的壓力在2400kN 至3200kN 之間,實測數(shù)據(jù)見表3。此時將千斤頂逐級卸載,壓力至零后梁體并未回落,判定7#墩轉(zhuǎn)動體不平衡力矩小于摩阻力矩,在中跨側(cè)靠近縱軸線撐腳兩邊再對稱布置兩臺400t 千斤頂,見圖6。
表3 7#墩邊跨起頂荷載-位移關(guān)系Tab.3 The relationship between jacking load and displacement of side span of pier 7
圖6 7#墩千斤頂和測點布置示意Fig.6 Schematic diagram of jack and measuring point arrangement of pier 7
在中跨側(cè)開始頂升時,按每級800kN 加載,在加載至1600kN 過程中,百分表發(fā)生位移突變,判定向上頂滑轉(zhuǎn)動體的壓力在800kN 至1600kN之間,此時將千斤頂逐級卸載,壓力至零后梁體并未回落,實測數(shù)據(jù)見表4。
表4 7#墩中跨起頂荷載-位移關(guān)系Tab.4 The relationship between jacking load and displacement of midspan of pier 7
從式(3)可見,在兩側(cè)頂力相差最大時,計算的不平衡力矩最大,對應(yīng)的偏心距也最大。因此,可按邊跨頂升力P1=3200kN、中跨頂升力P2=800kN、L1=L2=5.5m 估算不平衡力矩的最大值:
不平衡力矩:
轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)偏心距:
結(jié)果表明,7#墩轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)偏心距最大值為66mm,遠小于150mm 的限值,無需細分加載尋找精確偏心距,7#墩轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)無需配重。
本文采用不平衡力矩法進行轉(zhuǎn)體梁稱重試驗,理論依據(jù)充分、可操作性強,結(jié)合粗分加載初判和細分加載精尋的快速稱重技術(shù),可為轉(zhuǎn)動體快速估算偏心距和后續(xù)配重提供依據(jù)。
工程實踐表明,大明路橋稱重時間大大縮短,取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。