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        高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工不平衡稱重分析

        2022-08-15 06:55:12王強
        交通世界 2022年20期
        關(guān)鍵詞:頂力摩擦阻力立交橋

        王強

        (山東省交通工程監(jiān)理咨詢有限公司,山東 濟南 250010)

        0 引言

        在鐵路網(wǎng)不斷加密進程中,跨越鐵路線的橋梁轉(zhuǎn)體施工項目頻繁出現(xiàn),包括大跨徑箱形肋拱橋以及跨越鐵路、公路的大型橋梁施工等多種類型。轉(zhuǎn)體施工法在施工階段具有不影響通航、行車的優(yōu)良特點,在平原地區(qū)展現(xiàn)出一定的優(yōu)越性,但是,在跨越既有線路的斜拉橋、獨塔斜拉橋建設中仍然存在一些不足。因此,為確??缭借F路線橋梁轉(zhuǎn)體施工的穩(wěn)定性、安全性,對轉(zhuǎn)體進行不平衡稱重試驗具有重要的現(xiàn)實意義。

        1 工程概況

        某高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁起點為AK0+223.521,終點里程為AK0+815.251,全長為591.73m。道路里程AK0+512.32 位置上跨既有鐵路立交橋,立交橋為T 構(gòu)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)體施工段總長度為125.68m,包括若干節(jié)段,節(jié)段最短為9.25m,最長為16.25m。轉(zhuǎn)體標志為主梁支架現(xiàn)澆操作完成,邊墩支架現(xiàn)澆段施工則在轉(zhuǎn)體結(jié)束后,現(xiàn)澆段長度為4.86m。轉(zhuǎn)體重量G 為132 515.20kN,轉(zhuǎn)體支座平面半徑、曲率半徑分別為174.00cm、896.00cm,上轉(zhuǎn)臺半徑、滑道中心半徑分別為422.00cm、363.00cm,轉(zhuǎn)體方向為順時針,角度為73.60°。

        2 高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工的不平衡稱重試驗

        2.1 試驗思路

        在高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工基本數(shù)據(jù)已知的情況下,可以選擇轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)動之前的時期開展T 構(gòu)不平衡稱重,在不平衡稱重過程中測試T 構(gòu)摩擦阻力矩、不平衡力矩,并計算摩擦阻力系數(shù)、偏心距[1]。根據(jù)測試以及計算結(jié)果,推測高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁配重方案。

        2.2 參數(shù)計算

        2.2.1 摩擦阻力矩

        在縱向、橫向不平衡稱重試驗時,受千斤頂影響,上球鉸、下球鉸將出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動趨勢[2]。此時,兩者相對球鉸中心豎轉(zhuǎn)法線可產(chǎn)生一個摩擦阻力矩Gm,Gm計算公式如下:

        式(1)中:α為球鉸平面直徑的端點、球鉸中心連線與球鉸轉(zhuǎn)動軸線夾角(°);R為球鉸球面半徑(m),取6.00m;m0為靜摩擦阻力系數(shù);N為轉(zhuǎn)體重量(t);q為圓環(huán)平面直徑端點、球鉸中心連線與球鉸轉(zhuǎn)動軸線的夾角(°);d為圓環(huán)微面積(m2)[3]。

        2.2.2 偏心距

        偏心距e為不平衡力矩Gm與轉(zhuǎn)體重量N的比值,即

        式(2)中:Gm為不平衡力矩(kN·m);N為轉(zhuǎn)體重量(t)[4]。

        2.2.3 靜摩擦阻力系數(shù)

        靜摩擦阻力系數(shù)m0為不平衡力矩與轉(zhuǎn)體自重、球絞球面半徑的比值[5],即:

        式(3)中:Gm為不平衡力矩(kN·m);N為轉(zhuǎn)體重量(t);R為球鉸球面半徑,6.00m。

        2.3 試驗步驟

        在高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工前,準備600t 千斤頂,用于頂升主梁。同時準備精度達到0.01mm 的50.00mm 量程應變式位移傳感器、精度達到200.00Hz 的DH3817 靜動態(tài)應變測試系統(tǒng),分別用于位移測試、數(shù)據(jù)采集[6]。在這個基礎上,準備精度達到1.00kN、量程為6 000.00kN 的壓力傳感器、精度為1.00με埋入式混凝土應變器或智能綜合測試儀,分別用于稱重試驗、應變測試。在儀器準備完畢后,操作者可以依據(jù)規(guī)定步驟進行操作。

        第一步,拆除T 構(gòu)中跨側(cè)掛籃,在中跨側(cè)放置60.00t配重物體;

        第二步,拆除T構(gòu)面機具、設備、材料,并對滑道上聚四氟乙烯板鋪設情況進行檢查;

        第三步,將大里程百分表放置在撐腳位置,將8臺千斤頂沿著上轉(zhuǎn)盤下方四個方向?qū)ΨQ放置;

        第四步,調(diào)整千斤頂,促使其進入初始頂壓狀態(tài);

        第五步,逐級加載千斤頂,觀察并記錄位移計百分表數(shù)值,同時觀察T構(gòu)傾斜情況;

        第六步,根據(jù)記錄荷載、位移值,將曲線斜率突變位置作為荷載值選取位置;

        第七步,根據(jù)式(1)~式(3)計算靜摩擦阻力矩、不平衡力矩、偏心距,確定配重并出具立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體稱重試驗報告[7]。

        2.4 試驗結(jié)果

        立交橋連續(xù)梁T構(gòu)平衡狀態(tài)主要是利用薄木板代替撐腳下鋼墊板,根據(jù)薄木板是否可來回抽動而判定撐腳、滑道接觸情況以及T 構(gòu)平衡狀態(tài)[8]。在拆除連續(xù)梁T 構(gòu)臨時固結(jié)后薄木板可自由抽動,且全部測點百分表讀數(shù)未變化,則撐腳不與滑道接觸,球鉸摩擦阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩。此時,可利用應變式位移傳感器測量撐腳位移。

        2.4.1 縱向不平衡配重試驗結(jié)果

        根據(jù)千斤頂油表讀數(shù)、應變式位移傳感器檢測結(jié)果可以得出千斤頂頂力、撐腳位移如表1所示。

        表1 縱向不平衡配重試驗結(jié)果

        表1(續(xù))

        由表1可知,在邊跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方頂力小于4 058.52kN時,撐腳位移變化成線性,在邊跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力超過這一數(shù)值時,撐腳位移出現(xiàn)突變,表明球鉸發(fā)生轉(zhuǎn)動,因此,可以設定邊跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力為4 058.52kN。同理,在中跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力小于5 216.98kN 時,撐腳位移均勻變化,在中跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力超出這一數(shù)值時,撐腳位移突變,表明球鉸出現(xiàn)轉(zhuǎn)動,因此,可設定中跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力為5 216.98kN。將千斤頂頂力帶入式(1)~式(3)后,可以得出摩擦阻力矩為30 356.25kN·m;不平衡力矩為6 085.25kN·m,偏心距為0.065m,靜摩擦阻力系數(shù)為0.055。

        2.4.2 橫向不平衡配重試驗結(jié)果

        選擇力臂長為6.00m 的千斤頂,轉(zhuǎn)動半徑長度為6.00m 的球鉸,設定球鉸靜摩擦阻力系數(shù)為0.06,得出橫向不平衡配重試驗結(jié)果如表2所示。

        表2 橫向不平衡配重試驗結(jié)果

        由表2可知,在主梁曲線外側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力小于3 665.52kN時,撐腳位移呈現(xiàn)均勻遞增變化,在主梁曲線外側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力大于3 665.52kN時,撐腳位移發(fā)生突變,表明球鉸出現(xiàn)轉(zhuǎn)動,因此,可以設定主梁曲線外側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力為3 665.52kN。同理,在主梁曲線內(nèi)側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力小于5 216.98kN 時,撐腳位移呈現(xiàn)均勻變化,而在主梁曲線內(nèi)側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力大于5 216.98kN時,撐腳位移突然增長,表明球鉸出現(xiàn)轉(zhuǎn)動。在考慮橫橋向偏心的前提下,可以向內(nèi)側(cè)偏32.65cm 施加主梁曲線內(nèi)側(cè)下轉(zhuǎn)盤下方千斤頂頂力5 216.98kN,此時摩擦阻力矩為27 523.25kN·m,不平衡力矩為4 325.62kN·m,靜摩擦阻力系數(shù)為0.04,球鉸安裝時橫向偏心距為0.35m。

        3 高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工的平衡配重方案

        3.1 配重方案

        根據(jù)縱向、橫向不平衡稱重結(jié)果可知,T 構(gòu)中跨側(cè)、曲線內(nèi)側(cè)重量較大,縱向不平衡彎矩、曲線內(nèi)側(cè)不平衡彎矩分別為6 085.25kN·m、4 325.62kN·m,因T構(gòu)中跨側(cè)懸臂端掛籃拆除后配重為60.00t,可利用懸臂端配重物卸載的方式進行梁體配重。配重物體重心、橋墩中心距離為58.58m,卸載重量為6085.25÷10÷58.58 ≈10.39t。同理,橫向不平衡彎矩為4 325.62kN·m,橫向配重即在T構(gòu)梁頂曲線外側(cè)與通過墩支點對稱軸線上布置配重物,配重物重心與梁體縱向軸線距離為3.98m,配重量為4325.62 ÷ 10 ÷ (3.98+ 0.35) ≈ 99.90t。在確定配重物后,可以在轉(zhuǎn)體前對轉(zhuǎn)子進行配重,避免轉(zhuǎn)體過程中因T構(gòu)不對稱引發(fā)的失穩(wěn)事故。

        3.2 轉(zhuǎn)體實操

        在配重確定后,轉(zhuǎn)體施工者可以對動力牽引設備以及T構(gòu)跨中懸臂端狀態(tài)進行檢查,確定動力牽引設備狀態(tài)正常、T 構(gòu)跨中懸臂端無碰撞。在連續(xù)千斤頂準備完畢后,轉(zhuǎn)體施工者可以在千斤頂上傳入鋼絞線并利用卡具卡緊,同時利用千斤頂進行鋼絞線逐一張拉,并以球鉸轉(zhuǎn)動軸為對稱軸,調(diào)整反向安裝千斤頂張拉力大小一致。在連續(xù)頂推千斤頂進入預定配重噸位后啟動牽引機器自動運轉(zhuǎn)模式。整個過程中,轉(zhuǎn)體施工者應依據(jù)每轉(zhuǎn)體1.0m 匯報一次的標準,監(jiān)控牽引系統(tǒng)設備、T構(gòu)懸臂端、T構(gòu)墩柱軸線等部件現(xiàn)場運行情況,在發(fā)現(xiàn)設備或T構(gòu)不正常表現(xiàn)的第一時間關(guān)閉牽引系統(tǒng)設備,只有徹底排除隱患后方可重新啟動設備。而在轉(zhuǎn)體進入設計位置后,轉(zhuǎn)體施工者可以關(guān)停牽引設備自動運轉(zhuǎn)模式,利用電動操作控制方式,確保連續(xù)梁轉(zhuǎn)體精準就位。

        4 結(jié)語

        綜上所述,轉(zhuǎn)體過程是否成功與橋梁后期就位質(zhì)量存在緊密關(guān)聯(lián),具有精度要求高、過程操作復雜、技術(shù)難度大的特點。轉(zhuǎn)體施工是一項復雜的作業(yè),根據(jù)地理位置、施工環(huán)境的差異,轉(zhuǎn)體過程工法也具有一些差別。因此,轉(zhuǎn)體施工者應根據(jù)高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁的特點,利用現(xiàn)場實測法進行轉(zhuǎn)體不平衡稱重,確定最佳轉(zhuǎn)體配重,降低轉(zhuǎn)體操作過程中縱向不平衡、橫向不平衡力矩的負面影響,為高速公路跨鐵路連續(xù)梁體的正確安全就位提供保障。

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