客專大跨度連續(xù)梁轉體施工平衡稱重分析

蔡軍田

（中鐵九局集團第七工程有限公司，遼寧沈陽 110044）

1 工程概況

盤錦至營口客運專線盤錦特大橋跨溝海鐵路80 m＋128 m＋80 m轉體連續(xù)梁，上部結構為單箱單室現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)梁。箱梁頂寬12 m，底寬7 m，中支點處梁高9.6 m，跨中9 m直線段及邊跨21.95 m直線段梁高為5.6 m，梁底下緣按二次拋物線變化。腹板厚64～110 cm，底板厚度為52～120 cm，頂板厚度45～65 cm。橋墩基礎為鉆孔樁基礎：樁基直徑為1.5 m；邊墩承臺為二層結構，一層承臺為矩形，尺寸為14.6 m×14.6 m×3 m；加臺為矩形，尺寸為11 m×8.4 m×2.5 m。中墩承臺為三層結構，一層承臺為八邊形，高5 m，各邊尺寸依次為 9.1 m、9.5 m、9.1 m、8.7 m、9.1 m、9.5 m、9.1 m、8.7 m；二層承臺為六邊形，高3.7 m，各尺寸依次為 7.7 m、7.4 m、7.4 m、7.7 m、7.4 m、7.4 m；三層承臺為中間高邊緣底的六邊形，中間高1.3 m，邊緣高0.8 m，各邊尺寸依次為9.24 m、4.4 m、4.4 m、9.24 m、4.4 m、4.4 m。盤錦128 m連續(xù)梁（主墩號125#、126#）采用平轉法轉體施工，轉體段梁長126 m，梁平面位于半徑5 500 m的圓曲線上；，轉體角度125#墩為 12°23＇、126#墩為 11°28＇；轉體重量12 000 t；球鉸轉動面為下球缺（凹面）與上球缺（凸面）凸凹面對接形成，其中，球鉸球徑8 m，球缺弧角27.48°，下球鉸凹面鑲嵌四氟乙烯片，上下球鉸間填充黃油四氟粉。

2 平衡稱重目的

為保證橋梁整體拆架過程中轉動體平衡安全，轉體過程的順利進行。必須在轉體之前進行不平衡分析以及不平衡力矩稱重試驗，測試轉動體的摩阻力矩、靜摩擦系數(shù)、不平衡力矩和偏心距，進行橋梁轉體配重，實現(xiàn)橋梁安全平衡順利轉體合攏。橋梁轉動體系必須具備轉動性強和平穩(wěn)性高。對于轉動梁體而言，由于球鉸體系的制作安裝誤差、梁體質量分布差異(鋸齒塊不完全對稱，平、豎曲線的影響)、預應力張拉程度等均會導致橋墩兩側懸臂梁段剛度不同、質量分布不同，從而產(chǎn)生不平衡力矩。轉體施工的關鍵構件就是承載整個轉動體重量的轉動球鉸，而轉動球鉸摩擦系數(shù)的大小直接影響著轉體時所需牽引力矩的大小。

對于轉體施工，轉動體系需要易于轉動和轉動平穩(wěn)兩個基本條件。轉體結構的整個重量是由轉動球鉸來支撐，因此球鉸的轉動面摩擦系數(shù)就直接影響轉動牽引力；另外，球鉸轉動面為上下球缺凸凹面對接形成，那么下球缺（凹面）對上球缺（凸面）的支撐力所提供的自平衡對整個轉體過程中的安全平穩(wěn)起著至關重要作用。實際施工中，由于混凝土超方量、施工臨時荷載、風荷載、環(huán)境溫度的不確定性及安裝誤差等，轉動時達不到理想狀態(tài)，球鉸受力會產(chǎn)生一定的偏心；轉動面涂抹黃油四氟粉由于其蠕動性影響，摩擦系數(shù)在不同重量下不同。那么轉體前，通過稱重試驗和理論計算，來量化該部分（摩擦系數(shù)與偏心等）參數(shù)，為轉體過程中設備的選擇、技術處理措施和安全性能評估提供依據(jù)就尤為重要。

3 平衡稱重分析方法

3.1 球鉸轉動法

球鉸轉動測試不平衡力矩是通過測試剛體位移突變的方法進行的。該法受力明確，而且只考慮剛體作用，不涉及撓度等影響因素較多的參數(shù)，結果比較準確。

3.2 基本原理

當脫架完成后，整個梁體的平衡表現(xiàn)為兩種形式之一。

（1）轉動體球鉸摩阻力矩（MZ）小于轉動體不平衡力矩（MG）。此時，梁體發(fā)生繞球鉸的剛體轉動，直到撐腳參與工作，體系的平衡由球鉸摩阻力矩、轉動體不平衡力矩和撐腳對球心的力矩所保持。轉動體球鉸摩阻力矩小于轉動體不平衡力矩時稱重試驗示意見圖1。

圖1 轉動體球鉸摩阻力矩小于轉動體不平衡力矩時稱重試驗示意圖

（2）轉動體球鉸摩阻力矩（MZ）大于轉動體不平衡力矩（MG）。此時，梁體不發(fā)生繞球鉸的剛體轉動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉動體不平衡力矩所保持。轉動體球鉸摩阻力矩小于轉動體不平衡力矩時稱重試驗示意見圖2。

圖2 轉動體球鉸摩阻力矩大于轉動體不平衡力矩時稱重試驗示意圖

轉動體球鉸靜摩擦系數(shù)的計算：

3.3 測點布置及測點數(shù)據(jù)

試轉前，需進行稱重平衡試驗，測試轉體部分的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系數(shù)等參數(shù)，實現(xiàn)橋梁轉體的配重要求。在上轉盤下用千斤頂施加力，分別用位移計測出球鉸由靜摩擦狀態(tài)到動摩擦狀態(tài)的臨界值

根據(jù)該狀態(tài)的測試方法，在兩幅梁的承臺底面布置的千斤頂和位移傳感器見圖3，實施兩幅梁的不平衡力矩測試。125#墩不平衡稱重由于中跨合攏吊架、鋸齒塊不完全對稱等因素影響，預先在小里程梁端配重55 t后進行試驗。

圖3 稱重設備平面及立面布置圖

3.4 數(shù)據(jù)分析及處理

由頂力、位移實測數(shù)據(jù)繪制頂力-位移曲線見圖4～圖7。

圖4 125#大里程側頂升時頂力-位移曲線

圖5 125#小里程側頂升時頂力-位移曲線

圖6 126#大里程側頂升時頂力-位移曲線

圖7 126#小里程側頂升時頂力-位移曲線

球鉸轉動法縱向稱重試驗數(shù)據(jù)分析：

從圖4、圖5可以看出：125#大里程側頂力臨界值P1為5 000 kN，小里程側頂力臨界值P2為5 950 kN；所以，球鉸縱向摩阻力矩：MZ=24 090（kN·m），轉動體縱向不平衡力：MG=2 090（kN·m），縱向偏心距e=MG/N=1.7×10-2m，縱向滑動時球鉸靜摩阻系μ=MZ/0.944NR=0.027。

從圖6、圖7可以看出：126#大里程側頂力臨界值P1為6 000 kN，小里程側頂力臨界值P2為5 880 kN；所以，球鉸縱向摩阻力矩：MZ=26 136（kN·m），轉動體縱向不平衡力 ：MG=264（kN·m），縱向偏心距e=MG/N=2.2×10-3m，縱向滑動時球鉸靜摩阻系μ=MZ/0.944NR=0.029。

4 結論

（1）球鉸轉動法能夠獲得較多的力學參數(shù)，如不平衡力矩、摩阻力矩以及摩擦系數(shù)等。為轉動時牽引力的計算提供了基本參數(shù)。其值遠小于規(guī)范規(guī)定值，充分證明了球鉸加工的精確度及安裝質量的可靠性。

（2）采用球鉸轉動法對轉動體的不平衡力矩進行的理論分析與實驗測試，結果表明：球鉸轉動法所獲得的力學參數(shù)結果可靠。

（3）利用球鉸轉動法進行稱重實驗時，可以在稱重實驗的同時，進行配重，可快速達到梁體平衡。

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

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