常州大明路跨滬蓉高速轉(zhuǎn)體梁快速稱重試驗(yàn)

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(xué)土木工程學(xué)院 南京211189)

引言

橋梁轉(zhuǎn)體施工是指橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)軸線上進(jìn)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(dòng)至設(shè)計(jì)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(jì)效益明顯等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)既有線影響的最佳方案。

為保證轉(zhuǎn)體過(guò)程的安全穩(wěn)定和易于轉(zhuǎn)動(dòng)，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體之前，需要將轉(zhuǎn)動(dòng)體重心偏移量控制在一定的范圍內(nèi)，因此首先要對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體進(jìn)行稱重試驗(yàn)，以測(cè)得轉(zhuǎn)動(dòng)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(yàn)在頂力的分級(jí)加載時(shí)，為了精確得到臨界滑動(dòng)時(shí)頂力的大小，每一次頂力的增長(zhǎng)比較小，從而導(dǎo)致稱重試驗(yàn)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)；而采用粗分加載初判可快速判斷出臨界滑動(dòng)時(shí)頂力的范圍，再采用細(xì)分加載精尋精確找到臨界滑動(dòng)時(shí)的頂力，相比傳統(tǒng)的稱重方法在節(jié)約時(shí)間的同時(shí)，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(yàn)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(yàn)提供參考。

1 工程概況

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(shí)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(tái)設(shè)計(jì)為正方形承臺(tái)，上承臺(tái)設(shè)計(jì)為圓柱形承臺(tái)，上下承臺(tái)間設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)體系，轉(zhuǎn)體重量約為10076t。

2 稱重試驗(yàn)及結(jié)果分析

轉(zhuǎn)體T 構(gòu)一般設(shè)計(jì)為對(duì)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(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)體稱重試驗(yàn)，測(cè)試轉(zhuǎn)動(dòng)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(yàn)結(jié)果，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體的不平衡偏心距小于150mm 時(shí)，可不進(jìn)行平衡配重[1]。

2.1 不平衡力矩法稱重原理

不平衡力矩法是利用球鉸的輕微轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)測(cè)試結(jié)構(gòu)兩側(cè)的不平衡力矩[2]。當(dāng)梁體脫架完成后，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體的平衡表現(xiàn)為以下兩種形式之一：

(1)當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體不平衡力矩MG大于球鉸摩阻力矩MZ時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)體繞球鉸發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，直至撐腳參與工作。此時(shí)，在轉(zhuǎn)動(dòng)體重心偏向側(cè)放置千斤頂，加壓向上發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的頂力設(shè)為P1，對(duì)應(yīng)的力臂設(shè)為L(zhǎng)；回落向下發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)體不平衡力矩MG小于轉(zhuǎn)動(dòng)體球鉸摩阻力矩MZ時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)體不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，在轉(zhuǎn)動(dòng)體某一側(cè)放置千斤頂，加壓向上發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的頂力設(shè)為P1，對(duì)應(yīng)的力臂設(shè)為L(zhǎng)1，回落將不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；在轉(zhuǎn)動(dòng)體另一側(cè)放置千斤頂，加壓向上發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的頂力設(shè)為P2，對(duì)應(yīng)的力臂設(shè)為L(zhǎng)2，回落將不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3所示，則：

聯(lián)立方程(5)和(6)，可得：

當(dāng)MG大于零時(shí)，表示轉(zhuǎn)動(dòng)體重心偏向P1一側(cè)，當(dāng)MG小于零時(shí)，表示轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)算，轉(zhuǎn)動(dòng)體偏心距應(yīng)按e＝MG/G計(jì)算[1]。其中，R表示球鉸半徑，G表示轉(zhuǎn)動(dòng)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

2.2 測(cè)試結(jié)果及分析

1.6#墩測(cè)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(dòng)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(duì)稱布置兩臺(tái)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(cè)點(diǎn)布置示意Fig.4 Schematic diagram of jack and measuring point arrangement of pier 6

開始頂升時(shí)，按每級(jí)800kN 加載，在加載至4000kN 過(guò)程中，百分表發(fā)生位移突變，判定向上頂滑轉(zhuǎn)動(dòng)體的壓力在3200kN 至4000kN 之間，經(jīng)估算轉(zhuǎn)動(dòng)體偏心距有可能超過(guò)150mm 限值；重新卸載至3200kN，百分表沒(méi)有發(fā)生位移突變，按每級(jí)160kN 繼續(xù)加載，當(dāng)加載到4000kN 時(shí)，百分表發(fā)生位移突變，判定向上頂滑轉(zhuǎn)動(dòng)體的壓力在 3840kN 至 4000kN 之間，取 3920kN 作為向上頂滑力，見(jiàn)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(shí)，按每級(jí)800kN 卸載，在卸載至800kN 過(guò)程中，百分表發(fā)生位移突變，判定向下落滑轉(zhuǎn)動(dòng)體的壓力在800kN 至1600kN 之間；重新加載至1600kN，百分表沒(méi)有發(fā)生位移突變，按每級(jí)160kN 繼續(xù)卸載，當(dāng)卸載到800kN 時(shí)，百分表發(fā)生位移突變，判定向下落滑轉(zhuǎn)動(dòng)體的壓力在800kN 至 960kN 之間，取 880kN 作為向下落滑力，見(jiàn)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)上承臺(tái)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(wú)需配重。

2.7#墩測(cè)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(shí)測(cè)結(jié)果，初步判定7#墩也是轉(zhuǎn)動(dòng)體不平衡力矩大于摩阻力矩，起頂位移突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頂升力在3920kN 左右。

開始頂升時(shí)，按每級(jí)800kN 加載，當(dāng)加載到3200kN 時(shí)，百分表發(fā)生位移突變，判定向上頂滑轉(zhuǎn)動(dòng)體的壓力在2400kN 至3200kN 之間，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。此時(shí)將千斤頂逐級(jí)卸載，壓力至零后梁體并未回落，判定7#墩轉(zhuǎn)動(dòng)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(duì)稱布置兩臺(tái)400t 千斤頂，見(jiàn)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(cè)點(diǎn)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(shí)，按每級(jí)800kN 加載，在加載至1600kN 過(guò)程中，百分表發(fā)生位移突變，判定向上頂滑轉(zhuǎn)動(dòng)體的壓力在800kN 至1600kN之間，此時(shí)將千斤頂逐級(jí)卸載，壓力至零后梁體并未回落，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)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(jiàn)，在兩側(cè)頂力相差最大時(shí)，計(jì)算的不平衡力矩最大，對(duì)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(yuǎn)小于150mm 的限值，無(wú)需細(xì)分加載尋找精確偏心距，7#墩轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)無(wú)需配重。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用不平衡力矩法進(jìn)行轉(zhuǎn)體梁稱重試驗(yàn)，理論依據(jù)充分、可操作性強(qiáng)，結(jié)合粗分加載初判和細(xì)分加載精尋的快速稱重技術(shù)，可為轉(zhuǎn)動(dòng)體快速估算偏心距和后續(xù)配重提供依據(jù)。

工程實(shí)踐表明，大明路橋稱重時(shí)間大大縮短，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。