轉(zhuǎn)體空間受限情況下的稱重試驗(yàn)

趙 康 陳棟軍

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴州貴陽 550008）

1 工程背景

本文以山東省菏澤市丹陽路跨京九鐵路雙塔單索面斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘??？鐝讲贾茫?0+100+240+100+40）m，15#墩采用逆時(shí)針轉(zhuǎn)體81.67度施工，轉(zhuǎn)體重量24800t，轉(zhuǎn)體長度為238m。由于存在輔助墩，所以轉(zhuǎn)體空間受限，對稱重試驗(yàn)及配重精度要求較高。

2 稱重目的

對于斜拉橋轉(zhuǎn)體施工工藝，受梁體質(zhì)量分布不均、主塔偏移及其兩側(cè)拉索傾斜角不完全對稱等因素影響，斜拉橋轉(zhuǎn)體前通常承受著結(jié)構(gòu)的不平衡力矩MG。

稱重試驗(yàn)的主要內(nèi)容是通過試驗(yàn)測試不平衡力矩MG和轉(zhuǎn)動體摩阻力矩MZ，進(jìn)而計(jì)算球鉸靜摩阻系數(shù)和轉(zhuǎn)動體偏心距，通過對摩阻系數(shù)及偏心距的綜合分析，為轉(zhuǎn)體姿態(tài)分析及平衡配重提供技術(shù)支持，確保轉(zhuǎn)體安全。因此轉(zhuǎn)體施工工藝，稱重試驗(yàn)是保證橋梁轉(zhuǎn)體過程中結(jié)構(gòu)安全和順利轉(zhuǎn)體的前提條件和關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。

3 稱重原理

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的不平衡力矩測試方法主要有三種[2]：①利用球絞轉(zhuǎn)動測試法；②利用撓度估算不平衡力矩；③利用箱梁的根部截面應(yīng)力估算不平衡力矩。

本橋采用球絞的轉(zhuǎn)動不平衡力矩測試法，即測試剛體位移突變的方法。當(dāng)斜拉索張拉完畢且脫離支架之后，整個(gè)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)重量由球絞承擔(dān)，此時(shí)主梁的平衡有兩種情況：

（1）當(dāng)球鉸摩阻力矩MZ大于不平衡力矩MG。

此時(shí)梁體不會發(fā)生繞球鉸的剛體轉(zhuǎn)動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉(zhuǎn)動體不平衡力矩所維持。設(shè)轉(zhuǎn)體重心偏向大跨側(cè)，大跨側(cè)頂梁時(shí)，P1L1=MZ+MG，小跨側(cè)頂梁時(shí)，P2L2+MG=MZ，通過兩式聯(lián)立進(jìn)行求解，得不平衡力矩MG、摩阻力矩MZ。

（2）當(dāng)球鉸摩阻力矩MZ小于不平衡力矩MG

設(shè)轉(zhuǎn)動體重心偏小跨側(cè)，此種情況下，只能在小跨側(cè)承臺實(shí)施頂力P2。當(dāng)頂力P2（由撐腳離地的瞬間算起）逐漸增加到使球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動的瞬間，則有：

P2L2+MG=MZ（1）

當(dāng)頂升到位（球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動）后，使千斤頂回落，設(shè)P為千斤頂逐漸回落過程中球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時(shí)的力，則有：

P2L2=MG-MZ（2）

（3）球鉸摩阻系數(shù)及轉(zhuǎn)動體偏心距的計(jì)算

稱重試驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)動體球鉸在沿梁軸線的豎平面內(nèi)發(fā)生微小轉(zhuǎn)動，即微小角度的豎轉(zhuǎn)。摩阻力矩為摩擦面每個(gè)微面積上的摩擦力對過球鉸中心豎轉(zhuǎn)法線的力矩之和。

可以得到：

所以，當(dāng)球鉸面半徑比較大，且其矢高較小，即α比較小時(shí)，可將摩擦面按平面近似計(jì)算。

根據(jù)目前研究成果以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用四氟乙烯片并填充黃油的球鉸靜摩阻系數(shù)和偏心距為：

式中，R為球鉸中心轉(zhuǎn)盤球體半徑；N為轉(zhuǎn)體重量。

4 稱重試驗(yàn)

（1）在施工過程中對主梁標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格控制并計(jì)算稱重前混凝土的不平衡重的理論值（此項(xiàng)結(jié)果僅供參考）。

（2）主梁施工完成，支架拆除前，在上下轉(zhuǎn)盤之間的外環(huán)道位置關(guān)于轉(zhuǎn)盤中心對稱安裝4臺液壓千斤頂，將位移傳感器對稱安裝在轉(zhuǎn)體承臺的兩端，采用應(yīng)力和位移的雙重控。本橋采用百分表和HBM動態(tài)測試傳感器，采用千斤頂與位移傳感器相結(jié)合的方式進(jìn)行應(yīng)力和位移的雙控。（千斤頂與轉(zhuǎn)臺和下承臺兩接觸面各放置鋼板以防止集中受力混凝土破壞）。

（3）支架拆除后，采用千斤頂稱重并觀察位移變化，本橋由于輔助墩頂空間受限，因此必須時(shí)刻觀察輔助墩頂及梁端位移變化。為方便測量，在主梁、主塔貼反光片，利用全站儀進(jìn)行測量位移變化。結(jié)合位移觀測值進(jìn)行數(shù)值分析，確定不平衡重量調(diào)整值。

（4）梁端位移傳感器讀數(shù)一致時(shí)，測得的千斤頂1與2之和W1以及千斤頂3與4之和W2，則兩側(cè)千斤頂?shù)牟钪礧=W1-W2。

根據(jù)實(shí)測偏心量結(jié)果，對于縱向偏心，一般采用在偏心反向的主梁懸臂段利用沙袋進(jìn)行配重，以糾正偏心量。經(jīng)計(jì)算配以沙袋后，再次實(shí)測結(jié)構(gòu)偏心?？v向偏心應(yīng)調(diào)整到較為理想的重心范圍：實(shí)際重心與理論重心偏差為5～10cm；對于橫向偏心的調(diào)整，如果在結(jié)構(gòu)體上采取措施加荷載，由于受到結(jié)構(gòu)幾何尺寸制約，需要配備較大質(zhì)量的荷載顯然是非常困難的。因此，采用在上轉(zhuǎn)盤外環(huán)道下布設(shè)豎向千斤頂作為調(diào)整橫向偏心的主要手段。

5 配重方案

根據(jù)實(shí)測結(jié)果，轉(zhuǎn)體梁偏心距為8.04cm，偏向15#塔南側(cè)（邊跨側(cè)）。

一般情況下，如果采用不平衡轉(zhuǎn)體，則配重的大小應(yīng)保證重心偏離中心5～10cm，由于本橋具有輔助墩，且輔助墩已在轉(zhuǎn)體前施工完畢，輔助墩頂距離梁底預(yù)留空間為60cm，因此偏心量如果過大，就可能造成轉(zhuǎn)體過程中輔助墩會成為阻礙使得轉(zhuǎn)體失敗。

結(jié)合本橋的實(shí)際情況，經(jīng)過計(jì)算其配重目標(biāo)是使重心偏向15#塔北側(cè)（中跨側(cè)）約5cm。配重位置擬設(shè)在北側(cè)離15#塔中心95m處，配重大小為：

6 結(jié)論

通過對菏澤市丹陽路立交橋轉(zhuǎn)體前的稱重試驗(yàn)和配重方案制定，得出如下結(jié)論：

（1）斜拉橋在轉(zhuǎn)體空間受邊跨輔助墩限制情況時(shí)，配重方案與以往不同，需在橋梁中跨進(jìn)行配重，以防止邊跨預(yù)留空間過小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)體過程中輔助墩阻礙主梁通過以及阻礙輔助墩支座的安裝。

（2）稱重試驗(yàn)采用德國HBM測試系統(tǒng)，通過分析加載過程中的荷載-位移的動態(tài)變化曲線，最終精準(zhǔn)確定橋梁的不平衡力矩4655t·m和靜摩阻系數(shù)0.0215，并依此確定橋梁的配重方案，即使本橋的重心偏向中跨側(cè)，偏心距為5cm，配重位置擬設(shè)在北側(cè)離15#塔中心95m處，配重34t。

參考文獻(xiàn)

[1]林元培.斜拉橋[M].北京：人民交通出版社，1994.

[2]張聯(lián)燕，等.橋梁轉(zhuǎn)體施工[M].北京：人民交通出版社，2003，3：1～72.