非對(duì)稱平面轉(zhuǎn)體橋梁稱重、配重施工技術(shù)研究

鄧毅

摘要：平面轉(zhuǎn)體橋梁廣泛應(yīng)用于上跨公路、鐵路工程中，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)位于橋梁曲線段時(shí)由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱產(chǎn)生不平衡力矩。調(diào)整結(jié)構(gòu)施工順序利用結(jié)構(gòu)自身作為部分配重，再用配重塊平衡，通過(guò)稱重確定結(jié)構(gòu)實(shí)際不平衡力矩進(jìn)行二次配重消除不平衡力矩的施工技術(shù)為類似轉(zhuǎn)體橋梁施工積累經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： Planar swivel bridges are widely used in upper-span highway and railway projects. When the swivel structure is located in the curved section of the bridge， unbalanced moments are generated due to the asymmetry of the structure. The technology adjusts the construction sequence of the structure uses the structure itself as a partial weight， and then balances with a weight， and determines the actual unbalanced moment of the structure by weighing and carry out secondary counterweight to eliminate the unbalanced moment. The construction technology accumulates experience for the construction of similar swivel bridges.

關(guān)鍵詞：非對(duì)稱平面轉(zhuǎn)體橋梁;配重;稱重;消除不平衡力矩

Key words： asymmetric plane swivel bridge;counterweight;weighing;elimination of unbalanced moment

中圖分類號(hào)：U448.27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0186-04

1? 概況

南寧市亭洪路上跨鐵路立交工程為減少上部結(jié)構(gòu)施工對(duì)既有南化高鐵站鐵路行車安全的影響，主跨采用先平行鐵路南化站預(yù)制再進(jìn)行平面轉(zhuǎn)體的施工方法。其中右幅1#主墩箱梁采用2-80m“T”構(gòu)中間轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，該連續(xù)梁小里程端位于曲線段，大里程端位于直線段，梁體相對(duì)球鉸中心不對(duì)稱。結(jié)構(gòu)的不平衡力矩大小將直接決定轉(zhuǎn)體施工成敗，如何解決非對(duì)稱轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的稱重、配重成為了轉(zhuǎn)體施工要攻克的一個(gè)技術(shù)難題。

2? 分析不平衡力矩調(diào)整施工順序優(yōu)化配重

施工完箱梁主體結(jié)構(gòu)及最外側(cè)防撞墻后分析梁體不平衡狀態(tài)及偏心狀況，把可后續(xù)施工的橋面鋪裝、防撞墻、豎墻，按利于平衡的原則分區(qū)、分段安排在轉(zhuǎn)體后施工，以減少結(jié)構(gòu)的不平衡力矩。

以球鉸為矩心分析轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，對(duì)球鉸中心力矩求和Mg。分別在順橋向和橫橋向分析，計(jì)算不考慮假設(shè)球鉸體系的制作安裝誤差，混凝土按25kN/m3。

2.1 順橋向不平衡力矩

順橋向，箱梁由于實(shí)際澆筑混凝土偏差及橋面結(jié)構(gòu)差異引起結(jié)構(gòu)不平衡力矩，圖1順橋向不平衡力矩計(jì)算示意圖，則有：

設(shè)使T構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)力矩為正，經(jīng)計(jì)算，T構(gòu)受到總的實(shí)際不平衡力矩為-66363kN·m，T構(gòu)受到總的設(shè)計(jì)不平衡力矩為-59119kN·m，都是使結(jié)構(gòu)順時(shí)針?lè)较蚺まD(zhuǎn)，即：順橋向結(jié)構(gòu)向大里程側(cè)偏心。

2.2 橫橋向不平衡力矩

分析已施工的箱梁橫截面，T構(gòu)橫向偏心主要由各混凝土澆筑差異、截面偏心、小里程段曲線偏移、橋面結(jié)構(gòu)不對(duì)稱分布引起。

箱梁大里程端位于直線段，按其箱梁中軸線延伸至小里程，根據(jù)曲線要素確定小里程梁體各節(jié)段軸線的橫向偏移值，按橫截面尺寸確定截面偏心距，綜合后確定各節(jié)段的偏心距，具體見表1橫橋向梁段偏心距。

橋面防撞墻的不對(duì)稱分布，根據(jù)澆筑方量與相對(duì)大里程軸線的偏心距計(jì)算不平衡力矩。假設(shè)從小里程到大里程橫截面使T構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩為正。

2.2.1 箱梁重量引起的不平衡力矩

橫橋向，沿箱梁中軸線位置，各個(gè)梁段橫向偏心距計(jì)算見圖2截面偏心計(jì)算圖示，假設(shè)每個(gè)梁段橫橋向偏離箱梁中軸線的長(zhǎng)度為y，則根據(jù)公式：

假設(shè)小里程到大里程使T構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)力矩為正，經(jīng)計(jì)算，箱梁自身橫橋向承受總的實(shí)際不平衡力矩為-30544kN·m，設(shè)計(jì)箱梁自身橫橋向承受總的不平衡力矩為-28986kN·m，均使T構(gòu)繞箱梁軸心線順時(shí)針扭轉(zhuǎn)。

2.2.2 已施工外側(cè)的防撞墻引起的不平衡力矩

根據(jù)橋面系各部分的實(shí)際澆筑量結(jié)合橋梁橫截面位置及曲線段橋梁橫向偏移值計(jì)算不平衡力矩，設(shè)從小里程到大里程使T構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)力矩為正。經(jīng)計(jì)算，已施工防撞墻引起的橫橋向?qū)嶋H不平衡力矩M防撞墻=16904kN·m。

綜合箱梁和防撞墻后梁體的橫向不平衡力矩：

M橫=M梁+M防撞墻=-30544kN·m+16904kN·m=-13640 kN·m

已完成施工的T構(gòu)橫橋向自身不平衡力矩使梁順時(shí)針扭轉(zhuǎn)，即：橫橋向結(jié)構(gòu)向線路中心線外側(cè)（小里程往大里程方向梁體右側(cè)）偏心。

2.3 配重

2.3.1 利用自身結(jié)構(gòu)分步施工初步配重

根據(jù)分析結(jié)果可知在偏心位置的對(duì)側(cè)（即順橋方向小里程側(cè)，橫橋方向左側(cè)）安排橋面鋪裝施工，施工小里程0-4#段左半幅橋面，5-8#段左側(cè)2車道橋面鋪裝工程，剩余余工程在轉(zhuǎn)體完成后施工。如圖3所示。

施工完成后，根據(jù)實(shí)際澆筑混凝土量測(cè)算轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的不平衡力矩。經(jīng)計(jì)算：

順橋向：Mg順=-66363kN·m+70659kN·m=4296kN·m，結(jié)構(gòu)向小里程側(cè)偏心。

橫橋向：Mg橫=-13640kN·m+11473kN·m=-2167kN·m，結(jié)構(gòu)向線路中心線外側(cè)（小里程往大里程方向梁體右側(cè)）偏心。

2.3.2 利用配重塊配重

通過(guò)橋面鋪裝施工配重后，結(jié)構(gòu)仍存在不平衡力矩，為滿足設(shè)計(jì)要求，采用配重塊進(jìn)行配重，減小不平衡力矩。

選取配重80t，配重距離：T順=Mb/G=4296kN·m/800kN=5.37m，T橫=Mg橫/G=2167kN·m/800kN=2.71m。橫配重中心位于縱橋向偏大里程5.37m，橫橋向偏向道路中心線側(cè)2.71m處，根據(jù)配重中心在橋上匯制5m×6m配重區(qū)域，區(qū)域內(nèi)均布混凝土配重塊。（圖4）

3? 稱重

按理論配重后，分段拆除支架，撤除梁頂所有材料、機(jī)具、設(shè)備;拆除沙箱;解除球鉸約束，利用千斤頂對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行稱重，確定轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的實(shí)際不平衡力矩，再次配重消除不平衡力矩。

3.1 稱重設(shè)備布設(shè)

在梁體縱、橫向分別對(duì)稱布設(shè)兩組千斤頂。A組沿梁體橫向中心線布置，距球鉸中心為5m，B組沿梁體縱向軸線布置，距球鉸中心3.9m，千斤頂頂部設(shè)壓力傳感器。下承臺(tái)4個(gè)角、上承臺(tái)邊縱橫向中軸線處設(shè)置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)控位移變化。

預(yù)估千斤頂頂力=設(shè)計(jì)靜摩阻系數(shù)×實(shí)際轉(zhuǎn)體重量×球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)平面直徑/千斤頂距轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離：

A組頂力=0.06×181050×4/5t=869t;

B組頂力=0.06×181050×4/3.9t=1114t;

A組單側(cè)布設(shè)2臺(tái)500t千斤頂，B組單側(cè)布設(shè)3臺(tái)500t千斤頂。

3.2 稱重依據(jù)

稱重采用千斤頂頂放測(cè)試轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的摩阻系數(shù)及偏心距，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)解除約束后轉(zhuǎn)體施工前，梁體的平衡狀態(tài)表現(xiàn)為兩種工況：

3.2.1 工況1：轉(zhuǎn)體不平衡力矩（MG）大于轉(zhuǎn)體梁球鉸摩阻力矩（MZ）

梁體克服摩阻力矩而繞球鉸發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，至一側(cè)撐腳與滑道接觸參與受力，轉(zhuǎn)動(dòng)體在結(jié)構(gòu)不平衡力矩、球鉸摩阻力矩和撐腳反力矩的共同作用下維持平衡。可判斷轉(zhuǎn)動(dòng)體重心偏向撐腳著地側(cè)，在撐腳側(cè)施加頂力P2（如圖5所示），當(dāng)逐漸增加P2到轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬間（撐腳與滑道分離），則有：P2L2=MG+MZ。

當(dāng)頂升到位（撐腳與滑道分離）后，緩慢釋放千斤頂，至結(jié)構(gòu)發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)（撐腳開始回落）瞬間，設(shè)此時(shí)千斤頂頂力為P2，則有：P2L2=MG-MZ。

根據(jù)以上計(jì)算公式可得不平衡力矩及摩阻力矩計(jì)算公式如下：

3.2.2 工況2：轉(zhuǎn)體梁不平衡力矩（MG）小于轉(zhuǎn)體梁球鉸摩阻力矩（MZ）

梁體穩(wěn)定由不平衡力矩和球鉸摩阻力矩維持。設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)體重心偏向小里程側(cè)，在大里程側(cè)施加頂力P1（如圖6所示），此時(shí)P1產(chǎn)生的力矩與結(jié)構(gòu)自身不平衡力矩同向，兩者共同克服球鉸摩阻力矩后產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，當(dāng)P1逐漸增加到使球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬間，則有：P1L1+MG=Mz。

小里程側(cè)施加頂力P2（如圖6所示），此時(shí)P2產(chǎn)生的力矩與結(jié)構(gòu)自身不平衡力矩反向，P2須克服球鉸摩阻力矩及結(jié)構(gòu)自身不平衡力矩后結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)P2增至轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)發(fā)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬間，則有：P2L2=MG+MZ。

根據(jù)以上計(jì)算公式可得不平衡力矩及摩阻力矩計(jì)算公式如下：

稱重過(guò)程對(duì)千斤頂加壓進(jìn)行逐級(jí)加載頂升試驗(yàn)，監(jiān)控應(yīng)力及位移傳感器的讀數(shù)變化，記錄千斤頂及壓力傳感器讀數(shù)，直到位移發(fā)生突變，繪制千斤頂荷載及位移值關(guān)系曲線P-Δ，確定頂力。

工程稱重過(guò)程呈現(xiàn)工況2，即轉(zhuǎn)體梁不平衡力矩（MG）小于轉(zhuǎn)體梁球鉸摩阻力矩（MZ）。

3.3 轉(zhuǎn)動(dòng)體部分不平衡力矩確定

順橋向：

MG順=（9998.2×3.9-9433.85×3.9）/2=1100.5kN·m

MZ順=（9998.2×3.9+9433.85×3.9）/2=37892kN·m

順橋向結(jié)構(gòu)重心偏向小里程側(cè)。

橫橋向：

MG橫=（7523.0×3.9-7615.6×3.9）/2=-231.5kN·m

MZ橫=（7523.0×3.9+7615.6×3.9）/2=37846.5kN·m

橫橋向結(jié)構(gòu)重心偏向道路中心線外側(cè)。

靜摩阻系數(shù)及轉(zhuǎn)動(dòng)體偏心距計(jì)算如下：

4? 二次配重

為使轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平衡，保證結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程的平穩(wěn)，一般采用兩種方案配重：①梁體絕對(duì)平衡配重方案;②梁體縱向傾斜配重方案。對(duì)于第②種方案。MG≥MZ，偏心距e≥MZ/N=0.21m，不滿足設(shè)計(jì)偏心距小于5cm的要求。

采用梁體絕對(duì)平衡配重方案。

稱重確定橋梁實(shí)際縱橫不平衡力矩之后，選二次配重10t，偏移量T順=MG順/G=1100.5kN·m/100kN=11.01m，T橫=MG橫/G=231.5kN·m/100kN=2.32m。即順橋配重作用中心點(diǎn)偏移中軸線往大里程側(cè)11.01m，橫橋向配重作用中心點(diǎn)往橋梁道路中心線內(nèi)側(cè)偏移2.32m。根據(jù)配重中心繪制配重區(qū)域，吊裝配重。

通過(guò)稱重確定了轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的實(shí)際不平衡力矩，再次配重后消除不平衡力矩，達(dá)到試轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)體要求。

5? 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析連續(xù)梁不平衡力矩調(diào)整施工順序僅用80t完成了初次配重，相對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)400t減少了大量工作，更減少了配重對(duì)懸臂產(chǎn)生的額外荷載。對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)稱重、二次配重，成功消除了非對(duì)稱平面轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的不平衡力矩，為轉(zhuǎn)體施工打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。南寧市亭洪路上跨鐵路立交橋右幅橋于2018年11月7日成功轉(zhuǎn)體，該段梁體位于曲線半徑僅為260m的曲線段。小曲線半徑非對(duì)稱平面轉(zhuǎn)體屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐芳.橋梁轉(zhuǎn)體施工中不平衡問(wèn)題淺析[J].科技信息，2011-10-05.

[2]王秀平.橋梁平轉(zhuǎn)施工關(guān)鍵技術(shù)及今后研究重點(diǎn)分析[J].四川建筑，2010-10-28.

[3]吳笛.預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋部分轉(zhuǎn)體施工與BIM技術(shù)應(yīng)用[D].華中科技大學(xué)碩士論文，2019-05-01.

[4]宿州T構(gòu)轉(zhuǎn)體梁就位稱重方案.互聯(lián)網(wǎng)文檔資源（https：//wenku.baidu.com/view/77fad03067ec102de2bd89a9.html）.2017.