轉體連續(xù)梁稱重技術研究

王先鋒

（中鐵十五局集團第三工程有限公司 重慶 402282）

對于上構轉體的橋梁施工而言，轉體實施是全橋施工極為關鍵的重要環(huán)節(jié)。隨著全國基建的發(fā)展，轉體施工得到廣泛應用，但因不同橋梁項目有著不同的結構形式、施工工藝水平和施工條件，施工完成的T構兩側懸臂端的重量荷載彎矩存在不平衡情況，梁體轉體時，容易出現(xiàn)梁體兩端抬、墜頭等危及施工和所跨越的結構物的安全，或影響所跨越設施的正常運營。故在轉體施工，對轉體進行稱重試驗并配重是確保整個轉體順利、安全進行的根本保證。

一、工程簡介

重慶鐵路樞紐東環(huán)線珞璜南右線特大橋位于重慶市江津區(qū)境內(nèi)，全長2 565.4m。起訖里程：YDK0+603.19～YDK3+168.59。設計28#、31#墩采用（44+80+44）m連續(xù)梁跨越既有渝貴線鐵路，與既有線交叉角23.11°。

為了減少施工對既有線的干擾，梁體采用先沿既有線對稱懸灌、形成T構后逆時針轉體就位后，進行線變厚重跨的合龍施工。

二、轉體施工的難點分析及稱重的必要性

因為轉體梁跨越渝貴鐵路，轉體過程在“天窗點”時間完成轉體，且要確保轉動穩(wěn)定、均速和平順。本項目的梁體總重達5 400T，需要的轉動啟動力矩及正常轉動力矩均較大，如果轉體時出現(xiàn)急啟、急?；蛏舷聰[動，所產(chǎn)生的慣性力有可能導致梁體出現(xiàn)變形，嚴重時出現(xiàn)裂縫。

轉體梁的懸臂長度達39m，如果因存在不平衡力矩而使球鉸體系出現(xiàn)1mm的細微旋轉時，將在懸臂的最末端放大至10mm的豎向偏位。因此，在轉體過程及對位后線型調(diào)整時，均需對T構兩端的質(zhì)量平衡進行精確控制，提高轉體系統(tǒng)的抗傾覆穩(wěn)定能力。故本項目需根據(jù)橋梁設計特性及施工條件，在轉體前對T構的稱重及配重，通過稱重測試轉體系統(tǒng)的球鉸摩擦系數(shù)、T構兩端不平衡力矩、球絞摩阻力矩、系統(tǒng)偏心距等實際參數(shù)，對轉體的施工組織及操作決策提供依據(jù)，并對T構進行科學配重，確保兩個T構的轉體精確對接。[1]

轉體梁的設計及施工也可從本項目稱重試驗中獲得經(jīng)驗、積累數(shù)據(jù)，故從完善轉體梁設計水平，提升轉體梁施工技術能力等方面考慮，也有進行現(xiàn)場稱重試驗的必要。

三、梁體稱重需要達到的目的

在完成連續(xù)梁懸臂澆筑施工，且拆除支架及模板、解除球鉸處的固結后進行稱重試驗，測試工作擬獲取的參數(shù)及達到目的包括：①轉體T構存在的不平衡力矩的數(shù)值；②由不平衡力矩計算得T構的偏心距；③通過球鉸開始轉動及正常轉體時的力矩，計算球鉸的摩擦系數(shù)；④根據(jù)不平衡力矩的數(shù)值，進行T構的科學配重。[2]

四、試驗方案

（一）試驗方法及原理

由于球鉸體系的制作安裝誤差和T構兩側懸臂端質(zhì)量分布等因素，導致兩側懸臂端質(zhì)量分布不同，進而產(chǎn)生不平衡力矩，為保證轉體過程中體系平穩(wěn)轉動，需預先調(diào)整T構質(zhì)量分布，使其質(zhì)量處于平衡狀態(tài)。

T構不平衡力矩的測試方法：球鉸轉動法。即對球絞施加外力，使球鉸產(chǎn)生轉動，分析測試過程中所需外力的大小及變化曲線，分析、計算出所需的數(shù)據(jù)。

拆除現(xiàn)澆段支架，解除T構在球鉸處的固結后，T構處于球鉸單點支撐狀態(tài)。根據(jù)兩端不平衡力矩的不同存在以下2種平衡狀態(tài)：

第1種平衡狀況：T構的不平衡力矩值（MG）不及球鉸間摩擦力對T構產(chǎn)生的力矩（MZ），T構處于靜止狀態(tài)，即球鉸間沒有出現(xiàn)轉動；第2種平衡狀況：T構的不平衡力矩（MG）超過球鉸間摩阻力矩（MZ），即解除球鉸處固結后，T構沿球鉸發(fā)生轉動，當撐腳支撐在滑動面后方重新處于平衡的靜止狀態(tài)。

（二）測試摩阻力矩、不平衡力矩的方法

1.不平衡力矩值不及摩阻力矩時

以30號墩的T構為例，假定T構的重心偏向大里程側（遠鐵路側）；在球鉸的大里程側對T構施加頂力P1，使P1值緩慢增加直至T構沿球鉸轉動的瞬間。此時，各力矩數(shù)值有如下關系：

當在小里程側對T構施加頂力P2，使P2值緩慢增加直至T構沿球鉸轉動的瞬間。此時，各力矩數(shù)值有如下關系：

聯(lián)解⑴式、⑵式，則得不平衡力矩：

2.轉體梁的不平衡力矩超過摩阻力矩時

假定T構的重心偏向大里程側（遠鐵路側）；在球鉸的大里程側對T構施加頂力P2，使P2值緩慢增加，從撐腳與滑道脫離直至T構沿球鉸轉動的瞬間。此時，各力矩數(shù)值有如下關系。

聯(lián)解⑸和⑹式，可得：

3.摩阻系數(shù)及偏心距

根據(jù)研究成果及工程實踐，當鉸采用四氟乙烯片，且填充潤滑油時，本項目的球鉸靜摩阻系數(shù)和偏心距計算式分別為：

式中，R為球鉸中心轉盤球面半徑；N為轉體的T構重量。

（三）測試儀器和設備

1.傳感器：應變式位移傳感器4個，量程±5mm；精度1/1 000；線性度＞0.2%；BLR-3型壓力傳感器6個，量程：5 000kN；精度：±1%；靈敏系數(shù)：2.0。

2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：美國的IOTECHWaveBook512系統(tǒng)，其中40個電壓通道和16個動態(tài)應變通道，采樣率：100萬次/秒分辨率：12bit。

3.數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)：美國的DADiSP數(shù)據(jù)分析軟件包，能夠對測試所得數(shù)據(jù)自動直觀實時處理、分析。

（四）施力設備及測點布置

根據(jù)轉體系統(tǒng)的結構情況，測試時擬于撐腳處施力，千斤頂距理論轉動中心為3.9m，轉體T構總重N=5 400t，球鉸轉動半徑R=11m，根據(jù)經(jīng)驗，摩阻系數(shù)取μ0=0.1；

可計算得靜摩阻力矩為：

0.98×0.1×54 000×11=58 212kN.m

本次試驗擬施力于上盤承臺，在距轉體理論中心3.9m處設置3臺千斤頂進行施力，單臺千斤頂需達到的頂力計算：58 212/(3×3.9)=4 975kN。每臺千斤頂頂力為8 000kN，能夠滿足測試要求。采用壓力傳感器量測T構反力，傳感器設置在千斤頂上，布設位置沿T構轉盤大、小里程端各布設3個。同時，為了量測球鉸的微小轉動，在上轉盤周邊均勻布設位移傳感器，布設位置沿T構轉盤大、小里程端及左右側，共計4個。

（五）試驗步驟

1.轉體體系平衡狀態(tài)判定

在撐腳處布置位移傳感器，讀取初始讀數(shù)。然后將撐腳及滑道處清理干凈，逐步解除臨時固結措施的臨時支撐（砂箱），并對位移傳感器連續(xù)讀測，隨砂箱拆除，同時觀察是否有撐腳連續(xù)下沉并支撐在滑道上，從而對轉體T構的平衡狀態(tài)進行判定。[3]

2.稱重步驟

①根據(jù)轉體T構的平衡狀態(tài)判定結果，進行測設方案的調(diào)整，然后將位移傳感器、千斤頂（及壓力傳感器）按測試方案的位置進行正確安裝。

②進行千斤頂?shù)恼{(diào)整，并且向千斤頂稍加油，使其對上轉盤有一定的預頂力，并記錄此時壓力傳感器的讀數(shù)。

③緩慢向千斤頂加力，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動記錄并實時顯示壓力傳感器頂力及位移傳感器的位移，持續(xù)向千斤頂加油直至頂力、位移產(chǎn)生突變。

④數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)輸出P-△曲線。

⑤2個T構共進行了2次頂升試驗。

⑥分析測試數(shù)據(jù)，計算球鉸摩阻系數(shù)、T構兩端不平衡力矩和偏心距。

⑦制定配重方案，進行配重，并重新進行偏心距測試芨計算。

⑧出具轉體梁稱重、配重試驗報告及方案，以報鐵路有關部門審批。

五、轉體梁稱重試驗及結果分析

（一）T構（29號墩）轉體梁稱重試驗及結果分析

1.測試結果及數(shù)據(jù)計算

解除球鉸處固結后，不平衡的T構沿球鉸發(fā)生了輕微轉動后處于靜止狀態(tài)，經(jīng)觀察，沒有撐腳支撐在滑道上的現(xiàn)象出現(xiàn)，表明29號墩的T構處于第1種平衡狀況。[4]

分別在29號墩T構大里程側、小里程側按稱重試驗方法施加頂升力，頂升力與位移的P-△曲線圖見圖1。

圖1 29號墩T構轉體稱重的P-△曲線圖

分析圖4可得，在千斤頂施力逐漸增大時，位移（球鉸轉動角度）也隨之增大，說明球鉸間的摩阻力隨著頂力的增加而增加，使T構處于平衡狀態(tài)。當頂升力增大到某值后，位移出現(xiàn)突變，但頂力卻沒有再增加，甚至是稍有降低。位移突變時即頂升力超過球鉸的摩阻力使球鉸轉動。測試數(shù)據(jù)的分析計算結果見表1。

表1 29號墩T構稱重測試分析計算表

由表1的計算結果可得，29號墩的T構兩側懸臂存在較大的不平衡力矩，偏心距為24.7cm，位于小里程端。

2.配重方案設置

按規(guī)范要求，轉體的偏心距控制在5～15cm內(nèi)為宜。以往施工經(jīng)驗表明，如果轉體無偏心距，或是偏心距小于5cm時，在轉體過程中梁體穩(wěn)定性不足，受到很小外力的作用下，兩臂容易出現(xiàn)較大幅度的擺動，存在安全隱患。為了避免出現(xiàn)上述擺動，一般通過采取適當配重措施，以使偏心距處于5～15cm的合理范圍內(nèi)。[5]

29號墩的T構偏心距為0.247m，故需在大里程端采取配重調(diào)整偏心距，調(diào)整后的偏心距按10cm。因29號墩T構大里程端跨越鐵路，為了避免對鐵路構成安全隱患，配重盡量遠離鐵路上方，故本將配重設置在距球鉸中心25m處。

則需配重重量按下式計算：

本項目配重按32t實施，采用預制砼塊。完成配重堆載后再次稱重測試，得配重后的新偏心距為10.5cm，符合規(guī)范要求。

（二）T構（30號墩）轉體梁稱重試驗及結果分析

分別在30號墩T構大里程側、小里程側按稱重試驗方法施加頂升力。測試數(shù)據(jù)的分析計算結果見表2。

表2 30號墩T構稱重測試分析計算表

由表2的計算結果可得，30號墩的T構兩側懸臂存在的不平衡力矩，偏心距為7.6cm，位于T構小里程端，因偏心距值位于規(guī)范推薦值（5～15cm）內(nèi)。故不需調(diào)整30號墩的T構的偏心距。[6]

六、結束語

本項目通過對轉體橋的T構進行稱重試驗，根據(jù)試驗結果進行偏心距的調(diào)整，保障了轉體橋T構的順利轉體對接，為類似橋梁轉體項目的稱重及調(diào)整偏心距提供了參考。