转体桥梁结构平衡配重试验与计算研究

李强

摘要：依托汕湛高速公路惠清项目北江特大桥上跨京广铁路，根据国内外学者针对转体桥梁转体结构平衡配重的研究，结合理论试验及工程经验，确保铁路既有线行车安全并减少对铁路运营的干扰，既有线上跨桥梁大量采用转体法施工，结合北江特大桥T型连续梁桥的工程实例，对跨越高密度营业线以及繁忙省道转体法结构平衡配重施工技术展开研究，详细介绍了转体配重试验关键技术，为今后跨越既有高密度营业先电气化铁路及繁忙公路转体法施工的桥梁设计、施工提供一些可借鉴的经验。

关键词：桥梁转体；平衡配重；既有线；T型连续梁

1引言

随着我国经济的快速发展，高速公路建设里程的不断增加，公路跨越既有铁路的情况越来越多，如何在确保运营铁路安全通行的同时，有保证高速公路桥梁的施工质量和进度就显得尤为重要，此文以汕湛高速公路惠清项目北江特大桥上跨京广铁路转体梁施工为例，通过对梁体不平衡力矩、转体配重、摩阻系数、转体偏心控制等方面进行试验研究总结，并结合现场实际情况，提出转体桥梁转体结构平衡配重的施工技术要点。

2工程概况

汕（头）湛（江）高速公路惠清高速公路北江特大桥（转体桥）于K149+949.6、K150+016.0里程处分别跨越京广铁路、省道S253，其省道S253与京广铁路平行，北江特大桥与铁路、公路轴线交叉角度为87°，京广铁路为双向电气化铁路，省道253路面宽度为15米，采用（56+56）米T构连续梁转体跨越。在2#主墩承台布置平转体系，沿铁路及省道253设置平转体系，沿铁路及省道S253内侧浇筑（50+50）m长梁段，形成平衡转动体结构。1#及3#交界墩采用在原位现浇成型，最终完成合拢。主墩距京广铁路防护栏宽度为23.7米，下承台外边距铁路防护栏边缘最小距离为18.14m，在铁路限界范围内；梁底至轨顶标高9.466m，电杆顶部距离梁底最小净空大于0.5m，墩顶顺时针平行转体87°就位、合拢，转体总重量140000kN。转体结构由转体下盘、球铰、上转盘、转动牵引系统、助推系统、轴线微调系统组成。

3试验目的

围绕该桥的结构和施工特点，在转动梁体的不平衡力矩、转体配重、摩阻系数、转体偏心控制等方面开展研究工作。对该桥的转体不平衡称重进行现场试验，以保证转体施工阶段的结构安全，提高施工质量。为类似转体桥梁的设计和施工积累经验和数据，为桥梁运营期间的技术管理和技术评估提供依据。达到为类似桥梁水平转体施工方法提供按参考依据。

4试验内容

本试验在施工支架完全拆除后和转体前进行，测试研究内容主要包括：

⑴转动体部分的纵桥向和横桥向不平衡力矩；

⑵转动体部分的纵向和横向偏心距；

⑶转体球铰的摩阻力矩及摩擦系数；

⑷完成转体梁的配重。

5试验方法

5.1试验方案

采用球铰转动测试不平衡力矩，这种方法采用测试刚体位移突变的方法进行测试，受力明确，而且只考虑刚体作用，不涉及挠度等影响因素较多的参数，结果比较准确。当脱架完成后，整个梁体的平衡表现为两种形式之一，①转动体球铰摩阻力矩（Mz）大于转动体不平衡力矩（MG）。此时，梁体不发生绕球铰的刚体转动，体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持，见图5-1；②转动体球铰摩阻力矩（Mz）小于转动体不平衡力矩（MG）。此时，梁体发生绕球铰的刚体转动，直到撑脚参与工作，体系的平衡由球铰摩阻力矩、转动体不平衡力矩和撑脚对球心的力矩所保持，见图5-2。

图5-1转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩

图5-2转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩

5.2确定摩阻力矩和不平衡力矩

1）转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩设转动体重心偏向小里程侧，在南侧承台实施顶力P1（见图5-1）。当顶力P1逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：

（1）

在小里程侧承台实施顶力P2（见图5-2）。当顶力P2逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：

（2）

解方程（1）和（2），得到，

不平衡力矩：

摩阻力矩：

2）转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩设转动体重心偏向小里程侧，此种情况下，只能在小里程侧承台实施顶力P2（见图5-2）。当顶力P2（由撑脚离地的瞬间算起）逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有

（3）

当顶升到位（球铰发生微小转动）后，使千斤顶回落，设P2'为千斤顶逐渐回落过程中球铰发生微小转动时的力，则

（4）

解方程（3）和（4），得到，不平衡力矩：

摩阻力矩：

_{5.3 施力设备及测点布置}

_{根据设计，N=140000kN，R =8m，μ=0.03；得到设计静摩阻力矩为：0.03×0.98×140000×8=32928kN.m在距转体中心线5.250m处两侧各设置2台4000kN的千斤顶，单侧2台千斤顶共需要的顶力：32928/5.25=6272kN。分别对转体梁进行顶放，在上转盘底四周布置4个百分表，用以测试球铰的微小转动。该施力方案要求千斤顶出力大，由于上、下承台的刚度很大，变形很小，容易使球铰发生微小转动，且操作相对简单，安全性高。}

_{5.4 测试仪器和设备}

_{⑴位移百分表位移百分表：用于测试上转盘底面的位移，数量4个。机械式百分表，主要技术指标：量程9mm，精度1/100，线性度大于0.2%；使用条件，受周围环境影响不大。}

_{⑵JMZX-3340AT穿心式智能六弦数码力传感器和JMZX-3006综合测试仪六弦数码力传感器，主要技术指标：量程5000kN，精度1kN，使用条件受周围环境影响不大，与JMZX-3006综合测试仪配套使用。}

_{⑶千斤顶：500吨千斤顶4台；}

_{⑷钢板8块：边长400mm×400mm、厚20mm；}

_{⑸锚具，千斤顶到上转盘的距离用锚具来填充，30个左右；}

_{⑹配电箱，插座和线路引到承台下。}

_6结论

_{总之，公路跨越既有铁路的情况越来越多，需要我们在确保运营铁路安全通行的同时，保障高速公路桥梁的施工质量和进度。}

_{参考文献：}

_{[1]中铁第一勘察设计院集团有限公司．刘房子特大桥47号～50号墩|．甘J（48+80+48）nl连续梁施工方案变更设计（专题施工）[Z]．西安：2009．}

_{[2]中交第二公路工程局有限公司．刘房子哈大铁路立交特大桥跨既有京哈铁路转体施T方案[Z]．2009．[3]JTJ041--2000，公路桥涵施工技术规范[S]．}

_{[3]胡紊敏．桥梁转体施工方法及应用[J]．交通世界，2008（1）．}

_{[4]张健峰，钟启宾．桥梁水平转体法施工的成就及发展[J]．铁道标准设计,1992（6）．}