刚构桥转体施工工艺及特点

马志成刘炽许懿张利勇宝唯昭

摘要：转体施工方法是一种新型桥梁施工方法，可以在不影响桥梁下方交通的情况下进行桥梁施工作业。刚构桥是一种墩、梁固结的桥梁结构形式，两端受力平衡，非常适合于转体施工方案。通过对转体施工工艺的介绍，分析了各种施工方法的优缺点，并结合该种桥型的受力特点，总结出转体施工方法的优越性及适用范围，为今后相关领域的应用提供一定的借鉴作用。

关键词：T形刚构；转体施工；转盘受力；平铰；球铰

T形刚构桥是刚构桥的一种类型，是一种具有悬臂受力特点的梁式桥，从墩上伸出悬臂，跨中用剪力铰或简支挂梁组合而成，因墩上在两侧伸出悬臂，形同T字，故称此名，在预应力混凝土结构中采用悬臂施工或支架施工方法可做成比钢筋混凝土结构中长的多的悬臂结构。刚构因墩顶左右同时向外侧伸出的悬臂结构好像一个“T”的符号，被冠以其名。刚构桥最早采用的是钢筋混凝土结构，其截面高度沿桥跨方向一般是变化的，墩顶截面处的负弯矩值最大，此处的梁高也是最高的。由于墩顶位置处较大负弯矩的存在，一般会产生裂缝，其跨越能力受到了制约。

1.转体施工方法简介

（1）支架施工法

有支架就地浇筑施工是一种应用很早的施工方法，它是在支架上安装模板，绑扎及安装钢筋骨架，预留孔道，并在现场浇筑混凝土与施加预应力的施工方法。过去由于施工需要用大量的模板支架，一般仅在小跨径桥或交通不便的边远地区采用，但今年来，随着桥梁结构形式的发展，出现了一些变宽的异型桥、弯桥等复杂的混凝土结构，加上临时钢构件和万能杆件系统的标准化和装配化的提高，使有支架就地浇筑施工得到了广泛的应用。但方法施工速度慢，并且需要占用桥下空间，对桥下有通行要求的不能采用该种方法。

（2）悬臂施工法

悬臂施工法建造悬臂与连续体系桥梁时，不需要在河中搭设支架，而直接从已建墩台顶部逐段向跨径方向延伸施工，每延伸一段就施加预应力使其与成桥部分联结成整体。采用悬臂施工法时，要特别注意两个问题，一是在施工过程中，必须保证墩与梁固结，用悬臂施工法从桥墩两侧逐段延伸来建造预应力混凝土悬臂梁桥时，为了承受施工过程中可能出现的不平衡力矩，保证施工过程中结构的稳定可靠，就需要采取措施使墩顶的零号块件与桥墩临时固结起来。二是必须充分考虑施工期出现的体系转换问题，结构体系转换是指在施工过程中，当某一施工程序完成后，桥梁结构的受力体系发生了变化，如简支体系转化为悬臂体系或连续体系等等，这种变化过程称为体系转化。悬臂施工法不受桥高、河深等影响，适应性强，目前不仅适用于悬臂与连续体系梁桥的施工，而且还广泛应用于混凝土斜拉桥以及钢筋混凝土拱桥等施工中。

（3）转体施工法

桥梁转体施工是上世纪40年代以后发展起来的一种架桥工艺。它是在河流的两岸或适当的位置.利用地形成使用简便的支架先将半桥预制完成，之后以桥梁结构本身为转动体，使用一些机具设备，分别将两个半桥转体到桥位轴线位置合拢成桥。其特点有：可利用地形，方便预制；施工不影响交通；施工设备少，装置简单；节省施工用料。施工工序简单，施工迅速；它适合于单跨和三跨桥梁，可在深水、峡谷中建桥采用，同时也适应在平原区及城市跨线桥。现在很多跨铁路及跨公路桥中都用到了桥梁转体施工技术，采用下方转体球铰结构及后期连续千斤顶转体施工使两个处于交角或平行的半桥转体到位并合拢成桥。

桥梁转体施工打破桥梁常规施工方法中施工场地的局限，通过转换桥梁跨越结构的施工场所来避免或减小对桥下交通的影响，根据转动方向，桥梁转体施工方法分为竖转法、平转法以及平转与竖转相结合的方法。

竖转法是将桥梁上部结构以跨中为界分为两部分，首先在桥梁设计轴线上搭设简单支架进行组拼或现浇（也可工厂制造后运输至桥位处），然后在桥墩或拱脚处安装转铰，将结构竖向旋转至上部结构的设计标高，最后进行跨中合拢结构的安装工作，竖转法一般应用于拱桥施工中。平转法，是利用桥梁跨越线（比如铁路、公路、河流和山堑等）两侧的地形顺着跨越线预制拼装庞大的桥梁结构，通过转盘和牵引设备使桥梁转体结构转体到位的。在桥梁转体施工中，平转法应用较多，主要应用于刚构桥、斜拉桥等桥型中。平转与竖转相结合的方法综合利用竖转法和平转法的施工特点。该方法多应用于跨越宽阔的障碍物（如河流、火车线组等）并且桥位处地形式平坦的桥梁建设情况。

转体桥梁最核心的受力部件是转盘结构，一般包含：上、下转盘；撑脚；转轴；牵引钢丝绳反力支座等。其中转盘结构一般分为平铰及球铰两部分。刚构桥一般常用平铰结构，大跨径斜拉桥、悬索桥等采用球铰居多。

2.转体桥的特点

（1）转体重量大

经过几十年的发展，转体施工法的施工工艺和施工工艺逐渐成熟，转体桥的总重量也发生了巨大的增长。1980年，修建的鲁班水库桥转体重量仅50t。经过30余年的发展，2014年1月修建的姑嫂树高架桥，重量高达17300t。仅仅过了一年，2015年1月，邹城市三十米桥上跨铁路立交桥转体重量达到了世界之最——22400t。转体施工桥的转体重量正逐步向上增长。

（2）转体梁悬臂长度大

对于悬臂长度达115m的黄石余家湾上行特大桥，当承台位置处变化1mm的时候，最大悬臂端位移量就达到将近40mm。因此，在桥梁转动过程中及转体完成后的线形调整中，要精准的控制最大悬臂端的标高和梁体的两端的弯矩平衡，提高桥梁的抗倾覆能力，实现转体后顺利合龙。本论文研究的转体桥桥跨布置为61.94m+61.94mT构转体桥，其中悬臂长度为59.19。

（3）转体梁宽度大

随着社会的发展和人民生活水平的提高，越来越多家庭购置了小汽车，有的家庭甚至购置了第二辆、第三辆小汽车，这就造成了道路越来越拥堵，我国道路上修建的桥梁多为双向四车道，这已经不大满足拥堵的路况所需要的路幅宽度，现在修建的桥梁很多是双向六车道，有的为上下幅分离式桥梁。对于桥面比较宽的转体桥，可能由于混凝土浇注时分布不均匀而在横桥向上会产生横向不平衡力矩，这种横向不平衡力矩使球铰侧转、使转体梁受扭，使得桥梁的分析更加复杂。转动前要做好横向和纵向的偏心计算和控制，确保桥梁转体时的稳定和安全。本论文转体桥的宽度为21.3m，转体时应特别注意横向的稳定与安全，确保不会时球铰侧转、使转体结构受扭。

（4）转体过程中风荷载影响较大

风荷载在转体过程中对于转体桥梁影响很大，转体桥在风荷载下产生的动力响应对其影响很大，根据我国桥梁现场转体的经验，由于多方面的原因，所给出的转体时间有限，建设单位、施工单位以及广大市民都很关心在转体当天是否有不利于转体工作进行的大风，是否能按时进行转体。对于大悬臂、宽幅的转体桥梁，由于受风面积比较大，所以整个桥梁受到的风荷载也就比较大。尤其是风频与转体桥的自然频率接近时，转体桥在风荷在激励下的响应将会很大，而且，当桥梁施工地处于多风地区时，也要考虑风荷载对于桥梁稳定性的影响。显然，分析风荷载对转体桥的影响，确定转体时的安全临界风速对于转体方案的确定是十分必要的。

（5）转体桥合拢前后受力区别大

合拢前，转体桥处于静定结构，由球铰提供抗倾覆力矩保持转体桥的平衡。合拢前，转体桥悬臂最大端受力为零，主梁根部截面处受力最大。当转体桥转动到合拢位置后，整个桥梁的受力体系发生了变化，由静定结构转变为超静定结构。主梁应力进行了重分布。从结构力学及其理念上讲，桥梁结构体系发生转换是一个不可忽视的环节，无论是设计上海市施工上都需要准确把握，使桥梁结构最终的变形和内力处于一个可控制的范围以内。

总之，桥梁的转体过程十分复杂、技术难度大、精度要求高，是全桥施工的关键。尽管转体桥的施工工艺和施工技术逐渐成熟，但是具体到每一座桥梁上均有其特殊性，因此转体施工技术的应用和研究还在不断和改进中。

结语

转体桥梁施工需要进行严格受力分析，对于刚构桥来说，两侧受力基本一致，所受到的弯矩、建立是对称分布的。因此刚构桥特别适合于转体施工方法。对于结构在转体过程中的施工监控，主梁线性监测，成桥荷载试验等都是需要进行严格进行的，保证桥梁在转动过程中的安全。