劉 濤

（中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津300251）

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多立交橋梁上跨鐵路的情況，城市立交橋匝道經(jīng)常位于小半徑上，由于目前缺乏相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗和資料，設(shè)計時往往盡量調(diào)整線型避免這種情況。然而，這種做法不僅會降低平面的線形指標，影響行車舒適性，增加造價，而且易造成安全事故，影響橋梁的美觀。

當(dāng)前轉(zhuǎn)體鋼構(gòu)橋為跨越既有繁忙鐵路干線尤其是高速鐵路的首選方案，而小半徑曲線轉(zhuǎn)體橋梁的設(shè)計在國內(nèi)還是空白。目前急需開展對跨鐵路小半徑曲線轉(zhuǎn)體橋的受力特點、轉(zhuǎn)體系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造等方面的研究?，F(xiàn)以太原市北中環(huán)線工程跨石太客專及石太線立交橋項目為例，針對小半徑轉(zhuǎn)體橋的轉(zhuǎn)體系統(tǒng)設(shè)計展開研究。

1 工程概況

跨石太客專及石太線立交橋工程是太原市北中環(huán)澗河立交橋的一部分，為轉(zhuǎn)體施工T型剛結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)體墩設(shè)在鐵路西側(cè)，順鐵路施工剛構(gòu)橋，梁部采用鋼箱梁。轉(zhuǎn)體系統(tǒng)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)組成，轉(zhuǎn)體總重量為W=18000kN。上、下轉(zhuǎn)盤之間設(shè)置鋼質(zhì)球鉸，分上下兩片，在下球面板上鑲嵌填充聚四氟乙烯復(fù)合夾層滑板，靜摩擦因數(shù)小于0.05，動摩擦因數(shù)小于0.03。

2 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

主橋采用轉(zhuǎn)體法施工，外側(cè)防撞護欄與防護屏施工完成后整幅轉(zhuǎn)體，跨線處一次轉(zhuǎn)體就位，其他部分為支架拼裝施工。

2.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)

轉(zhuǎn)體系統(tǒng)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)體下盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)組成。牽引系統(tǒng)設(shè)計則應(yīng)先按轉(zhuǎn)體重量、摩擦系數(shù)等計算出轉(zhuǎn)動牽引力大小，確定牽引鋼絞線的配置及張拉臺座。

2.2 球鉸

球鉸是實現(xiàn)橋梁轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵，是轉(zhuǎn)動體系的核心構(gòu)件。由于本橋位于曲線上，橋梁橫向存在扭轉(zhuǎn)的力矩，為了平衡這一力矩，橋梁的結(jié)構(gòu)中心設(shè)有1.70m的偏心，確保轉(zhuǎn)體時結(jié)構(gòu)處于一個自平衡的狀態(tài)。球鉸設(shè)計豎向承載能力采用1.8萬kN。

2.3 撐腳、滑道

2.3.1 撐腳

上盤撐腳即為轉(zhuǎn)體時支撐轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的保險腿。從轉(zhuǎn)體時保險腿的受力情況考慮，轉(zhuǎn)臺對稱的兩個保險腿之間的中心線與上盤縱向中心線重合，使8個保險腿對稱分布于縱軸線的兩側(cè)。

2.3.2 滑道

在撐腳下方（即下盤頂面）設(shè)寬0.9m的滑道，滑道半徑3.35m，保持轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。要求整個滑道面在一個水平面上，其相對高差不大于2mm。滑道及撐腳布置如圖1。

圖1 滑道及撐腳布置

2.4 轉(zhuǎn)盤

轉(zhuǎn)盤是轉(zhuǎn)體的重要組成部分，轉(zhuǎn)盤由上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤組成［7］。

2.4.1 上轉(zhuǎn)盤

上轉(zhuǎn)盤是轉(zhuǎn)體的重要結(jié)構(gòu)，在整個轉(zhuǎn)體過程中形成一個多向、立體的受力狀態(tài)。上轉(zhuǎn)盤高2m。轉(zhuǎn)臺直徑φ7.5m，高度0.8m。

2.4.2 下轉(zhuǎn)盤

下盤為支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)體完成后，與上轉(zhuǎn)盤共同形成基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤采用C50混凝土。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的支座、保險撐腳環(huán)形滑道及轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等。下轉(zhuǎn)盤鋼筋布置如圖2。

圖2 下轉(zhuǎn)盤鋼筋布置

3 轉(zhuǎn)體球鉸模型

采用有限元分析軟件ANSYS12.0建立轉(zhuǎn)體橋梁球鉸部分實際尺寸的有限元模型。整體轉(zhuǎn)體球鉸模型如圖3。

圖3 整體轉(zhuǎn)體球鉸模型

建模過程采用SOLID186單元模擬上、下轉(zhuǎn)盤及球鉸鋼板。根據(jù)材料規(guī)格，轉(zhuǎn)體球鉸模型采用材料參數(shù)如表1；主墩柱頂面豎向力N=12935kN，按均勻力施加；不平衡彎矩M=28534kN·m。求解球鉸的應(yīng)力，如圖3。

表1 球鉸材料參數(shù)值

4 工程實例

太原市北中環(huán)線工程跨石太客專及石太線立交橋下采用整體模擬分析計算得到上下轉(zhuǎn)盤及球鉸節(jié)點應(yīng)力云圖如圖4。

圖4 整體分析球鉸應(yīng)力

計算結(jié)果：轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤主要以受壓為主，最大壓應(yīng)力小于22MPa，從應(yīng)力云圖可看出，這是由于網(wǎng)格劃分不均勻和接觸界面突變導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。除去個別應(yīng)力集中節(jié)點，下轉(zhuǎn)盤應(yīng)力分布均勻，符合真實受力情況。根據(jù)JTG D62—2004《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》，C50混凝土允許抗壓強度22.68MPa，鋼材允許強度345MPa（短暫狀況局部應(yīng)力按屈服強度控制），C50混凝土允許抗壓強度22.68MPa，鋼材允許強度490MPa，由主應(yīng)力云圖看出無論是混凝土應(yīng)力還是鋼板應(yīng)力值均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)是安全的，本工程球鉸設(shè)計是合理可靠的。

5 結(jié)語

（1）跨石太客專及石太線立交橋工程是太原市北中環(huán)澗河立交橋的一部分。工期緊，精度要求高，采用轉(zhuǎn)體法施工。

（2）本工程采用有限元分析軟件ANSYS模型，轉(zhuǎn)體施工模擬計算，減少了施工工期，降低了安全風(fēng)險。目前，本工程已順利施工結(jié)束，其工藝達到預(yù)期，說明此設(shè)計方案效果比較理想。

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