文／劉振軍 中鐵十四局集團(tuán)第五工程有限公司 山東濟(jì)寧 272100

1、引言

本文依托金泉大街轉(zhuǎn)體橋成功轉(zhuǎn)體實(shí)例，總結(jié)已建轉(zhuǎn)體橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展超大幅寬空心“V”型單墩雙肢T構(gòu)轉(zhuǎn)體橋梁稱重配重技術(shù)探究，圍繞本橋結(jié)構(gòu)和施工特點(diǎn)，研究轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的不平衡力矩、摩阻系數(shù)、轉(zhuǎn)動(dòng)體T構(gòu)偏心控制等技術(shù)參數(shù)。對(duì)本橋的轉(zhuǎn)體不平衡稱重進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)控制梁體轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性，有效控制內(nèi)力、線形及轉(zhuǎn)體姿態(tài)等具有重要意義。

2、工程概況

金泉大街上跨京廣、和邢鐵路立交橋項(xiàng)目位于河北省邢臺(tái)市，上跨京廣鐵路立交橋采用2×70m轉(zhuǎn)體T型鋼構(gòu)，與鐵路夾角79°，理論轉(zhuǎn)體時(shí)間69min。上部結(jié)構(gòu)采用單箱雙室斜腹板箱形截面，雙肢處隔墻橫梁采用整體式，其余分幅布置。

采用節(jié)段現(xiàn)澆、轉(zhuǎn)體法施工，轉(zhuǎn)體長(zhǎng)度為65m+65m，順時(shí)針轉(zhuǎn)體79°就位，轉(zhuǎn)體重量約為20031t。轉(zhuǎn)體就位后，再搭滿堂支架現(xiàn)澆5m后澆段，形成2×70m的T構(gòu)橋梁。

3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及稱重平衡控制要點(diǎn)

3.1 超大幅寬單墩雙肢轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)

本橋轉(zhuǎn)體主墩為大斜度空心“V”型單墩雙肢結(jié)構(gòu)，支撐上部重量達(dá)254.8t，橋橫向幅寬41m，由于球鉸體系的制作安裝誤差和梁體質(zhì)量分布差異以及預(yù)應(yīng)力張拉的程度差異，可能導(dǎo)致橋墩兩側(cè)懸臂梁段及橋梁橫向質(zhì)量分布不同以及剛度不同，從而產(chǎn)生不平衡力矩。為確保轉(zhuǎn)體姿態(tài)平穩(wěn)，橫橋、縱橋向均需進(jìn)行稱重配重試驗(yàn)。

3.2 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)總重量20031噸

本橋轉(zhuǎn)體重量大，通過(guò)減小摩阻力，提高轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是保證轉(zhuǎn)體順利實(shí)施的兩個(gè)關(guān)鍵。主要取決于兩個(gè)技術(shù)參數(shù)：

（1）通過(guò)稱重試驗(yàn)測(cè)得球鉸實(shí)際摩擦系數(shù)；

（2）通過(guò)配重方案使轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)中心與理論轉(zhuǎn)動(dòng)中心相重合或控制在一定范圍內(nèi)。

AC在平面構(gòu)造等深圖上不是氣水內(nèi)外邊界的寬度，而是代表了氣水內(nèi)外邊界深度差，因此可以用FB表示，相當(dāng)于在兩個(gè)坐標(biāo)系下進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，這一點(diǎn)是該方法的關(guān)鍵。

3.3 轉(zhuǎn)體梁T構(gòu)懸臂長(zhǎng)度65m

本橋T構(gòu)轉(zhuǎn)體梁的懸臂長(zhǎng)度達(dá)到65m，在豎平面內(nèi)由于不平衡力矩使球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系產(chǎn)生0.01°的微小轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)體梁端就會(huì)產(chǎn)生大約11.3mm的豎向位移。因此，無(wú)論在轉(zhuǎn)體過(guò)程中，還是在梁體線形的調(diào)整中，合理的配重可精確控制懸臂段的標(biāo)高和轉(zhuǎn)體體系的重量平衡，提高體系的抗傾覆穩(wěn)定性，安全跨越鐵路接觸網(wǎng)等設(shè)備。

3.4 水平轉(zhuǎn)體時(shí)間要求短

轉(zhuǎn)體過(guò)程中有可能出現(xiàn)的非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)或急起、急停情況，其產(chǎn)生的慣性力會(huì)導(dǎo)致梁體變形。此外轉(zhuǎn)體施工受到鐵路部門“天窗點(diǎn)”的限制，因此，保持梁體緩慢勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（保持0.02rad/min）完成是轉(zhuǎn)體施工的關(guān)鍵。

4、稱重配重技術(shù)

4.1 試驗(yàn)原理

稱重試驗(yàn)采用測(cè)試剛體位移突變的方法，通過(guò)球鉸豎向轉(zhuǎn)動(dòng)方式測(cè)試不平衡力矩，轉(zhuǎn)動(dòng)體受力明確，只考慮剛體作用，而不涉及撓度等影響因素較多的參數(shù)，結(jié)果比較準(zhǔn)確。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及配重方案

轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)拆除完砂箱、尚未解鎖球鉸螺栓時(shí)，根據(jù)梁端高程變化和撐腳與滑道縫隙變化，同時(shí)參考主梁混凝土澆筑情況，決定在稱重前對(duì)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始配重。配重位置分別位于主梁0號(hào)塊橫梁西側(cè)（靠鐵路側(cè)）和轉(zhuǎn)體梁北側(cè)梁端，配重采用每盤重3.6噸的鋼絞線。

表1 稱重前初始配重統(tǒng)計(jì)表

4.2.1 縱橋向稱重試驗(yàn)結(jié)果

稱重前轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)縱橋向南北側(cè)撐腳均未著地，屬于摩阻力矩大于不平衡力矩的情況，故需在轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)南側(cè)及北側(cè)均布置千斤頂進(jìn)行稱重，千斤頂布置在南側(cè)稱重時(shí)荷載-位移測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1、2。稱重加載過(guò)程主千斤頂頂力每級(jí)增加20噸，輔千斤頂頂力每級(jí)增加10噸。

圖1 縱橋向南側(cè)稱重南側(cè)百分表荷載-位移折線圖

圖2 縱橋向北側(cè)稱重南側(cè)百分表荷載-位移折線圖

根據(jù)縱橋向南側(cè)稱重的荷載—位移曲線看出，當(dāng)主千斤頂頂力和達(dá)到7200kN，輔千斤頂頂力和達(dá)到3600kN時(shí)，位移迅速增加；由此可以判別出此時(shí)球鉸處于克服靜摩阻力臨界狀態(tài)；縱橋向北側(cè)稱重的荷載-位移曲線知，當(dāng)主千斤頂頂力和達(dá)到4000kN，輔千斤頂頂力和達(dá)到2000kN時(shí)，位移迅速增加；由此可以判別出此時(shí)球鉸處于克服靜摩阻力臨界狀態(tài)；根據(jù)剛體位移突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載（頂力），由計(jì)算公式得出稱重參數(shù)（表2）。

表2 縱橋向稱重試驗(yàn)結(jié)果

4.2.2 橫橋向稱重試驗(yàn)結(jié)果

稱重前轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)橫橋向東西側(cè)撐腳均未著地，屬于摩阻力矩大于不平衡力矩的情況，故需在轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)東側(cè)及西側(cè)均布置千斤頂進(jìn)行稱重，千斤頂布置在東側(cè)稱重時(shí)荷載-位移測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3、4。稱重加載過(guò)程主千斤頂頂力每級(jí)增加20噸，輔千斤頂頂力每級(jí)增加10噸。

圖3 橫橋向東側(cè)稱重東側(cè)百分表荷載-位移折線圖

圖4 橫橋向西側(cè)稱重東側(cè)百分表荷載-位移折線圖

根據(jù)橫橋向東側(cè)稱重的荷載—位移曲線看出，當(dāng)主千斤頂頂力和達(dá)到5600kN，輔千斤頂頂力和達(dá)到2800kN時(shí)，位移迅速增加；由此可以判別出此時(shí)球鉸處于克服靜摩阻力臨界狀態(tài)；橫橋向西側(cè)稱重的荷載-位移曲線知，當(dāng)主千斤頂頂力和達(dá)到5200kN，輔千斤頂頂力和達(dá)到2600kN時(shí)，位移迅速增加；由此可以判別出此時(shí)球鉸處于克服靜摩阻力臨界狀態(tài)；根據(jù)剛體位移突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載（頂力），由計(jì)算公式得出稱重參數(shù)（表3）。

表3 橫橋向稱重試驗(yàn)結(jié)果

4.3 配重方案選取

4.3.1 平衡配重與不平衡配重方案對(duì)比

平衡轉(zhuǎn)體配重是指T構(gòu)偏心距為零，重量全部由球鉸本身承受，所有撐腳都不和滑道接觸，由球鉸自身維持平衡狀態(tài)。轉(zhuǎn)動(dòng)體近似作為單點(diǎn)支撐，轉(zhuǎn)體啟動(dòng)時(shí)所需牽引力相對(duì)較小，在轉(zhuǎn)體橋啟動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，由于瞬時(shí)啟動(dòng)的慣性和其他外界因素的影響，轉(zhuǎn)體橋會(huì)在豎平面內(nèi)產(chǎn)生晃動(dòng)，結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)安全隱患。

不平衡轉(zhuǎn)體配重是偏心距不為零，轉(zhuǎn)體重量由球鉸和撐腳共同支撐，在轉(zhuǎn)體過(guò)程中梁體重心與球鉸重心不重合，T構(gòu)會(huì)向重一側(cè)傾斜，撐腳著地，使得轉(zhuǎn)體梁形成球鉸及撐腳兩點(diǎn)或者三點(diǎn)豎向支撐，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)體過(guò)程中姿態(tài)一致，轉(zhuǎn)動(dòng)更加安全。轉(zhuǎn)體就位后，易于梁體姿態(tài)調(diào)整。

4.3.2 不平衡配重方案確定

根據(jù)稱重試驗(yàn)結(jié)果及施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為確?？缂扔芯V鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全，本項(xiàng)目確定采用不平衡轉(zhuǎn)體配重方案進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。

5、轉(zhuǎn)體驗(yàn)證稱重配重方案

（1）轉(zhuǎn)體前進(jìn)行稱重配重，采用在梁面采用鋼絞線進(jìn)行配重的方案可行。

（2）通過(guò)試轉(zhuǎn)，連續(xù)作用千斤頂拽拉啟動(dòng)力為104t，正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，拽拉力平均84噸，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)文件提供的306.3噸拽拉啟動(dòng)力。由此可見(jiàn)，球鉸安裝精度高，稱重試驗(yàn)成功，計(jì)算準(zhǔn)確，配重合理。

（3）正式轉(zhuǎn)體結(jié)束后，進(jìn)行轉(zhuǎn)體橋梁姿態(tài)調(diào)整，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，主橋梁端相對(duì)高差平均值為5mm、軸線偏位為9mm，滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTGTF50-2011）要求，轉(zhuǎn)體施工精度較高。

6、技術(shù)展望

轉(zhuǎn)體橋梁稱重配重試驗(yàn)，對(duì)控制梁體轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性，有效控制內(nèi)力、線形及轉(zhuǎn)體姿態(tài)等具有重要意義。為保證轉(zhuǎn)體重量、跨度、角度等技術(shù)不斷突破，作者認(rèn)為，在本文工作基礎(chǔ)上，可以通過(guò)設(shè)計(jì)及施工方面加以改進(jìn)：

（1）增大撐腳至球鉸支座中心間距，有效提高稱重效率，采用小型設(shè)備即可完成稱重工作，降低能源消耗；

（2）施工過(guò)程中，撐腳與滑道間預(yù)留空隙應(yīng)大于計(jì)算值10～15mm。若撐腳與滑道之間的間距太小，轉(zhuǎn)體過(guò)程會(huì)出現(xiàn)“抵死”情況，增大轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦阻力；若間距太大，轉(zhuǎn)體過(guò)程中結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生大角度轉(zhuǎn)動(dòng)，致使球鉸支座內(nèi)部滑片應(yīng)力大幅增大，出現(xiàn)損壞情況。

（3）轉(zhuǎn)體過(guò)程中，為確保轉(zhuǎn)體安全可靠、姿態(tài)穩(wěn)定，可采用不平衡配重方式使撐腳“著地”進(jìn)行轉(zhuǎn)體施工。因此，提高撐腳允許應(yīng)力至關(guān)重要。通過(guò)提高單個(gè)撐腳面積、增加撐腳數(shù)量、提高撐腳混凝土強(qiáng)度等級(jí)和外套鋼管等技術(shù)手段，提高撐腳混凝土的允許應(yīng)力。