重庆交通大学 重庆 400074
摘要：在转体施工中，为确保转体过程的安全和转体施工的顺利进行，在转体前对转动体进行称重试验。本文以宁夏第一座转体桥——中宁石碱路上跨包兰铁路立交桥T型刚构转体桥为背景，重点阐述了转动体不平衡力矩、摩阻力矩、偏心距及转动球铰静摩擦系数的测试和分析。称重后，转动体不平衡力矩偏向西侧，需进行配重，确保转体过程中主桥的安全。为今后同类桥梁施工提供借鉴。
关键词：T刚构；转体桥；称重
1 工程概况
中宁石碱路上跨包兰铁路立交桥，主跨为2×55m T型刚构桥，跨越既有包兰铁路，交角为78.4°，施工时为了不影响铁路线的正常运营，采用平面转体的方法施工，转体到位后再进行合拢段施工。转体总重量7400t，转体角度81.0°，转体长度50+50m，上部结构采用预应力混凝土单箱双室斜腹板箱梁。根部中心梁高5.7m，端部中心梁高2.7m，梁底线型按圆曲线变化。
2 转体施工不平衡力矩测试原理
2.1 测试方法
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，而不涉及挠度等影响因素较多的参数，结果比较准确。
该测试方法假设梁体可以梁体可以绕球铰发生刚体转动，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；（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。
2.2 转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩
根据现场观测结果发现，该梁的平衡姿态属于球铰摩阻力矩大于体系的不平衡力矩。因此设转动体重心偏向东侧，在西侧承台实施顶力P1。当顶力P1逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，在东侧承台实施顶力P2。当顶力P2逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，可以得到：
不平衡力矩：
摩阻力矩：
3 施力设备及测点布置
根据设计，N =74000kN，球铰球面半径R =8m。本施力方案拟于上盘承台施加顶力。在距转体中心线约3.85m处左右各设置2台400t千斤顶，分别对转体梁进行顶放，同时在上转盘底四周布置2个位移传感器，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，变性很小，容易使球铰发生微小转动，且操作相对简单，安全性高。
4 试验步骤
（1）在选定断面处安装位移传感器和千斤顶；
（2）调整千斤顶，使所有顶升千斤处于设定的初始顶压状态；
（3）千斤顶逐级加力，记录位移传感器的微小位移，直到位移出现突变；
（4）绘制出P-Δ曲线；
（5）确定不平衡力矩、摩阻系数、偏心距；
（6）确定配重重量、位置及新偏心距。
5 测试所用设备
（1）千斤顶四台，用于施加顶力。
（2）应变式位移传感器：用于测试球铰微小转动产生的撑脚竖向位移。主要技术指标：量程±50 mm，精度1/1000，线性度大于0.2%，使用条件：受周围环境影响不大。
（3）百分表：量程0-50mm，精度0.01mm。
（4）数据采集系统：本项目采用美国生产的IOTECH Wave Book 512数据采集系统。IOTECH Wave Book 512的技术参数如下：满足本次测试的要求：
采样率：100万次/秒；
分辨率：12bit
通道：40个电压通道，10个动态应变通道
（5）数据分析软件系统。
本次试验采用美国DADiSP 数据分析软件包。该软件包可实现本次测试中相关数据的处理及分析，并能做到实时处理，可满足及时提供主要测试结果的要求。
6 试验结果
6.1 试验结果
千斤顶位于转体桥西侧的荷载-位移测试结果列于图1中，由图表可以得出，当荷载小于28Mpa时，荷载-位移呈线性变化；当荷载大于28Mpa时，位移迅速增加，荷载则有所降低。由此判别出28Mpa 即P1=3694.222kN时，球铰处于克服静摩阻力的临界状态。
图1 西侧千斤顶顶力与撑脚处位移关系曲线
千斤顶位于转体桥东侧时的荷载-位移测试结果列于图2中，从图表中可以得到P2=1747.013kN，对应油表读数为13Mpa。
图2 东侧千斤顶顶力与撑脚处位移关系曲线
计算参数如表1
偏向西侧
6.3 配重建议
平衡转体配重方案（单球铰支承）
该转体方案的思想是，通过在重心偏离的相反一侧配重，使转体梁的重心线通过球铰竖轴线。此时，配重可按下式计算：
（6-1）
上式中：
——所需要的配重量
——体系配重前的重心偏心距
——体系配重距离球铰中心的距离，即配重的位置。
当然，配重后体系往往达不到理想的重量平衡，即重心多少还有一些偏心，只是偏心距较小而已。则配重后体系新的重心偏移量为
（6-2）
——体系配重后的重心偏心距
根据称重试验结果，建议配重方案：
在转体桥东侧距转体中心45m处配重8.4吨，配重后理论偏心为0。
7 结论
中宁县石碱公路上跨包兰铁路转体桥，经过不平衡称重试验以及计算，得到如下参数：球铰摩阻力矩10484.444kN﹒m，摩阻系数为0.018；不平衡力矩3751.980 kN﹒m，偏心距5.1cm，偏向西侧；在主梁东侧距转体中心45米处配8.4吨配重材料，配重后理论偏心为0。于2014年12月19日成功转体。
参考文献：
[1]潘金华，刘博.球铰的预制及安装[J].铁道标准设计.1998（09）.
[2]胡美玲，陈国梁.转体桥梁转动体系精度控制[J].科技创新导报.2009（32）.
[3]乔明.三岔口特大桥转体桥转盘球铰施工技术[J].中国铁路.2010（6）.
论文作者:曹科
论文发表刊物:《基层建设》2015年18期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签：力矩论文; 不平衡论文; 位移论文; 偏心论文; 千斤顶论文; 阻力论文; 测试论文; 《基层建设》2015年18期供稿论文;