摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，结合某跨石太铁路转体主桥工程进行了桥梁不平衡称重试验研究。详细介绍了通过试验测定球铰由静动摩擦状态变化的临界值，并根据试验结果计算出转体配重质量及位置，最终确定了配重方案，从而保证了大跨度斜拉桥的转体施工安全性和可靠性。
关键词：桥梁工程；斜拉桥；大跨度；转体；不平衡称重；施工技术
引言
桥梁转体施工方法是桥梁施工的一种新工艺。它是利用桥梁结构本身作为主要受力构件，采用摩擦系数很小的转铰和滑道组成转盘结构，以简单的设备，将桥梁整体旋转安装到位的施工方法。因其具有节约施工用材，减少施工设备，施工快速安全，且不影响通航，不中断通车的特点，转体施工从其诞生的那一天起，就成为桥梁工程师有兴趣探索的课题。理想的转动体系统必须具备易于转动和安全稳定这两个基本条件。转体施工的关键构件就是承载整个转动体重量的转动球铰，而转动球铰摩擦系数的大小直接影响着转体时所需牵引力矩的大小。在施工支架完全拆除后及在转体过程中，转动体的自平衡或配重平衡又对施工过程的安全性起着至关重要的作用。为了保证桥梁转动体形成整体后拆架过程中的安全和转体过程的顺利进行，及时为大桥转体阶段的指挥和决策提供依据，有必要在转体前进行转动体称重试验，测试转动体部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及静摩擦系数，然后和理论计算值相比较，为进一步确定在转体过程中是否需要配重，保证转体结构的安全及转体的顺利进行和精确到位。
1工程概况
某工程总长4.6km，主线桥采用转体斜拉桥结构形式上跨石太上行线、石太四线、石太三线、石太下行线4条铁路线，交通运输较为繁忙。主桥采用钢箱梁结构，全长250m，跨径为125m+125m，桥宽28.5m。为减少施工对营运线路影响，主线桥采用墩顶转体法施工，与匝道同步进行转体施工，转动角度为顺时针31°，转体质量为5475t。主桥桥型布置如图1所示。
图1主桥桥型布置（单位：m）
2主梁结构形式及特点
我国已建、在建转体斜拉桥的主梁截面形式主要有：箱形、“π”形、槽形，箱形截面具有整体性好，抗扭刚度大，在转体斜拉桥中应用广泛，箱形截面随着桥宽变化有单箱单室、单箱多室、多箱单室，箱形截面既适合单索面也适合双索面，采用单索面时，斜拉索锚固箱梁中部，箱形截面通常将腹板间距缩小、或设置斜拉杆解决索力传递问题。“π”形、槽形截面，其截面一般不宽，主梁高度小，能够有效降低转体重量，且具有良好的承载力，适合大跨度转体斜拉桥。此外，由于截面抗扭刚度小、截面构造等特点，只适用于双索面布置的转体斜拉桥。我国已建、在建转体斜拉桥的主梁大多为预应力混凝土结构，预应力混凝土一般用于对称悬臂转体的斜拉桥，这样可以减少配重，通过自平衡就能保证转动梁体平衡。然而，预应力混凝土结构因自重大，会增加转体重量，不适合大跨度斜拉桥转体施工。如龙岩大桥转体最大悬臂长度达173.75m，主梁若采用混凝土结构，转体重量会增大很多，采用钢箱梁不仅会降低转体重量，而且工厂焊接，现场拼装，施工速度快，适合应用于大跨度宽桥面转体斜拉桥。随着转体斜拉桥往大跨度非对称结构发展，为减少主跨的内力和变形，减小边跨支座反力以及防止产生负反力，需要增大边跨主梁重量与刚度，这时主梁宜采用混合梁。如紫气大路跨铁路立交桥、东丰路上跨铁路立交桥边跨采用预应力混凝土梁，主跨采用钢箱梁，在钢-混结合段处通过加劲肋、承压板、预应力等将边跨主梁与主跨主梁结合起来，钢-混结合段一般设计在主跨内。这样能充分利用钢材（良好的抗拉性能）和混凝土（良好的抗压性能）的材料特性，使得混合梁转体斜拉桥的受力性能、经济性、跨越能力得到很好的发展。
3转体不平衡称重试验
3.1试验目的
桥梁平转法是一种使用较多的转体方法，对于大跨度斜拉桥来说，转体的施工过程中并非在理论环境中进行，存在的外界影响因素很多。例如，转体的重心由于设计和施工误差因素不可能绝对处于其转动中心轴线上，则易出现偏心影响牵引千斤顶的拉力；同时，存在较多外界因素如施工误差、加工误差、环境因素等，都会导致转体中心两侧等长部分的梁段质量分布不均匀，产生不平衡力矩，造成转体出现偏心现象。所以在转体施工前，需对转体过程中桥梁的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩擦系数进行确定，然后再对转体部分的配重及牵引力矩进行计算，为转体施工的安全实施提供科学依据。
3.2测试方法及分析
随着转动体部分施工支架的拆除和称重墩顶千斤顶的卸载，转动体的不平衡力矩和球铰的摩阻力矩将逐渐发挥作用，参与转动体的平衡体系。施工支架拆除后，转动体的平衡体系将出现下列两种情况中的一种：1）转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩的情况；2）转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩的情况。
4称重试验结果
4.1偏心测点布置
根据设计资料，在斜拉桥转动体曲线内外侧下滑道处各布置4台250t手动式千斤顶，用以在称重实验时对转动体进行顶升，在每台千斤顶上设置压力传感器，称重实验过程中测试称重支点支反力值，压力传感器的量程应与其对应千斤顶的最大顶升力相匹配。在球铰上转盘四周纵、横桥向布置4个百分表，用以判断转动体在称重实验过程中是否发生转动。
4.2配重方案
根据纵向转体称重试验数据，不平衡力矩MG偏向于大里程（非跨铁路孔）一侧，故需在小里程（跨铁路孔）一侧配重；根据横向转体称重数据，不平衡力矩MG偏向于南侧，故需在北侧配重。桥梁配重方案主要包括2种，都是增加某侧质量使梁体相对平衡或梁体偏向倾斜。梁体绝对平衡配重，增加单侧质量使桥梁重心线与球铰支座纵向轴线基本重合，避免转体运动中发生偏心现象。该方案转体主桥为球铰单点支承，可能在竖平面内发生晃动。梁体偏向倾斜配重方案，通过增加单侧质量使转体桥的梁轴线发生可控范围内的偏心，略呈倾斜态势，非跨铁路侧撑脚落地。该方案使桥梁转体过程中存在2处支点，有利于增强转体施工中桥梁悬臂的稳定性。综合桥梁跨铁路转体的安全性和稳定性考虑，采用第2种偏向倾斜配重方案对主桥的横向和纵向进行配重。在横向及纵向位置设置统一配重，通过确定二者偏心距离确定配重位置进行转体施工。综合试验数据及计算分析，大跨度斜拉桥综合配重方案为：配重质量为25t；配重位置为纵向向西距球铰中心25m，横向向北距球铰中心10m。
结语
桥梁转体施工具有减少对线下既有交通影响的优点，在转体前如何对转体结构进行平衡称重和配重是保证转体顺利进行的关键。本文在对桥梁平转施工监测阶段进行划分的基础上，提出了大跨度斜拉桥转体监控阶段及主要监测内容，并以依托工程为例，制定了具体监控方案，并制定了相应的称重及配重方案，保证了该桥平转施工的顺利进行，该桥的经验可为同类工程提供参考。
参考文献：
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论文作者:李明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/21
标签：斜拉桥论文; 称重论文; 桥梁论文; 力矩论文; 不平衡论文; 截面论文; 偏心论文; 《基层建设》2019年第18期论文;