摘要：随着社会经济的发展，我国的交通行业有了很大进展，桥梁工程建设越来越多。桥梁转体施工成败的关键在于转体结构的安全及转体的顺利进行和精确到位。而要做到这一点，必须在转体前对转动体进行称重试验。文章结合四平市紫气大路跨铁路立交桥（主桥）转体斜拉桥的转体施工，对转动体不平衡力矩、摩阻力矩、偏心距及转动球铰静摩擦系数的实验测试进行探讨分析。
关键词：桥梁工程;斜拉桥;大跨度;转体;不平衡称重;施工技术
对于需要跨越交通繁忙的既有铁路和公路的新建桥梁而言，采用平面转体的施工方法可以有效降低施工对交通运行的影响。为了保证桥梁转体过程的安全、平顺，必须通过称重试验求得转体桥梁的不平衡力矩和静摩阻系数，并且根据测试的结果，制定相应的配重方案。
一、工程概况
以四平市为例，紫气大路跨铁路立交桥工程主桥为独塔单索面斜拉桥，桥长 255m，宽 32m（含 4m 索区），桥梁起点里程为 K1+141.0，桥梁终点里程为：K1+396.0，桥梁面积为 8160m2。紫气大路在四平站房南侧约 730m 处跨越车站咽喉区，交叉处京哈铁路设计里程 K887+162.4，公路与铁路接近正交。道路自西向东依次考虑跨过既有下行编发场咽喉区、上行直通场和上行编发场驼峰，桥位处共 15 条铁路线。既有京哈铁路为Ⅰ级铁路，交通运输较为繁忙。主桥结构形式采用独塔单索面斜拉桥，跨径布置为(165+90)m，全长 255m。结构采用塔-梁-墩全固结体系，桥塔计入装饰结构全高 100m。。为减少施工对营运线路影响，主线桥采用墩底转体法施工，与匝道同步进行转体施工，转动角度为顺时针84.5°，转体质量为23500t。
二、试验目的
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。
三、测试方案及分析
3.1偏心测点布置及说明
根据设计资料。承台处布置2台250t千斤顶，用以在称重实验时对转动体进行顶放，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。
3.2试验原理
当临时支架及砂箱施工完成后，转体主桥可能存在以下平衡状态：①球铰摩阻力矩(MZ)＞不平衡力矩(MG)转体主桥不发生绕球铰支座的刚体转动，桥梁平衡由摩阻力矩、不平衡力矩的平衡控制;②球铰摩阻力矩(MZ)＜不平衡力矩(MG)转体主桥发生绕支点的刚体转动，直到撑脚与滑道接触，桥梁在摩阻力矩、不平衡力矩、撑脚对球心的力矩三者共同作用下保持平衡。对于状态①中的情况，假设转体中心偏向小里程一侧，分别在大里程和小里程2个方向分等级起顶，同时观察到百分表位移值出现突然增大时，即为千斤顶力矩、摩阻力矩、不平衡力矩三者平衡的临界状态。对于形式②中的情况，假设拆除砂箱后小里程一侧撑脚落地，则转体中心偏向小里程一侧，需在小里程方向分别进行起顶和落顶操作，同时观察到起顶和落顶过程中百分表位移值出现突然增大时，即为千斤顶力矩、摩阻力矩、不平衡力矩三者平衡的临界状态。
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3.3测试方法及分析
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。
3.4正式转体流程
(1)准备工作全部就绪，包括上下转盘固结解除，气象条件符合要求。(2)施工封锁命令下达前，工作人员各就各位。施工负责人接到封锁命令并确认封锁命令号后，才能发布施工指令开始正式转体，转体过程中与铁路有关部门保持密切联系。(3)先让助推顶达到预顶数值后，再启动动力系统设备。(4)设备运行过程中，为了保证转体更加平稳，钢绞线牵引速度控制在0.08m/min。(5)各岗位人员的注意力必须高度集中，时刻注意观察、记录动力系统设备和转体各部位的运行情况。(6)在桥面中心轴线距离距设计位置约1.5m时，监测人员开始给控制台人员报告监测数据，及时降低顶推千斤顶的供油量。(7)转体时间天窗点，在槽形梁两侧、塔顶设置反光片，该位置处布置足够的灯源，全程监测梁体轴线、高程，塔的偏位情况。
3.5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。
3.6称重实验中应注意的问题
1)在安装千斤顶和压力传感器时，应确保千斤顶与压力传感器、压力传感器与桥体接触面的平整度，确保压力传感器读数的准确性。2)在进行称重实验时，同组千斤顶的顶升力应保证匀速、同步加载。3)球铰位移顶力曲线应为折线形式，在进行梁体顶升时，当梁体发生转动后，继续加载，根据球铰处百分表读数得到实测的位移顶力曲线，选用曲线拐点处的顶升力进行偏心力矩和偏心距的计算。
四、结语
综上所述，通过称重试验，实际测定了非对称转体结构的竖向不平衡重、偏心距及球铰的摩阻系数等重要参数，确定了精确配重方案，明确了转体姿态偏心距关键参数的控制原则。本文以四平市紫气大路跨铁路立交桥（主桥）施工为工程背景，通过分析工程实际情况选定水平转体法作为主要施工方法，选定偏向倾斜配重对主桥进行配重。大跨度斜拉桥转体经过周密部署、严格控制，在铁路天窗时间内历时120min一次完成转体作业，转体长度223m。施工过程中各项参数均在规范允许范围内，转体成功的同时积累了宝贵经验，可供同类型工程参考借鉴。
参考文献：
［1］周乐平，黄成伟，孙艳鹏，等．大吨位曲线T形斜拉桥平转施工自平衡方法［J］．中外公路，2018，38(3)：213-216．
［2］王峰峰．四平市东丰路混合梁转体斜拉桥施工控制研究［D］．北京：北方工业大学，2018．
［3］张伟康．矮塔斜拉桥转体施工控制分析［D］．兰州：兰州交通大学，2018．
［4］杨海鹏，徐松，朱利明，等．我国转体斜拉桥发展综述［J］．现代交通技术，2017，14(6)：34-39．
［5］王熙．非对称斜拉桥上跨运营高速铁路夜间水平转体施工技术［J］．科技与创新，2017(11)：17-18．
论文作者:姚富智
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：力矩论文; 斜拉桥论文; 不平衡论文; 里程论文; 称重论文; 桥梁论文; 偏心论文; 《基层建设》2019年第29期论文;