津石高速公路上跨京九鐵路立交橋不平衡稱重及試轉(zhuǎn)研究

譚振東

(中電建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

橋梁的大量興建，大大方便了人們的出行，但也不可避免地出現(xiàn)了一些需要跨越既有線路的橋梁工程，那么在施工方法上就必須格外慎重考慮。目前轉(zhuǎn)體施工技術(shù)是較為成熟的方法之一，很大程度上減少了對(duì)既有線路運(yùn)營(yíng)的影響[1-5]。本文依托津石高速公路上跨京九鐵路立交橋轉(zhuǎn)體施工為工程背景，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)及設(shè)計(jì)實(shí)際情況，進(jìn)行不平衡稱重及試轉(zhuǎn)研究，為本工程的順利施工提供保障。

1 工程概況

津石高速公路(津冀界至保石界段)上跨京九鐵路立交橋，工程位于滄州市任丘市于村鄉(xiāng)東陵城村南，地形起伏不大，交通便利。擬建立交橋上跨橋與既有京九鐵路相交，位于文安與任丘區(qū)間，交點(diǎn)處位于京九鐵路下行線里程K136+782.281，交角為73.3°，交點(diǎn)處公路里程為K61+662.778。橋位處既有京九鐵路為標(biāo)準(zhǔn)雙線電氣化鐵路，自西向東分別為京九鐵路上行線、下行線，線間距為4.1 m，鐵路呈南北走向。鐵路位于路基段，路基高度約4 m，無(wú)縫線路，鋼筋混凝土枕，60 kg/m鋼軌，此段鐵路位于直線上。

2 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 上部結(jié)構(gòu)

上跨京九鐵路立交橋采用2×65 m T構(gòu)結(jié)構(gòu)，單箱三室斜腹板箱形截面，中支點(diǎn)中心梁高為6.5 m，端部梁高為3.3 m，梁底線形按圓曲線變化，端部等高梁段長(zhǎng)4.95 m。箱梁頂板寬33.5 m，底板寬20.459～23.368 m，兩側(cè)懸臂板長(zhǎng)各為4.0 m，懸臂板端部厚20 cm，2 m處變厚為35 cm，根部厚70 cm。主橋位于直徑5 700 m圓曲線上，如圖1、圖2所示。

圖1 橋型布置圖(cm)

圖2 與鐵路立面關(guān)系圖(cm)

2.2 下部結(jié)構(gòu)

T 構(gòu)中墩采用尺寸為3.6×(8.0～12.0) m矩形截面墩梁固結(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)體系采用環(huán)道與中心支承相結(jié)合的結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，樁徑為1.5 m，共25根。邊墩為柱式墩，蓋梁采用鋼筋混凝土蓋梁，寬2.5 m，高1.8 m，橫向布置3個(gè)墩柱，直徑為1.8 m。下接實(shí)體式承臺(tái)，厚2.5 m。基礎(chǔ)為8 根鉆孔灌注樁組成，樁徑為1.25 m。

2.3 主要轉(zhuǎn)體參數(shù)

轉(zhuǎn)體重量：W=145095.2 kN；轉(zhuǎn)體支座平面半徑：Rzp=175 cm；轉(zhuǎn)體支座曲率半徑：Rzq=894 cm；上轉(zhuǎn)臺(tái)半徑：Rzt=425 cm；滑道中心半徑：Rhd=365 cm；轉(zhuǎn)體角度：順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)74°。

3 稱重與轉(zhuǎn)體之間的關(guān)聯(lián)分析

在施工階段，立交橋上跨橋現(xiàn)澆梁使得轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸兩側(cè)完全對(duì)稱是很難實(shí)現(xiàn)的，因此就出現(xiàn)了不平衡力矩，其結(jié)果就將導(dǎo)致轉(zhuǎn)體施工風(fēng)險(xiǎn)大大上升，所以立交橋上跨橋在轉(zhuǎn)體之前必須進(jìn)行不平衡力矩測(cè)試，然后進(jìn)行平衡配重。在本橋中利用3臺(tái)600 t壓力計(jì)、SDC位移計(jì)進(jìn)行球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試。

4 不平衡稱重及配重分析

4.1 稱重過(guò)程及結(jié)果

本橋落架前后大里程側(cè)梁端下?lián)厦黠@大于小里程側(cè)，在撐腿和砂箱拆除后轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了向大里程方向的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明采用的轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸摩阻力矩與轉(zhuǎn)體不平衡力矩不匹配，前者小于后者，所以需要在大里程方向進(jìn)行頂起稱重。圖3為頂起側(cè)與非頂起側(cè)關(guān)系曲線示意圖。

圖3 頂力與位移關(guān)系圖

不平衡力矩：

(1)

摩阻力矩：

(2)

球鉸靜摩阻系數(shù)：

(3)

轉(zhuǎn)體偏心距：

(4)

配重按照不平衡力矩法，在距離球鉸中心56 m處進(jìn)行荷載配重，得到理論配重為：

(5)

因此可按Wp=300 kN進(jìn)行配重，位置設(shè)在小里程方向18號(hào)墩處，與球鉸保持距離為56 m。

經(jīng)過(guò)以上分析可得配重后轉(zhuǎn)體縱向偏心距為：

(6)

4.2 配重建議

本次稱重過(guò)程順利，稱重結(jié)果真實(shí)可靠，根據(jù)稱重結(jié)果對(duì)平衡配重進(jìn)行分析后建議如下：在T構(gòu)縱向方向上配重，位置設(shè)置在小里程方向18號(hào)墩處，距球鉸中心位置56 m；橫向位置建議布置在中央分隔帶右側(cè)，鋼筋整捆橫橋向布置。

5 試轉(zhuǎn)

5.1 試轉(zhuǎn)參數(shù)測(cè)試

實(shí)際試轉(zhuǎn)角度為11.1°，剩余61.9°，轉(zhuǎn)體過(guò)程良好。試轉(zhuǎn)儀器設(shè)備如油泵、千斤頂、油管等參數(shù)如下：

(1)啟動(dòng)牽引力：兩次啟動(dòng)牽引力分別為56 t和50 t，平均啟動(dòng)牽引力53 t，小于設(shè)計(jì)啟動(dòng)牽引力99.68 t。

(2)正常轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力：兩次正常轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力分別為44 t和40 t，平均正常轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力為42 t，小于設(shè)計(jì)正常轉(zhuǎn)動(dòng)牽引力59.75 t。

(3)每分鐘轉(zhuǎn)速：正常轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度分別為1.5°/min和2.1°/min，牽引頂滿足在規(guī)定的50 min天窗點(diǎn)內(nèi)完成轉(zhuǎn)體需求。

(4)正常轉(zhuǎn)動(dòng)梁端慣性位移值分別為9.0 cm和13.cm，平均值為11.cm。

(5)點(diǎn)動(dòng)位移：本次試轉(zhuǎn)分別測(cè)試了3 s點(diǎn)動(dòng)、5 s點(diǎn)動(dòng)和10 s點(diǎn)動(dòng)，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 測(cè)試結(jié)果表(m)

5.2 試轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試

本橋試轉(zhuǎn)時(shí)的典型振動(dòng)時(shí)程測(cè)試結(jié)果如圖4和圖5所示。

(a)墩頂順橋向振動(dòng)時(shí)程

(a)墩頂順橋向振動(dòng)時(shí)程

由此可知：

(1)在試轉(zhuǎn)前梁體由于環(huán)境因素如施工作業(yè)擾動(dòng)、環(huán)境風(fēng)荷載和火車通過(guò)荷載引起的振動(dòng)中，火車通過(guò)引起的振動(dòng)最為明顯。在非轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，梁端最大豎向振動(dòng)加速度為4.2 mm/s2，最大橫向振動(dòng)加速度為2.5 mm/s2，最大順橋向振動(dòng)加速度為1.7 mm/s2。

(2)在轉(zhuǎn)體過(guò)程中梁體振動(dòng)明顯加大，梁端最大豎向振動(dòng)加速度為21.7 mm/s2，最大橫向振動(dòng)加速度為10.8 mm/s2，最大順橋向振動(dòng)加速度為5.6 mm/s2。在試轉(zhuǎn)過(guò)程中梁端豎向振幅小于經(jīng)驗(yàn)預(yù)警值50 mm/s2。

(3)通過(guò)試轉(zhuǎn)可知，該橋在轉(zhuǎn)體過(guò)程中梁體的振動(dòng)受轉(zhuǎn)速影響很小，可以忽略不計(jì)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)以上稱重及試轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)分析可知：該橋在混凝土澆筑過(guò)程中存在一定的縱向偏載，但需要的平衡配重量較小，配重荷載不會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成不利影響。試轉(zhuǎn)過(guò)程平穩(wěn)，梁體振動(dòng)幅度受轉(zhuǎn)體速度的影響很小，可以忽略不計(jì)。