高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工不平衡稱重分析

王強(qiáng)

（山東省交通工程監(jiān)理咨詢有限公司，山東 濟(jì)南 250010）

0 引言

在鐵路網(wǎng)不斷加密進(jìn)程中，跨越鐵路線的橋梁轉(zhuǎn)體施工項(xiàng)目頻繁出現(xiàn)，包括大跨徑箱形肋拱橋以及跨越鐵路、公路的大型橋梁施工等多種類型。轉(zhuǎn)體施工法在施工階段具有不影響通航、行車的優(yōu)良特點(diǎn)，在平原地區(qū)展現(xiàn)出一定的優(yōu)越性，但是，在跨越既有線路的斜拉橋、獨(dú)塔斜拉橋建設(shè)中仍然存在一些不足。因此，為確保跨越鐵路線橋梁轉(zhuǎn)體施工的穩(wěn)定性、安全性，對(duì)轉(zhuǎn)體進(jìn)行不平衡稱重試驗(yàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

某高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁起點(diǎn)為AK0+223.521，終點(diǎn)里程為AK0+815.251，全長(zhǎng)為591.73m。道路里程AK0+512.32 位置上跨既有鐵路立交橋，立交橋?yàn)門(mén) 構(gòu)結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)體施工段總長(zhǎng)度為125.68m，包括若干節(jié)段，節(jié)段最短為9.25m，最長(zhǎng)為16.25m。轉(zhuǎn)體標(biāo)志為主梁支架現(xiàn)澆操作完成，邊墩支架現(xiàn)澆段施工則在轉(zhuǎn)體結(jié)束后，現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為4.86m。轉(zhuǎn)體重量G 為132 515.20kN，轉(zhuǎn)體支座平面半徑、曲率半徑分別為174.00cm、896.00cm，上轉(zhuǎn)臺(tái)半徑、滑道中心半徑分別為422.00cm、363.00cm，轉(zhuǎn)體方向?yàn)轫槙r(shí)針，角度為73.60°。

2 高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工的不平衡稱重試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)思路

在高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工基本數(shù)據(jù)已知的情況下，可以選擇轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)動(dòng)之前的時(shí)期開(kāi)展T 構(gòu)不平衡稱重，在不平衡稱重過(guò)程中測(cè)試T 構(gòu)摩擦阻力矩、不平衡力矩，并計(jì)算摩擦阻力系數(shù)、偏心距[1]。根據(jù)測(cè)試以及計(jì)算結(jié)果，推測(cè)高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁配重方案。

2.2 參數(shù)計(jì)算

2.2.1 摩擦阻力矩

在縱向、橫向不平衡稱重試驗(yàn)時(shí)，受千斤頂影響，上球鉸、下球鉸將出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)[2]。此時(shí)，兩者相對(duì)球鉸中心豎轉(zhuǎn)法線可產(chǎn)生一個(gè)摩擦阻力矩Gm，Gm計(jì)算公式如下：

式（1）中：α為球鉸平面直徑的端點(diǎn)、球鉸中心連線與球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)軸線夾角（°）；R為球鉸球面半徑（m），取6.00m；m0為靜摩擦阻力系數(shù)；N為轉(zhuǎn)體重量（t）；q為圓環(huán)平面直徑端點(diǎn)、球鉸中心連線與球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的夾角（°）；d為圓環(huán)微面積（m2）[3]。

2.2.2 偏心距

偏心距e為不平衡力矩Gm與轉(zhuǎn)體重量N的比值，即

式（2）中：Gm為不平衡力矩（kN·m）；N為轉(zhuǎn)體重量（t）[4]。

2.2.3 靜摩擦阻力系數(shù)

靜摩擦阻力系數(shù)m0為不平衡力矩與轉(zhuǎn)體自重、球絞球面半徑的比值[5]，即：

式（3）中：Gm為不平衡力矩（kN·m）；N為轉(zhuǎn)體重量（t）；R為球鉸球面半徑，6.00m。

2.3 試驗(yàn)步驟

在高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工前，準(zhǔn)備600t 千斤頂，用于頂升主梁。同時(shí)準(zhǔn)備精度達(dá)到0.01mm 的50.00mm 量程應(yīng)變式位移傳感器、精度達(dá)到200.00Hz 的DH3817 靜動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)，分別用于位移測(cè)試、數(shù)據(jù)采集[6]。在這個(gè)基礎(chǔ)上，準(zhǔn)備精度達(dá)到1.00kN、量程為6 000.00kN 的壓力傳感器、精度為1.00με埋入式混凝土應(yīng)變器或智能綜合測(cè)試儀，分別用于稱重試驗(yàn)、應(yīng)變測(cè)試。在儀器準(zhǔn)備完畢后，操作者可以依據(jù)規(guī)定步驟進(jìn)行操作。

第一步，拆除T 構(gòu)中跨側(cè)掛籃，在中跨側(cè)放置60.00t配重物體；

第二步，拆除T構(gòu)面機(jī)具、設(shè)備、材料，并對(duì)滑道上聚四氟乙烯板鋪設(shè)情況進(jìn)行檢查；

第三步，將大里程百分表放置在撐腳位置，將8臺(tái)千斤頂沿著上轉(zhuǎn)盤(pán)下方四個(gè)方向?qū)ΨQ放置；

第四步，調(diào)整千斤頂，促使其進(jìn)入初始頂壓狀態(tài)；

第五步，逐級(jí)加載千斤頂，觀察并記錄位移計(jì)百分表數(shù)值，同時(shí)觀察T構(gòu)傾斜情況；

第六步，根據(jù)記錄荷載、位移值，將曲線斜率突變位置作為荷載值選取位置；

第七步，根據(jù)式（1）～式（3）計(jì)算靜摩擦阻力矩、不平衡力矩、偏心距，確定配重并出具立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體稱重試驗(yàn)報(bào)告[7]。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

立交橋連續(xù)梁T構(gòu)平衡狀態(tài)主要是利用薄木板代替撐腳下鋼墊板，根據(jù)薄木板是否可來(lái)回抽動(dòng)而判定撐腳、滑道接觸情況以及T 構(gòu)平衡狀態(tài)[8]。在拆除連續(xù)梁T 構(gòu)臨時(shí)固結(jié)后薄木板可自由抽動(dòng)，且全部測(cè)點(diǎn)百分表讀數(shù)未變化，則撐腳不與滑道接觸，球鉸摩擦阻力矩大于轉(zhuǎn)動(dòng)體不平衡力矩。此時(shí)，可利用應(yīng)變式位移傳感器測(cè)量撐腳位移。

2.4.1 縱向不平衡配重試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)千斤頂油表讀數(shù)、應(yīng)變式位移傳感器檢測(cè)結(jié)果可以得出千斤頂頂力、撐腳位移如表1所示。

表1 縱向不平衡配重試驗(yàn)結(jié)果

表1（續(xù)）

由表1可知，在邊跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方頂力小于4 058.52kN時(shí)，撐腳位移變化成線性，在邊跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力超過(guò)這一數(shù)值時(shí)，撐腳位移出現(xiàn)突變，表明球鉸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，可以設(shè)定邊跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力為4 058.52kN。同理，在中跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力小于5 216.98kN 時(shí)，撐腳位移均勻變化，在中跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力超出這一數(shù)值時(shí)，撐腳位移突變，表明球鉸出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，可設(shè)定中跨側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力為5 216.98kN。將千斤頂頂力帶入式（1）～式（3）后，可以得出摩擦阻力矩為30 356.25kN·m；不平衡力矩為6 085.25kN·m，偏心距為0.065m，靜摩擦阻力系數(shù)為0.055。

2.4.2 橫向不平衡配重試驗(yàn)結(jié)果

選擇力臂長(zhǎng)為6.00m 的千斤頂，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑長(zhǎng)度為6.00m 的球鉸，設(shè)定球鉸靜摩擦阻力系數(shù)為0.06，得出橫向不平衡配重試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 橫向不平衡配重試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，在主梁曲線外側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力小于3 665.52kN時(shí)，撐腳位移呈現(xiàn)均勻遞增變化，在主梁曲線外側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力大于3 665.52kN時(shí)，撐腳位移發(fā)生突變，表明球鉸出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，可以設(shè)定主梁曲線外側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力為3 665.52kN。同理，在主梁曲線內(nèi)側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力小于5 216.98kN 時(shí)，撐腳位移呈現(xiàn)均勻變化，而在主梁曲線內(nèi)側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力大于5 216.98kN時(shí)，撐腳位移突然增長(zhǎng)，表明球鉸出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在考慮橫橋向偏心的前提下，可以向內(nèi)側(cè)偏32.65cm 施加主梁曲線內(nèi)側(cè)下轉(zhuǎn)盤(pán)下方千斤頂頂力5 216.98kN，此時(shí)摩擦阻力矩為27 523.25kN·m，不平衡力矩為4 325.62kN·m，靜摩擦阻力系數(shù)為0.04，球鉸安裝時(shí)橫向偏心距為0.35m。

3 高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工的平衡配重方案

3.1 配重方案

根據(jù)縱向、橫向不平衡稱重結(jié)果可知，T 構(gòu)中跨側(cè)、曲線內(nèi)側(cè)重量較大，縱向不平衡彎矩、曲線內(nèi)側(cè)不平衡彎矩分別為6 085.25kN·m、4 325.62kN·m，因T構(gòu)中跨側(cè)懸臂端掛籃拆除后配重為60.00t，可利用懸臂端配重物卸載的方式進(jìn)行梁體配重。配重物體重心、橋墩中心距離為58.58m，卸載重量為6085.25÷10÷58.58 ≈10.39t。同理，橫向不平衡彎矩為4 325.62kN·m，橫向配重即在T構(gòu)梁頂曲線外側(cè)與通過(guò)墩支點(diǎn)對(duì)稱軸線上布置配重物，配重物重心與梁體縱向軸線距離為3.98m，配重量為4325.62 ÷ 10 ÷ (3.98+ 0.35) ≈ 99.90t。在確定配重物后，可以在轉(zhuǎn)體前對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行配重，避免轉(zhuǎn)體過(guò)程中因T構(gòu)不對(duì)稱引發(fā)的失穩(wěn)事故。

3.2 轉(zhuǎn)體實(shí)操

在配重確定后，轉(zhuǎn)體施工者可以對(duì)動(dòng)力牽引設(shè)備以及T構(gòu)跨中懸臂端狀態(tài)進(jìn)行檢查，確定動(dòng)力牽引設(shè)備狀態(tài)正常、T 構(gòu)跨中懸臂端無(wú)碰撞。在連續(xù)千斤頂準(zhǔn)備完畢后，轉(zhuǎn)體施工者可以在千斤頂上傳入鋼絞線并利用卡具卡緊，同時(shí)利用千斤頂進(jìn)行鋼絞線逐一張拉，并以球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)軸為對(duì)稱軸，調(diào)整反向安裝千斤頂張拉力大小一致。在連續(xù)頂推千斤頂進(jìn)入預(yù)定配重噸位后啟動(dòng)牽引機(jī)器自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。整個(gè)過(guò)程中，轉(zhuǎn)體施工者應(yīng)依據(jù)每轉(zhuǎn)體1.0m 匯報(bào)一次的標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控牽引系統(tǒng)設(shè)備、T構(gòu)懸臂端、T構(gòu)墩柱軸線等部件現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，在發(fā)現(xiàn)設(shè)備或T構(gòu)不正常表現(xiàn)的第一時(shí)間關(guān)閉牽引系統(tǒng)設(shè)備，只有徹底排除隱患后方可重新啟動(dòng)設(shè)備。而在轉(zhuǎn)體進(jìn)入設(shè)計(jì)位置后，轉(zhuǎn)體施工者可以關(guān)停牽引設(shè)備自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，利用電動(dòng)操作控制方式，確保連續(xù)梁轉(zhuǎn)體精準(zhǔn)就位。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，轉(zhuǎn)體過(guò)程是否成功與橋梁后期就位質(zhì)量存在緊密關(guān)聯(lián)，具有精度要求高、過(guò)程操作復(fù)雜、技術(shù)難度大的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)體施工是一項(xiàng)復(fù)雜的作業(yè)，根據(jù)地理位置、施工環(huán)境的差異，轉(zhuǎn)體過(guò)程工法也具有一些差別。因此，轉(zhuǎn)體施工者應(yīng)根據(jù)高速公路跨鐵路立交橋連續(xù)梁的特點(diǎn)，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法進(jìn)行轉(zhuǎn)體不平衡稱重，確定最佳轉(zhuǎn)體配重，降低轉(zhuǎn)體操作過(guò)程中縱向不平衡、橫向不平衡力矩的負(fù)面影響，為高速公路跨鐵路連續(xù)梁體的正確安全就位提供保障。