跨石德鐵路特大橋雙轉體施工監控技術

王忠武

（云南省交通規劃設計研究院 昆明 650021）

1 工程概況

新建石家莊至濟南鐵路客運專線跨石德鐵路特大橋采用（48+80+48）m雙平轉轉體連續梁，該梁在與既有石德鐵路采用29°56′交角斜交，轉體前采用懸臂現澆法平行施工。每個主墩轉體長度為78 m，轉體角度為29°56′，轉體重量為5 420 t。設計啟動力最大牽引力699.2 kN，轉動牽引力419.5 kN。

2 轉體施工監控內容

橋梁結構的轉體施工主要分為水平轉體施工、豎向轉體施工、以及平轉與豎轉相結合的方法，其中水平轉體廣泛應用[1]。轉體的監測在保證施工安全中很重要。監測內容很多，主要是轉體的平衡稱重和轉體中的控制。

2.1 轉體前平衡稱重

施工中的實際情況和設計難免會有所不同，因此支架卸落后，橋梁的實際狀態和設計會有偏差，理論和實際會有所不同，因此要通過平衡稱重修正橋梁的平衡狀態。偏心距離、球鉸的摩阻系數要進行實測[3]，保證轉體的穩定和安全。

2.1.1 不平衡力矩測試

（1）稱重方法

橋梁的支架或臨時支撐移除后，這時保持平衡的是不平衡力矩和球鉸的摩阻力的作用。這種狀態下，轉動體的平衡體系有下面兩種工況：球鉸轉動時摩阻力矩（TZ）大于轉體不平衡力矩（TG）；球鉸轉動時摩阻力矩（TZ）小于轉體不平衡力矩（TG）。根據落架的兩種情況，采用不同的稱重方法（以第1種為例）。

如果結構重心偏向大里程的石家莊方向，則在另一側的濟南方向承臺側實施頂力 N1（見圖 1）。如果結構體重心偏向濟南方向，此時只能在石家莊方向承臺實施頂力N2（見圖2）。

圖1 濟南向施頂示意圖

（2）摩阻系數及偏心距

圖2 石家莊向施頂示意圖

在進行平衡稱重試驗時，轉體球鉸在沿橋梁縱向軸線的豎平面內發生逆時針或順時針方向微小轉動，即微小角度的豎轉。摩阻力矩為摩擦面每個微面積上的摩擦力對過球鉸中心豎轉法線的力矩之和[4]（見圖3）。

圖3 轉體球鉸繞Z軸轉動摩擦因數計算示意圖

本橋α =arcsin(1.5/6)，代入球鉸靜摩阻系數計算公式為：

轉體初始偏心距：

式中：

R——轉盤的轉體半徑；

G——轉盤上面的結構總重量。

2.1.2 稱重試驗及測點布置

（1）結構基本參數

根據設計及設計情況采用平轉，單T構轉體梁設計重量為54 200.0 kN，上部轉盤的直徑6m，在上轉盤下方用鋼管撐腳來防護，鋼管撐采用6個直徑80 cm的鋼管。

（2）千斤頂測點布置

在外側千斤頂反力支座圓弧上對稱橋梁縱向軸線放置兩個3 500 kN的液壓千斤頂進行頂升，千斤頂盡可能緊挨軸線放置。在撐腳①、④、②③中間、⑤⑥號中間處設置四個百分表（見圖4），根據百分表的變化判定結構是否發生轉動。千斤頂中心處于外側千斤頂反力軸線處，距上轉盤圓心即頂升力矩為4.15 m。此時千斤頂外邊緣距轉盤最外10 cm，千斤頂直徑41 cm。此時頂升力矩為3.34 m。

圖 4 測點位置示意圖

2.1.3 稱重試驗

縱橋向梁體發生傾斜時配重方案。配重方案的初步思想是在轉體過程中轉體梁應在梁軸線方向略呈傾斜態勢，即梁軸線上橋墩一側的撐腳落下接觸滑道，另一側的撐腳抬起離開滑道。這樣可以倆個點受力支撐，對結構穩定性有很大優勢。

根據實際情況，配重的結構應保證結構的偏心距滿足5 cm≤e0≤15 cm的要求。2.1.4 稱重試驗結論

在結構臨時支撐移除后發現撐腳與滑道脫離，說明結構的平衡處于“轉動體球鉸摩阻力矩大于轉動體不平衡力矩”的狀態，則分別在240#、241#東西兩側進行頂梁。

（1）測試結果

根據測得的支反力以及百分表的位移變化從而確定梁的荷載—位移曲線圖形（以 240#主墩實測結果為例，見表1；圖5）。

圖 5 240#濟南側施力頂升力與位移關系圖

表1 240#濟南向頂升力與位移記錄表

（2）測試結果分析[5]

從百分表的變化可以判定，梁體重心偏向大里程側。在濟南側承臺實施頂力 P1,當頂力 P1增加過程中球鉸發生微小轉動的瞬間，有：

在石家莊側實施頂力P2,當頂力P2增加過程中球鉸發生微小轉動的瞬間，有：

則不平衡力矩及摩阻力矩為：

分別對 240#、241#上轉盤的大小里程方向進行頂升。由上述測得的頂升力計算兩個橋墩的摩阻力矩和不平衡力矩。

240#大里程側頂力P1為1 591 kN，L1為4.15 m，小里程側頂力P2為1 075 kN，L2為4.15 m。

則摩阻力矩（kN.m）和不平衡力矩（kN.m）分別為：

計算得240#橋墩球鉸靜摩擦系數0.0279，偏心距為0.020 m，小于靜摩擦設計值0.1。在小里程側距離梁端4.2 m處增加平衡配重[6]100 kN。撐腳到滑道之間的設計距離為6 mm，四氟乙烯板的厚度為4 mm，撐腳與四氟乙烯板滑道的距離較小。

計算得241#橋墩球鉸靜摩擦系數0.005 422，偏心距為0.002 m，小于靜摩擦設計值0.1。

圖6 球鉸下應變計豎向放置示意圖

圖7 球鉸下應變計水平放置示意圖

2.2 轉體前后控制斷面應力測試

主要測試轉盤應力狀態，拆架和轉體過程中應進行監測。球鉸下應變計豎向放置位置示意圖見圖6、圖7，實測數據見表2、表3。

表2 240#橋墩下球鉸截面應力實測應力表（MPa)

表3 241#橋墩下球鉸截面應力實測應力表（MPa）

由上表實測數據可以看出：

（1）拆除砂箱后相對拆除前下轉盤正應力顯著增加，橋梁結構的整個重量作用到轉盤上。（2）橋梁配重以后240#、241#墩下轉盤應力在允許范圍，說明配重效果良好。

（3）對比轉體后與轉體前轉盤的應力狀態可以看出，砂箱支撐對結構穩定有一定的影響。

3 結語

石濟客運專線跨石德鐵路特大橋在轉體之前的平衡稱重試驗和轉體過程中監測控制，完全達到了控制目標，為確保轉體順利實施，提供了保障。說明上述監控方法的實施是有效的。