基于大跨度預應力連續剛構橋轉體施工平衡稱重技術的研究與分析

許 皓，許傳敏，高 昇

（山東交通學院交通土建工程學院，山東濟南 250357）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，交通基礎設施也得到了空前的發展。交通線路交替縱橫分布，新建的線路與交通繁忙的線路不可避免地產生交替，而通常對于繁忙的路線實行封閉施工往往是不經濟的辦法，國內目前通常采用跨越、轉體、支架等方式進行施工，對于既有跨鐵路的交通路線，采用轉體施工是目前國內常用的施工工藝。轉體施工不僅可以提高安全性，同時也可以提高施工效率。目前我國轉體施工的橋梁數量處于世界領先地位［1］。但是在懸臂施工過程中，懸臂梁段剛度及施工質量不均，易造成懸臂兩側產生不平衡力矩，故轉體施工之前的不平衡稱重是十分必要的。

轉體施工的關鍵技術在于轉體過程中保證橋梁結構體的穩定性，在橋梁體懸臂施工中，轉體結構自重大，豎向轉動慣性大，容易使橋梁結構變形甚至開裂。為此，文章以轉體施工前需要對橋梁結構進行平衡稱重試驗，對轉體結構橋梁的不平衡側進行配重，通過計算得到不平衡力矩、摩阻力矩以及偏心距及摩擦系數，對轉體施工提供技術指導，保證橋梁結構在轉體施工過程中的安全與穩定。

1 工程概況

新建濰坊至萊西鐵路跨海清鐵路大橋60+100+60 雙線連續箱梁（位于直線上）269 號墩、270 號墩，轉體梁懸臂長度為49 m，墩轉體結構重量為7 001噸，轉角41.9°。橋梁轉體結構由下轉盤、球絞、上轉盤以及轉體的牽引系統組成，下轉盤球絞直接為4 100 mm，上轉盤球絞直徑為3 800 mm，鋼板厚度均為40 mm。上轉盤及下轉盤均采用C50混凝土澆筑，待轉體橋梁結構轉體就位結束，用C50混凝土封固轉動系統的上轉盤、下轉盤及球絞，再進行橋梁邊跨、跨中合攏，實現全橋的貫通。

2 平衡稱重計算原理

測試轉體結構的不平衡力矩常采用球絞轉動的方法，這種方法的特點在于使轉體結構產生突發位移，受力明確，只考慮轉體結構自身，不受其他因素的干擾，因此測試結果較為準確，是目前常用的測試轉體結構不平衡力矩的方法。

轉體結構臂施工完畢且托架拆除后，整個轉動橋梁結構體平衡表現為兩種情況：

（1）轉體結構球絞摩阻力矩（Mz）大于轉動體不平衡力矩（MG），此時轉動體結構處于平衡狀態，不會繞球絞產生剛體轉動。整個結構的穩定性由球絞摩阻力矩（Mz）及轉動體不平衡力矩（MG）所維持。

（2）轉體結構球絞摩阻力矩（Mz）小于轉動體不平衡力矩（MG），此時轉動體結構會繞球絞產生剛體轉動，直至支撐腳參加工作。整個轉動體結構的穩定性由球絞摩阻力矩（Mz）、轉體結構不平衡力矩（MG）以及支撐腳反力維持。

其中式（1）、式（2）和式（3）中P1為轉動體重側頂推力；P2為轉動體輕側頂推力；P2′為千斤頂回落時轉體結構發生輕微轉動的力；L1及L2分別為P1和P2為相對球絞中心的距離；R為球絞中心轉盤球面半徑；N為轉體結構重量［2］。

3 平衡稱重方案及數據

3.1 稱重前準備階段

轉體橋梁施工前首先移除轉體橋梁結構上部器具、材料，保證橋梁上部無多余荷載；測量支撐腳之間的距離，根據轉體施工方案進行布置百分表，并讀取百分表初始值；拆除沙箱，待轉體結構穩定后觀測支撐腳之間的距離，判斷轉體結構是否產生滑動；在轉體結構的縱橋向大里程、小里程側安置千斤頂，對轉體結構進行橫向、縱向不平衡力矩的試驗；千斤頂需分級緩慢加載，每一級加載結束，待橋體穩定后觀測百分表讀數并記錄［3］。

3.2 稱重試驗加載及測點布置

根據轉體施工要求，需要400噸頂推力的千斤頂4 臺，安裝在軸線兩側且對稱分布軸線右兩側，通過左側、右側百分表的讀數判斷轉體結構在橫橋向是否需要布置千斤頂進行橫橋向稱重。同時需對稱安裝4 個百分表，在千斤頂分級加載荷載轉體結構穩定時，觀測百分表的讀數并記錄。根據施工方案，千斤頂及百分表的安裝布置如圖1所示。

3.3 稱重結果分析

根據現場轉體施工頂推及百分表記錄數據，繪制出千斤頂推力—位移曲線圖。以270#墩的千斤頂推力—位移曲線圖為例，270#墩大里程側千斤頂頂推力—位移曲線關系如圖2所示、270#墩小里程側頂推力—位移曲線關系如圖3所示。

圖1 千斤頂及百分表安裝示意

由圖2、圖3 可知，270#墩大里程側、小里程側千斤頂力施加至1 840 kN、2 732 kN 時，轉體結構橋體產生突變的位移變化。這說明轉體橋梁結構在次荷載作用下產生移動，即可證明此時的千斤頂荷載為不平衡稱重的最小荷載值。在施加千斤頂荷載情況時，270#墩橫橋向左側和右側2#、4#百分表的讀數對稱近似，表明轉體結構在橫橋向重心無偏差，故轉體結構在橫橋向不平衡力矩可以忽略不計。

圖2 270#墩大里程頂推力—位移曲線

圖3 270#墩小里程頂推力—位移曲線

由圖 2、圖 3 可知P1=1 840，P2=2 732，距球絞中心距離L1=L2=4.7 m，由公式（1）—（2）可得270#墩的不平衡力矩為MG=1 976.96 kN·m，摩阻力矩為MZ=10 744.2 kN·m，由公式（3）可得摩阻系數u=0.052 199 54，轉動體偏心距e=0.030 552 486，故在270#墩大里程側距橋墩中心30 m 處配重69.87 kN 壓重，即可保證轉體橋梁的安全穩定，同理可得269#墩的不平衡壓重。

4 配重方案

（1）269#墩轉體結構橫橋向重心位于軸線位置，故不考慮轉體結構橫橋向配重，建議只沿縱橋向小里程側，距橋墩中心30 m處配置1.02 kN等效沙袋。

（2）270#墩轉體結構橫橋向重心位于軸線位置，故不考慮轉體結構橫橋向配重，建議只沿縱橋向大里程側，距橋墩中心30 m處配置69.87 kN等效沙袋。

（3）沙袋經過稱重后方可運至梁上，壓重需保證配重后的重心通過球絞豎軸線。

5 結語

依據上述配重方案對轉體橋梁結構進行配重，在整個轉體施工過程中，轉體橋梁結構安全平穩地轉到設計要求，這表明：（1）稱重過程中，對轉體施工結構的頂推力需分級緩慢對稱施加，防止轉體結構失穩。（2）按照配重方案，對轉體橋梁結構需進行橫向、縱向配重，保證橋梁在轉體施工過程中橫橋向、縱橋向的穩定。（3）轉體結構橋梁橫橋向位移變化對稱，說明轉體橋梁結構在橫橋向重心位于軸線，可忽略橫橋向不平衡力矩對轉體施工的影響。