預應力混凝土轉體連續梁平轉施工關鍵技術分析

邊向平

（中鐵十七局集團第一工程有限公司，山東 青島 266555）

0 引言

混凝土連續梁指的是兩跨以上的連續橋梁，并且該橋梁屬于超靜定體系，具有剛度大、整體性能好、承載力高等特點[1]。該類橋梁在恒活載作用下，會形成支點負彎矩，對跨中正彎矩形成卸載作用，可極大程度保證橋梁內力狀態均勻[2]。混凝土連續梁具有上述優勢的同時，也存在一定不足[3]，由于其跨數較多，因此在施工過程中，會導致橋面線性結果、合攏段兩懸臂標高與設計結果之間偏差加大[4]，影響結構的內力狀態，不滿足工程設計要求。預應力是為提升結構服役能力[5]，在施工過程中，添加至結構中的壓應力，以此抵消結構荷載導致的拉應力，避免結構發生損壞[6]。因此，預應力混凝土連續梁在橋梁工程中被廣泛應用。橋梁施工環境均較為復雜，正常情況需面臨深水、峽谷等復雜環境，因此，為保證其施工效果，減少施工成本，轉體施工法則被重點研究。

轉體施工法是在兩側河岸的合理位置進行半橋預制，并以橋梁結構自身作為轉動體，利用相關設備將兩個半橋同時轉體至橋位軸線處，進行合攏處理后成橋。該施工法具有裝置簡單、不影響交通、施工工序復雜程度較低等優勢。為詳細分析該施工法對預應力混凝土轉體連續梁的施工效果，本文以西苕溪左線特大橋63＃～66＃墩（72+128+72）m單線預應力混凝土轉體梁為例，對平轉施工關鍵技術展開相關研究和分析。

1 工程概況

西苕溪左線特大橋63＃～66＃墩為（72+128+72）m單線預應力混凝土轉體梁上跨雙線鐵路，鐵路和線路大里程之間夾角為162.7°，主梁的施工在線路兩側完成，橋梁整體長度為273.5m，橋梁建筑寬度為7.7m，轉體長度由兩部分組成，分別為主梁和邊跨，其總長度為63m+63m，轉體總重量為8000t，轉體墩號分別為64#和65#，兩者的轉體角度分別為逆時針旋轉14°和19°，旋轉過程中懸臂梁總長為126m，0#段以支架現澆進行施工，其余階段則采用掛籃懸臂澆筑施工，形成T構后轉體到位，再進行合攏段施工。轉體施工立面設計結構如圖1所示；主墩樁基、承臺工程結構參數如表1所示。

表1 主墩樁基、承臺工程結構參數

圖1 預應力混凝土連續梁轉動體系結構示意圖

2 轉體施工關鍵技術

2.1 轉體牽引體系

本文為實現連續梁的平轉施工，采用平轉牽引體系，該牽引體系主要包含動力系統、牽引索、牽引反力座，其體系結構如圖2所示。

圖2 平轉牽引體系結構

轉體施工過程中，使用的設備為全液壓以及自動運行系統，同時需保證其較好的牽引力以及平衡性，保證在轉體施工時不會發生沖擊顫動現象。

2.2 轉動系統平面結構

橋梁的轉體過程比較復雜、技術難度較大、精度要求高，是全橋施工的關鍵步驟，本文結合工程的實際情況以及設計方案，制定預應力混凝土轉體連續梁的轉體施工方案。轉體結構整體由多個部分組成，分別為下轉盤、球鉸、上轉盤、轉體牽引系統、助推系統、軸線微調系統等，轉動系統整體平面結構如圖3所示。

圖3 轉動系統整體平面結構

2.3 轉體施工步驟

（1）轉體下轉盤施工。

整體轉動系統中，主要依據下轉盤完成支撐，下轉盤是由多個部分組成，例如下球鉸、撐腳的環形滑道等多個部分。其實現支撐的核心為八邊形的樁基承臺，在承臺頂端10.5m的直徑范圍內，進行厚度為0.5m的混凝土后澆施工；并且為保證下轉盤的穩定性，在該部分中安裝受力鋼筋網，同時在球鉸下面位置處安裝加強鋼筋。下轉盤施工過程中，核心施工內容為上下球鉸施工，該施工的效果直接影響轉體的整體施工質量，因此其施工精度標準較高。

骨架定位需在混凝土澆筑前完成，為保證滑道、球鉸平面的施工精度，通過調整螺栓對其進行精確調整，保證每一個平面之間的相對高差均在0.5mm以內。在此基礎上，進行等級為C50混凝土后澆施工。轉體施工后，下轉盤和上轉盤之間通過封鉸進行連接，形成共同承臺。

（2）球鉸施工。

球鉸是整個轉動系統的核心，也是決定轉體施工質量的重要部分，因此，需保證球鉸的制作精度，文中使用的球鉸結合工廠需求確定，為半徑77.7m、80000kN鋼球鉸，其包含上、下兩片。

（3）上轉盤撐腳與下轉盤滑道施工。

轉動系統施工時，結構的平穩性和上轉盤撐腳之間存在直接關聯，因此，本文結合工程實際設計方案以及施工需求，采用6個撐腳設計，將其布置在上轉盤周圍；同時將寬度為1.2m的滑道安裝在撐腳下方位置。安裝時保證滑道的中心半徑為4.25m，轉體時撐腳的滑動范圍則在該半徑內，以此保證轉體結構的穩定性；同時，須確保滑道面位于同一個水平面上，相對高差不可超過0.5mm。撐腳平面布置圖如圖4所示。

圖4 撐腳平面布置圖

在設計撐腳時，其整體為2根Φ900mm×16mm 雙圓柱形鋼管；并且將厚度為2cm的后鋼板安裝在其下方，將等級為C50、具有微膨脹特性的混凝土澆灌在鋼管內。撐腳的安裝需在下轉盤混凝土灌注以及上球鉸安裝完成后進行；將厚度為2cm的鋼板作為轉體結構和滑道之間的間隙，完成上轉盤混凝土灌注施工后，將該鋼板去除。與此同時，為降低轉體在轉動過程中的摩擦力，將厚度為0.3cm的四氟滑板安裝在下滑道的支撐腿下面。

（4）轉體上轉盤施工。

轉動系統重量大，上轉盤的主要作用是承壓，因此，上轉盤施工時需安裝多層鋼筋網以及抗剪鋼筋；由于上轉盤是實現球鉸、撐腳、橋墩之間連接的核心，因此在施工時需安裝牽索，并且牽索的安裝需嚴格按照相關標準完成。上轉盤施工時，也需對其進行混凝土后澆，并且澆筑后其養護強度滿足設計強度后，完成整個轉體系統支撐體系的轉換。將轉臺和球鉸之間的鋼板取出，施加轉動力矩，以球鉸中心軸支撐進行轉動，以此判斷球鉸是否正常運轉，并計算在轉動過程中的摩擦系數，為轉體施工提供數據參考。

（5）T構轉體施工。

對T構箱梁進行混凝土澆筑，養護強度滿足設計強度后，進行張拉壓漿處理，處理完成后將支架拆除，拆除順序為由兩端至中間。并安裝牽引系統，用2套連續千斤頂牽引系統繞T構轉動軸拽拉，使兩幅橋分別逆時針轉體14°、19°，轉體到位后澆注上、下轉盤間混凝土，形成梁、墩、承臺固結體系。

（6）轉體T構精確調整。

在T構轉體施工基礎上對T形箱梁的高程、中線位置進行精準確定，如果存在偏差，采用連續千斤頂進行調整，為避免發生結構超轉現象，T形箱梁和精準位置之間距離在0.5m內時，則停止自動處理，換成人工調整，當結構軸線位置滿足需求時停止。

（7）T構合攏施工。

通過轉體T構精確調整，當主梁轉體到設計線位后，再將兩部分連接，完成合攏施工。

3 球鉸受力分析

轉體施工時，其下部結構中的球鉸部分受力情況直接影響轉體的施工效果，因此，分析球鉸的受力情況尤為重要。但是實際施工過程中，梁體的中心偏移、鋼束張拉等操作，均會導致球鉸發生位移變形，進而影響轉體施工效果。因此，需精準掌握球鉸的受力情況，保證轉體的施工效果。

文中采用Midas∕Civil有限元軟件，構建球鉸有限元模型，該模型在構建過程中，需先進行結構離散化處理，并完成結構的劃分，形成有限的一定數量的單元，該劃分主要依據面劃分或者線劃分完成。劃分后位于單元邊界處的點即為結點，依據該結點即可完成相鄰單元的連接，形成以單元為單位的整體結構。依據該模型分析球鉸的接觸面處的變形和受力情況。

接觸面的豎向位移計算公式為：

式中：

p0——接觸面接觸中心部位的豎向壓應力；

a——接觸半徑；

r——接觸面上任意點和接觸中心之間的距離；

d——節點位移總列陣；

r0——中心面接觸位置。

接觸面平均壓力計算公式為：

依據上述公式即可計算球鉸的豎向位移和應力變化情況，以此分析轉體的施工效果。

依據構建的有限元模型分析球鉸接觸面的豎向位移和豎向壓應力結果，如圖5所示。

圖5 球鉸接觸面受力分析結果

依據圖5測試結果可知：本文采用轉體施工后，球鉸的豎向位移和豎向應力均呈現均勻分布，滿足《鐵路橋涵施工規范》等有關規定標準。因此，可確保轉體的施工效果。

4 結束語

連續梁的平轉施工工藝具有較好的施工優勢，工程在修建過程中，如果需要跨越既有線路、河流湖泊或者建筑障礙物時，平轉施工可在不影響正常交通的情況下，完成橋梁工程施工。本文針對預應力混凝土轉體連續梁的平轉施工展開相關研究，并對其施工效果進行相關驗證，證明該施工方法具有較好的施工效果，能在不影響線路正常交通的情況下，實現連續梁可靠施工。