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非对称平面转体桥梁称重、配重施工技术研究

范文

邓毅

摘要：平面转体桥梁广泛应用于上跨公路、铁路工程中，转体结构位于桥梁曲线段时由于结构的不对称产生不平衡力矩。调整结构施工顺序利用结构自身作为部分配重，再用配重块平衡，通过称重确定结构实际不平衡力矩进行二次配重消除不平衡力矩的施工技术为类似转体桥梁施工积累经验。

Abstract： Planar swivel bridges are widely used in upper-span highway and railway projects. When the swivel structure is located in the curved section of the bridge， unbalanced moments are generated due to the asymmetry of the structure. The technology adjusts the construction sequence of the structure uses the structure itself as a partial weight， and then balances with a weight， and determines the actual unbalanced moment of the structure by weighing and carry out secondary counterweight to eliminate the unbalanced moment. The construction technology accumulates experience for the construction of similar swivel bridges.

关键词：非对称平面转体桥梁;配重;称重;消除不平衡力矩

Key words： asymmetric plane swivel bridge;counterweight;weighing;elimination of unbalanced moment

中图分类号：U448.27? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）12-0186-04

1? 概況

南宁市亭洪路上跨铁路立交工程为减少上部结构施工对既有南化高铁站铁路行车安全的影响，主跨采用先平行铁路南化站预制再进行平面转体的施工方法。其中右幅1#主墩箱梁采用2-80m“T”构中间转体结构，该连续梁小里程端位于曲线段，大里程端位于直线段，梁体相对球铰中心不对称。结构的不平衡力矩大小将直接决定转体施工成败，如何解决非对称转体结构的称重、配重成为了转体施工要攻克的一个技术难题。

2? 分析不平衡力矩调整施工顺序优化配重

施工完箱梁主体结构及最外侧防撞墙后分析梁体不平衡状态及偏心状况，把可后续施工的桥面铺装、防撞墙、竖墙，按利于平衡的原则分区、分段安排在转体后施工，以减少结构的不平衡力矩。

以球铰为矩心分析转体结构，对球铰中心力矩求和Mg。分别在顺桥向和横桥向分析，计算不考虑假设球铰体系的制作安装误差，混凝土按25kN/m3。

2.1 顺桥向不平衡力矩

顺桥向，箱梁由于实际浇筑混凝土偏差及桥面结构差异引起结构不平衡力矩，图1顺桥向不平衡力矩计算示意图，则有：

设使T构逆时针旋转力矩为正，经计算，T构受到总的实际不平衡力矩为-66363kN·m，T构受到总的设计不平衡力矩为-59119kN·m，都是使结构顺时针方向扭转，即：顺桥向结构向大里程侧偏心。

2.2 横桥向不平衡力矩

分析已施工的箱梁横截面，T构横向偏心主要由各混凝土浇筑差异、截面偏心、小里程段曲线偏移、桥面结构不对称分布引起。

箱梁大里程端位于直线段，按其箱梁中轴线延伸至小里程，根据曲线要素确定小里程梁体各节段轴线的横向偏移值，按横截面尺寸确定截面偏心距，综合后确定各节段的偏心距，具体见表1横桥向梁段偏心距。

桥面防撞墙的不对称分布，根据浇筑方量与相对大里程轴线的偏心距计算不平衡力矩。假设从小里程到大里程横截面使T构逆时针旋转的力矩为正。

2.2.1 箱梁重量引起的不平衡力矩

横桥向，沿箱梁中轴线位置，各个梁段横向偏心距计算见图2截面偏心计算图示，假设每个梁段横桥向偏离箱梁中轴线的长度为y，则根据公式：

假设小里程到大里程使T构逆时针旋转力矩为正，经计算，箱梁自身横桥向承受总的实际不平衡力矩为-30544kN·m，设计箱梁自身横桥向承受总的不平衡力矩为-28986kN·m，均使T构绕箱梁轴心线顺时针扭转。

2.2.2 已施工外侧的防撞墙引起的不平衡力矩

根据桥面系各部分的实际浇筑量结合桥梁横截面位置及曲线段桥梁横向偏移值计算不平衡力矩，设从小里程到大里程使T构逆时针旋转力矩为正。经计算，已施工防撞墙引起的横桥向实际不平衡力矩M防撞墙=16904kN·m。

综合箱梁和防撞墙后梁体的横向不平衡力矩：

M横=M梁+M防撞墙=-30544kN·m+16904kN·m=-13640 kN·m

已完成施工的T构横桥向自身不平衡力矩使梁顺时针扭转，即：横桥向结构向线路中心线外侧（小里程往大里程方向梁体右侧）偏心。

2.3 配重

2.3.1 利用自身结构分步施工初步配重

根据分析结果可知在偏心位置的对侧（即顺桥方向小里程侧，横桥方向左侧）安排桥面铺装施工，施工小里程0-4#段左半幅桥面，5-8#段左侧2车道桥面铺装工程，剩余余工程在转体完成后施工。如图3所示。

施工完成后，根据实际浇筑混凝土量测算转体结构的不平衡力矩。经计算：

顺桥向：Mg顺=-66363kN·m+70659kN·m=4296kN·m，结构向小里程侧偏心。

横桥向：Mg横=-13640kN·m+11473kN·m=-2167kN·m，结构向线路中心线外侧（小里程往大里程方向梁体右侧）偏心。

2.3.2 利用配重块配重

通过桥面铺装施工配重后，结构仍存在不平衡力矩，为满足设计要求，采用配重块进行配重，减小不平衡力矩。

选取配重80t，配重距离：T顺=Mb/G=4296kN·m/800kN=5.37m，T横=Mg横/G=2167kN·m/800kN=2.71m。横配重中心位于纵桥向偏大里程5.37m，横桥向偏向道路中心线侧2.71m处，根据配重中心在桥上汇制5m×6m配重区域，区域内均布混凝土配重块。（图4）

3? 称重

按理论配重后，分段拆除支架，撤除梁顶所有材料、机具、设备;拆除沙箱;解除球铰约束，利用千斤顶对转体结构进行称重，确定转体结构的实际不平衡力矩，再次配重消除不平衡力矩。

3.1 称重设备布设

在梁体纵、横向分别对称布设两组千斤顶。A组沿梁体横向中心线布置，距球铰中心为5m，B组沿梁体纵向轴线布置，距球铰中心3.9m，千斤顶顶部设压力传感器。下承台4个角、上承台边纵横向中轴线处设置位移监测点，监控位移变化。

预估千斤顶顶力=设计静摩阻系数×实际转体重量×球铰转动平面直径/千斤顶距转动中心距离：

A组顶力=0.06×181050×4/5t=869t;

B组顶力=0.06×181050×4/3.9t=1114t;

A组单侧布设2台500t千斤顶，B组单侧布设3台500t千斤顶。

3.2 称重依据

称重采用千斤顶顶放测试转体结构的摩阻系数及偏心距，转体结构解除约束后转体施工前，梁体的平衡状态表现为两种工况：

3.2.1 工况1：转体不平衡力矩（MG）大于转体梁球铰摩阻力矩（MZ）

梁体克服摩阻力矩而绕球铰发生刚体转动，至一侧撑脚与滑道接触参与受力，转动体在结构不平衡力矩、球铰摩阻力矩和撑脚反力矩的共同作用下维持平衡。可判断转动体重心偏向撑脚着地侧，在撑脚侧施加顶力P2（如图5所示），当逐渐增加P2到转体结构发生微小转动的瞬间（撑脚与滑道分离），则有：P2L2=MG+MZ。

当顶升到位（撑脚与滑道分离）后，缓慢释放千斤顶，至结构发生微小转动（撑脚开始回落）瞬间，设此时千斤顶顶力为P2，则有：P2L2=MG-MZ。

根据以上计算公式可得不平衡力矩及摩阻力矩计算公式如下：

3.2.2 工况2：转体梁不平衡力矩（MG）小于转体梁球铰摩阻力矩（MZ）

梁體稳定由不平衡力矩和球铰摩阻力矩维持。设转动体重心偏向小里程侧，在大里程侧施加顶力P1（如图6所示），此时P1产生的力矩与结构自身不平衡力矩同向，两者共同克服球铰摩阻力矩后产生转动趋势，当P1逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，则有：P1L1+MG=Mz。

小里程侧施加顶力P2（如图6所示），此时P2产生的力矩与结构自身不平衡力矩反向，P2须克服球铰摩阻力矩及结构自身不平衡力矩后结构发生转动，当P2增至转体结构发生微小转动的瞬间，则有：P2L2=MG+MZ。

根据以上计算公式可得不平衡力矩及摩阻力矩计算公式如下：

称重过程对千斤顶加压进行逐级加载顶升试验，监控应力及位移传感器的读数变化，记录千斤顶及压力传感器读数，直到位移发生突变，绘制千斤顶荷载及位移值关系曲线P-Δ，确定顶力。

工程称重过程呈现工况2，即转体梁不平衡力矩（MG）小于转体梁球铰摩阻力矩（MZ）。

3.3 转动体部分不平衡力矩确定

顺桥向：

MG顺=（9998.2×3.9-9433.85×3.9）/2=1100.5kN·m

MZ顺=（9998.2×3.9+9433.85×3.9）/2=37892kN·m

顺桥向结构重心偏向小里程侧。

横桥向：

MG横=（7523.0×3.9-7615.6×3.9）/2=-231.5kN·m

MZ横=（7523.0×3.9+7615.6×3.9）/2=37846.5kN·m

横桥向结构重心偏向道路中心线外侧。

静摩阻系数及转动体偏心距计算如下：

4? 二次配重

为使转体结构平衡，保证结构转动过程的平稳，一般采用两种方案配重：①梁体绝对平衡配重方案;②梁体纵向倾斜配重方案。对于第②种方案。MG≥MZ，偏心距e≥MZ/N=0.21m，不满足设计偏心距小于5cm的要求。

采用梁体绝对平衡配重方案。

称重确定桥梁实际纵横不平衡力矩之后，选二次配重10t，偏移量T顺=MG顺/G=1100.5kN·m/100kN=11.01m，T横=MG横/G=231.5kN·m/100kN=2.32m。即顺桥配重作用中心点偏移中轴线往大里程侧11.01m，横桥向配重作用中心点往桥梁道路中心线内侧偏移2.32m。根据配重中心绘制配重区域，吊装配重。

通过称重确定了转体结构的实际不平衡力矩，再次配重后消除不平衡力矩，达到试转、转体要求。

5? 结语

通过分析连续梁不平衡力矩调整施工顺序仅用80t完成了初次配重，相对设计参数400t减少了大量工作，更减少了配重对悬臂产生的额外荷载。对转体结构称重、二次配重，成功消除了非对称平面转体结构的不平衡力矩，为转体施工打下了坚实基础。南宁市亭洪路上跨铁路立交桥右幅桥于2018年11月7日成功转体，该段梁体位于曲线半径仅为260m的曲线段。小曲线半径非对称平面转体属国内首创。

参考文献：

[1]徐芳.桥梁转体施工中不平衡问题浅析[J].科技信息，2011-10-05.

[2]王秀平.桥梁平转施工关键技术及今后研究重点分析[J].四川建筑，2010-10-28.

[3]吴笛.预应力砼连续刚构桥部分转体施工与BIM技术应用[D].华中科技大学硕士论文，2019-05-01.

[4]宿州T构转体梁就位称重方案.互联网文档资源（https：//wenku.baidu.com/view/77fad03067ec102de2bd89a9.html）.2017.

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