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引江济淮特大桥转体梁称重及配重技术研究

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刘元臣

摘要：越来越多上跨铁路桥梁为了尽量减少对铁路正常运营的影响，上构梁体采用转体法施工。新建合安铁路合九联络线引江济淮特大桥主跨以（32+48+32）m转体连续梁的形式上跨宁西铁路，本文结合引江济淮特大桥转体梁的施工实例，详细阐述了在转体前对转体梁进行称重试验的原理、步骤、计算公式及配重方法，以使转体梁在转体时处于良好的平稳状态，确保了施工安全及铁路运营安全。

Abstract： The upper frame beam of more and more cross-railway bridges is constructed by swivel method to minimize the impact on the normal operation of the railway. The main span of the newly-built He'an Railway Hejiu tie line Yangtze-to-Huaihe Bridge is the （32+48+32）m swivel continuous beam in the form of a continuous beam spanning the Ningxi Railway. This paper combines the construction examples of the turning beam of the Yangtze-to-Huaihe Bridge to elaborate the principle， steps， calculation formula and weight method of weighing test on swivel beam before turning the body to make the swivel beam in a good stable state during the turning， which ensures the safety of construction and the safety of railway operation.

關键词：转体法施工;上跨铁路;称重;偏心;配重

Key words： swivel construction;upper cross railway;weighing;eccentricity;counterweight

中图分类号：U446 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）14-0105-04

0 ?引言

在未来铁路、公路等桥梁建设过程中，为了减少施工对既有运营铁路、公路等设施带来的施工干扰及安全隐患，尽量维持原有线路的畅通和确保交通运输安全，越来越多的桥梁梁体采取在既有重要设施旁现浇后再采用转体上跨的施工方法。但在以往梁体转体法施工时，时常出现过因转体梁平衡控制失误，出现撑脚顶紧环道和保险柱顶住上转盘的施工现象，即转体梁施工的保险系统发挥了作用，表明转体施工的平衡状态控制出现失误，不仅造成了严重的安全隐患，重大的经济损失及极差的社会影响，且随后的施工处理麻烦。故在转体前对梁体的平衡性能检测方法及配重措施进行研究，准确控制转体梁两端的平衡，有效解决转体施工的平衡问题，促使相关桥梁转体的设计、施工及管理水平的提高，给转体的施工带来更好的发展机遇。

1 ?工程简介

新建合安铁路合九联络线引江济淮特大桥特大桥位于安徽省肥西县，中心里程：HJLDK6+869.165，全桥长5029.35m。桥梁于HJLDK7+621.27～HJLDK7+734.40处采用（32+48+32）m转体连续梁的形式上跨宁西铁路。宁西铁路为电气化铁路，列车流量较大，上跨铁路位于梓树庄至长安集区间路基段，路基顶面总宽度为15.08m（含接触网正馈线位置）。

转体连续梁施工里程HJLDK7+673与既有宁西铁路交叉里程为K917+500。上跨连续梁采用平行宁西铁路线外挂篮悬臂现浇、转体施工，基础形式采用桩基承台，承台尺寸为10.8×8.5×3m+上转体基础结构，主墩采用圆端型实体墩，墩高为16.5m，其中转体结构由转体下盘、球铰、上转盘、转动牵引系统、助推系统、轴线微调系统组成。

连续梁梁体为单箱单室、变高度、变截面直腹板结构。箱梁顶宽7.6m，箱梁底宽4.2m。转体总重量2500t，转体角度86°。

2 ?确保转体安全的技术措施

为了确保转体梁的平衡性能，本项目围绕该桥设计结构参数及施工特点，对在转体梁的两端不平衡力矩的测试、转端配重、摩阻系数、转体力矩偏心控制方法等方面进行了研究。对本项目的转体梁进行现场不平衡力矩称重试验，以确保转体施工时结构稳定旋转，提高施工质量，转体闭合顺利。同时能够为其他项目转体梁的施工及设计积累经验及参考数据，从而完善桥梁水平转体施工及设计水平。

本项目采用了对转体梁进行称重的平衡检测方法，以检测及计算转体梁的不平衡力矩、摩擦阻力及转动铰的表面摩擦系数，进而对转体梁的平衡性能进行评估，以确认是否需采取配重措施，并根据需要进行准确配重，转体梁称重方法如下：

2.1 称重试验试验内容

在转体梁0号段所有支架拆除后，转体施工前进行梁体的称重试验，试验主要进行以下项目的测试：

①转体梁在桥纵向存在的不平衡力矩值。②转体梁在桥纵向存在的纵向偏心距值。③球铰上下两铰间的摩阻力矩及摩擦系数。④对转体梁的配重准确性进行检测。

2.2 称重前的准备工作

①安装完成转体梁的梁端合拢口处的合拢段混凝土浇筑的模板及支撑系统。②清理干净梁面上所堆放的机具、材料及设备等。③对转盘撑脚的下滑板安装质量及状况进行检查。④按试验设计要求安置千斤顶、大量程百分表。⑤将黄油聚四氟乙烯滑板安装在撑脚下。⑥观察转体梁是否存在倾斜现象;当存在倾斜现象时，查明方位以确定其状态。

2.3 转体梁平衡状态分析

本项目采用球铰转动法测试转体梁的不平衡力矩。即采用顶升力使球铰转用，通过记录转体梁转动力矩的变化情况，而计算出所需数据。本测试方法将转体梁按刚体，不考虑挠度等其它影响因素，以往施工经验表明结果较为准确，能满足施工需要。

在解除转体梁所有外部支撑后，以球铰为支点，梁体的平衡状态不外乎以下两种类型：①转体梁的不平衡力矩（MG）小于球铰摩擦力产生的力矩（MZ），梁体将处于平衡状态，不会发生转动，如图1所示;②转体梁的不平衡力矩（MG）大于球铰摩擦力产生的力矩（MZ），梁体将处于不平衡状态，使球铰发生转动，直至撑脚接触至滑道而支撑住梁体转动，如图2所示。

2.4 测试摩阻力矩、不平衡力矩的方法

2.4.1 转体梁不平衡力矩小于球铰摩擦力力矩的工况

假设转体梁重心偏向九江端，在承台的九江侧实施上顶力P1（如图1所示），使P1顶升力逐渐加大，当球铰发生转动的瞬时，各外力间有：

2.6 施力设备及测点布置

根据设计数据：N=25000kN，R=3.6m，μ预估为0.05。

故静摩阻力矩为：0.05×0.98×25000×3.6=4410kN·m，在两侧距转体中心线2.635m处设置千斤顶，千斤顶需要的顶力：4410/2.635=1673.6kN。在距转体中心线2.635m处两侧各设置1台500t的千斤顶，分别对转体梁进行顶放，在上转盘底的桥纵向两侧各布置1个百分表，用以测试球铰的微小转动。

该施力方案虽要求千斤顶施加的顶大较大，但上、下承台的刚度大，变形小，容易使球铰发生微小转动，且操作相对简单，安全性高。故本项目不平衡称重试验采用该施力方式。千斤顶布置见图3。

2.7 试验步骤

①安置千斤顶及百分表至试验方案确定的位置。②再次确认及调整千斤顶位置，对千斤顶施加初始顶升力。③按设计顶力施加方案逐级增加顶力，并逐级记录百分表位移读数，直至位移产生突变。④绘制出P-Δ曲线。⑤由转动变突点处的顶升力计算得不平衡力矩、摩阻系数、偏心距。⑥制定配重方案，确定新偏心距、配重位置及配重重量，对配重后的转体梁进行再次称重测设，以验证配重是否达到要求。⑦转体梁试验报告的编制。

2.8 测试仪器和设备

①位移百分表：用于测设转体梁的转动位移，数量为2个。为机械式百分表，主要技术指标：量程9mm，精度1/100，线性度大于0.2%;使用条件，受周围环境影响不大。②JMZX-3340AT穿心式智能六弦数码力传感器和JMZX-3006综合测试仪六弦数码力传感器，主要技术指标：量程4000kN，精度1kN，使用条件受周围环境影响不大，与JMZX-3006综合测试仪配套使用。③千斤顶：500t千斤顶2台。④钢板6块：边长400mm×400mm、厚20mm。⑤锚具，千斤顶与上转盘的空隙用锚具来填充，18个左右。⑥配电箱、插座板及线路引到承台下。⑦配重所需的砂袋。

3 ?转体梁称重试验及结果分析

3.1 合肥端（56号墩）处转体梁称重试验

3.1.1 测试结果及数据计算

首先对转体梁平衡状况进行了现场观察，没有发现撑脚接触到滑道的现象，表明56号墩处的转体梁處于上述第一种平衡状态下，即转体梁的不平衡力矩（MG）小于球铰摩擦力产生的力矩（MZ），梁体处于自平衡状态。

分别在合肥端、九龙端施加顶升力进行称重试验，56号墩转体梁称重的P-Δ曲线图如图4所示。

由图4可看出，当顶力逐渐加大时，位移值也逐渐增大，表明此阶段为顶升力正在克服球铰的摩阻力，随后出现水平曲线，此阶段为顶升力完全克服摩阻力，球铰发生微转动。通过测试所得数据计算得转体梁实际状态的各种数据如表1所示。

测试结果计算所得的不平衡力矩偏心距达17cm，偏心距位于合肥端，故需对转体梁进行配重。

3.1.2 配重方案设置

以往施工表明，当进行小偏心距或是零偏心距转体梁施工时，转体梁稳定性较差，受外力干扰时容易发生梁体摆动现象，存在较大的安全风险。故，实际施工时，通常将转体梁不平衡力矩的偏心距控制在5～15cm范围内。

本项目拟将56号墩转体梁不平衡力矩的偏心距调整至10cm。同时，为了确保宁西铁路的行车安全，将调整后的偏心距设置在远离铁路侧，即合肥端。

根据56号墩处转体梁的称重试验数据，需在转体梁九龙端实施配重，根据施工条件及尽量避免装、卸配重材料时对宁西铁路的影响，决定在距离球铰中心为15m处采用砂袋进行配重。

则需配重重量：

G配=（MG-N×e′）/15=（4173.8-25000×0.1）/15=111.6kN=11.16t

按设计位置进行了11.16t的配重，如图5所示，配重实施完成后，再次对转体梁进行了称重试验，测试得配重后转体梁的偏心距为10.2cm，满足设计要求。

3.2 九龙端（57号墩）处转体梁称重试验

九龙端（57号墩）处转体梁通过测试所得数据计算得转体梁实际状态的各种数据如表2所示。

由表2可得出，57号墩处转体梁的不平衡力矩偏心距达为7.3cm，处于5～15cm的控制范围内，且偏心距处于远离宁西铁路的九龙端，故不需对转体梁进行配重。

4 ?结束语

进行本项目转体梁施工时，通过梁体的称重测试，获取梁体偏心距、转盘摩阻力矩等休现转体梁施工实际状态的数据，采取配重的方案调整偏心距到最佳施工位置，提高梁体转体时的施工安全保证，且尽可降低对宁西铁路运营的影响。通过采取以上技术措施，顺利、安全地完成了转体梁的施工。通过转体法在本项目的应用，积累了施工经验，以期可为其他类似转体项目的施工提供有益参考。

参考文献：

[1]TG TF50-2011，铁路桥涵施工规范[S].

[2]张磊.S12高速公路上跨京沪铁路转体桥施工[J].科教纵横，2011（18）.

[3]刘海潮.廊沧高速公路沧州段跨京沪铁路转体参数测试方法浅析[J].黑龙江交通科技，2011（4）.

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