桥梁转体施工方案研究

D0l:10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2020.03.149

桥梁转体施工方案研究

钟勇勇\"朱洪洲2

陈天培3

1.重庆交通大学;2.福建省水利投资集团(平潭)水务有限公司;3.合诚工程咨询集团股份有限公司

摘要：转体桥施工危险系数相当大，转体过程中保证主梁 的平衡是关键，本文主要阐述了有限元分析的重要性，转体桥主 梁平衡称重的原理和方法以及桥梁转体前的准备工作，为转体 桥施工提供理论支撑和工程实际借鉴。

关键词：转体桥施工，有限元分析，平衡称重

3

转体桥施工监控有限元仿真分析

迈达斯有限元分析软件在桥梁领域相当成熟，尤其在模拟 转体桥转体施工阶段。用梁单元模拟主梁，将主梁离散为180个 梁单元，用实体单元模拟桥墩,用划分网格法离散桥墩单元，建 立施工步骤。钝化激活支座单元来模拟转体过程中主梁与桥墩 支座连接的变化|21。

3.1监控计算的基本内容1工程概况

青某机场处于核心区域,市域范围内居中位置，根据总体方 监控计算主要是计算转体的速度，转体时间以及转体过程 案，跨铁路桥梁均采用转体法进行施工。六路跨径为62+62m, 中主梁的变形应力以及桥墩应力变化，如何科学合理的设置压 桥宽为21.8m。跨铁路桥梁均位于直线段,均为全预应力钢筋混 重。保证转体桥施工过程主梁的稳定性以免造成不可逆的后

果，计算过程要严格按照设计规范,并将计算结果跟设计方进行 凝土构件。

比较探讨，保证施工方案安全可行。2施工控制的依据.目的、原则与方法

3.2计算模型的建立2.1施工控制的依据

有限元计算模型的建立对于大型工程是科学并且可行的， 转体桥施工监控实施方案依据下列规范及文件编制：

有限元模型将理论计算手段与计算机联合起来，大大降低科学 (1 )JTG B01—2003《公路工程技术标准》；

人员的计算量，有限元模型以矩阵论理论为理论基础，将结构物 ⑵JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》；

离散为有限单元，单元之间用节点分割。(3 )JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵

4转体桥转体施工配重方案设计规范》；

(4) JT(; D63—2007《公路桥涵地基与基础设计规范》；桥梁转体安全主要在于主梁转体过程的稳定性，稳定性的

关键在压重，所以如何建立平衡压重的计算方法尤为重要，平衡 (5) JTj 041—2000《公路桥涵施丁技术规范》；

压重是转体桥梁成败的关键。(6) JTGF80/1—2004《公路工程质量检验评定标准(第一册

4.1转体桥主梁梁平衡称重的原理和方法土建工程)》。

(1) 称重原理。该桥主梁与桥墩处设置球铰,本文称重体系 2.2施工控制的目的

桥梁施工阶段的控制是一个系统工程,主要包括二部分:一 运用主梁在球铰转动过程中产生的不平衡力矩的计算方法。转

f。)大于转动体摩 部分是数据采集系统，即监测；另一部分是数据分析处理系统， 体桥转动过程中会有两种情况:不平衡力矩(A

/,)或不平衡力矩(Mc)小于球铰摩阻力矩(Mz),主梁与 即监控。在该系统中,设计图只是理想目标，而在自开工到竣工 阻力矩(A

而球铰转动过程中客服自 整个为实现设计目标而必须经历的过程中，将受到许许多多确 球铰细微的转动将产生不平衡力矩，

构成了转体桥桥梁中平衡 定和不确定因素(误差)的影响，包括在设计计算、材料性能、施工 身摩擦产生的摩阻力与之相互平衡，

精度、荷载、大气温度等诸多方面存在理想状态与实际状态之间 诔系。

(2) 称重方法。球铰转动时不平衡力矩的测试。对于转体 的差异，施工中如何从各种受误差影响而失真的参数中找出相

当转体桥不平衡力矩(Me)小于球铰摩阻力矩(Mz), 对真实之值,对施工状态进行实时识别(监测)、调整(纠偏)、预测， 桥整个体系，

主梁不会产生位移。假如主梁重心在 对设计目标的实现是至关重要的。很多未重视有效施工控制的 整个体系处于静止状态，

如图1称重示意图所示，则在东侧桥墩处施加力P,,随着P, 桥梁，在成桥后出现了内力分配不合理、主梁线形不流畅的情 西侧，

增加球铰会发生非常小的转动，此时关掉千斤顶并将回油卡死 况，有些甚至出现了严重的跨中下挠,影响了桥梁的使用。

保持P,不变，公式如下：2.3施工控制的主要内容

P,L,+ (1)施工控制的主要内容,主要进行了以下几个方面的工作。

(1) 采用有限元软件建立主梁结构仿真模型，对主梁施工过 程中的线形与应力进行模拟计算，理论上得到各个施工阶段的

转动挠度与应力数据。

(2) 根据墩顶转体施T.要点，采用球铰转动测试不平衡力矩 方法，制定详细的称重试验方法，得出转动体不平衡力矩、摩阻 系数、偏心距和摩阻力矩的计算方法，并得出了两种平衡情况下 东 ^ 西的称重方案。\\2.4施工控制的精度及原则

参照JTJ 04】_2000《公路桥涵施T技术规范》和JTG F80/ 1 一 2004《公路工程质量检验评定标准》的规定，结合目前测试仪 器的精度范围，控制精度初定见表1。/Mz百分表

表1P!.....序号1234

监控项目

主梁各施工控制节段中轴线标高误差

梁横桥向两侧对称点标高误差合龙段两侧梁段容许高差

主梁成桥标高

限差± 10mm±10mm± 10mm±20mm

图1称重试验a

假如转体桥梁整个中心在东侧,我们在主梁西侧加力/V随 着/>2的增加桥墩球铰会发生细微的转动,这时候关掉千斤加并 且把回油卡死保证A数值不变，所得公式如下：

Mg+Mz=P2L2 (2)

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建筑工程

Me

摩阻力矩：

P3L2 + P^L22

(7)

P3L2 + P3L2My；(8)

西

M?\\

ra

百分表

图2称重试验b

根据式(1)，（2)解联立方程：不平衡力矩

⑶

摩阻力矩

(4)

4.2转体桥梁主梁平衡称重时球铰摩擦系数和偏心距的计算

转体桥梁在压重实验过程，转体桥主梁与桥墩连接的球铰 会发生顺时针或者逆时针的转动，由于主梁东西测不平衡配重， 转体桥主体的重心并不在球铰重心处，使得转体桥主梁与桥墩 接触的上下球铰之间产生摩阻力距。

为尽可能减小球铰的摩阻力，球铰处加入黄油，根据实验以 及工程经验所得：

球摩擦系数：

,Mz

(9)

'1.13/V

偏心距为：

-转动体重量。

4.3平衡转体配重方案

假设转体桥梁在桥墩球铰支撑处是平衡的，在主梁两端施 加配重保证转体桥主梁重心与球铰中心线重合。这种方法的优 点是好计算，配重方便。缺点是无法保证转体桥在转动过程中 主梁重心与球铰中心线也是重合的。

此方案的配重可按式（11)计算：

N-

Mz

e---yv

(10)

NxeG'=L0 - l

(11)

G,—此方案需要加的配重；N—转体实际总重量；E—转体初始偏心距；

1〇—悬臂长度；

I—配重距梁端的距离。4.4转动前的准备工作

桥梁转体到位后要设置临时支撑，目的是限制主梁的位移， 以便安全合龙。

(1) 转动4桥梁主梁安全防护施工。铁路桥梁是民生之本， 在国内交通中担当着重任，为了在转体施工过程中保证铁路桥 的安全，需要设置安全网。

(2) 拆除砂箱、清理滑道。拆除桥墩处的固定装置,将滑道 上的污物清理干净，为了保证转体装置转体过程中滑润,需要抹 上黄油或者其他润滑剂。

(3) 千斤顶安装及其标定工作。千斤顶在安装就位前，需要 到专业部门进行标定，按照专业程序标定好的千斤顶，需要空载 运送到工作地点。

(4) 牵引索的预紧。千斤顶的拉力需要牵引索传给主梁，牵 引索必须保证能够承受千斤顶的拉力，所以牵引索需要 5kN~10kN的拉预警，重复几次，保证牵引索的索丝在拉力作用 下均匀受力。

(5) 防超转结构的设置。主梁体量很大,一旦转动起来，由 于惯性作用很容易超转，搭建临时支撑限制主梁位移，确保主梁 转动到位后能够停止运动。

(6) 车甫助顶推装置准备。如何设置微调装置也是转体施 工的关键，为确保主桥转体后能到达准确位置方便合龙,需设置 反顶推装置。图3百分表和千斤顶

(7) 天气条件。风速对转体桥梁施工影响很大，在转体施工 当转体桥梁不平衡力矩(M,.)大于球铰摩阻力矩(M,)时，

此时解除主梁与桥墩处的临时固结，主梁将发生转动。如图2, 开始前一周，要观测天气状况，并联系气候观测部门，预测未来

转体施工过程风速不能大于四级。假设转体桥主梁的重心在西侧，此时在转体桥墩顶的西侧施加 一周的天气状况，

力尸3,随着P,不断增加，主梁西侧接触球较的一端被抬起球铰会 参考文献：

[1] 项海帆.21世纪世界桥梁工程的展望[J]. 土木工程学报， 轻微转动,此时关掉千斤顶并关掉回油，公式如下：

2000(3): 126.P3L2=Mc+M7 (5)

[2] 邵旭东.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社，2007.然后打开千斤顶回油，千片顶回落过程中转体桥球铰会

[3] 叶见曙.结构设计原理[M]•北京:人民交通出版社,2005.发生轻微的转动此时记录/^有：

通讯作者：P,L2=McrMz (6)

钟勇勇（1977_)男，福建人，硕士研究生，主要从事桥梁施 联立方程(5)和(6)得胃

工研究。不平衡力矩：

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