高铁转体T构桥称重技术研究_李佳豪.pdf

1工程概述某高铁跨铁路T构桥采用248 m T构梁跨越铁路。主桥梁体采用单箱单室、变高度、直腹板、箱型截面。箱梁顶宽12.6 m，箱梁底宽6.7 m，单侧悬臂长2.95 m，悬臂端厚28.2 cm，悬臂根部厚66.5 cm。主墩墩顶7.0 m范围内梁高相等，梁高6.5 m，边墩墩顶现浇段梁高3.5 m，梁底曲线为1.8次抛物线。为保证既有铁路的安全，减少施工过程中对既有铁路运营的影响，T构采用转体施工。转体的长度为84 m，设计转体净重为4.1105kg（41 000 kN），旋转角度为顺时针扭转64。2转体称重的原理及方法该桥采用墩底设置球铰的转体方案，此处采用球铰转动法进行平衡称重测试。该方法将转体结构视为刚体绕球铰转动1，由此建立平衡方程。该方法仅考虑刚体作用，受力明确，因而在实际工程实践中采用较多。2.1球铰摩阻力矩及转体 T 构不平衡力矩计算方法当挂篮悬浇主梁施工完成，拆除砂箱后，上部T构处于由球铰支撑状态，此时，球铰摩阻力将会参与维持转动体的平衡，整个转动体系会有两种情况的平衡状态：球铰摩阻力矩（MZ）小于转体T构的不平衡力矩（MG）或球铰摩阻力矩（MZ）大于转体T构的不平衡力矩（MG）2。1）球铰摩阻力矩（MZ）大于转体T构的不平衡力矩（MG）此时转动体的不平衡力矩不会引起转动体的刚体转动，此时球铰摩阻力矩与转体T构的不平衡力矩维持整个转动体的力矩平衡。如果转体重心偏向小里程方向，则在小里程侧对上转盘施加顶力P1，如图1a所示，当P1使转体结构发生微小的瞬时转动时，关闭千斤顶阀门，则：P1L1=MG+MZ（1）再在另一侧施加顶力P2，如图1b所示，当P2使转体结构发生微小的瞬时转动时，关闭千斤顶阀门，则：P2L2=MG+MZ（2）联立式（1）和式（2）得：不平衡力矩MG=P1L1-P2L22（3）摩阻力矩【作者简介】李佳豪（1997），男，湖南长沙人，硕士在读，从事桥梁施工监控与桥梁健康监测研究。高铁转体 T 构桥称重技术研究Research on Weighing Technology of High Speed Railway Swivel T-Shape Rigid Bridge李佳豪，袁帅华（湖南科技大学 土木工程学院，湖南 湘潭 411201）LI Jia-hao,YUAN Shuai-hua(School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,China)【摘要】以某跨铁路 T 构桥为研究对象，详细介绍了转动球铰法称重实验原理及方法，并用此方法在转体施工之前进行了称重实验，以此对转动体的不平衡力矩、偏心距、摩擦系数等参数进行确定，并结合跨铁路的特点确定了配重方案。结果表明转动球铰法受力明确，各参数计算结果准确，配重方案合理，确保了转动体顺利安全转动到预定位置，使主梁顺利合龙。【Abstract】Taking a cross-railway T-shape rigid bridge as the research object,the weighing experiment principle and method of rotatingball hinge method are introduced in detail,and the weighing experiment is carried out before the swivel construction,so as to determine theunbalanced moment,eccentricity,friction coefficient and other parameters of the swivel body,and the counterweight scheme is determinedaccording to the characteristics of the cross railway.The results show that the force of the rotating ball hinge method is clear,and calculationresults of each parameter are accurate,and the counterweight scheme is reasonable,which ensures the smooth rotation of the rotating bodyto the predetermined position,and makes the main beam close smoothly.【关键词】转体施工；称重实验；转动球铰法；配重方案【Keywords】swivel construction;weighing experiment;rotating ball hinge method;counterweight scheme【中图分类号】U448.13【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）04-0137-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.04.041MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计137Construction&DesignForProject工程建设与设计MZ=P1L1+P2L22（4）2）球铰摩阻力矩（MZ）小于转体T构的不平衡力矩（MG）此时球铰摩阻力矩不足以平衡转体T构的不平衡力矩，所以此时转体重心偏向那侧的撑脚与滑道接触，撑脚开始参与受力，由不平衡力矩、摩阻力矩和撑脚共同维持转动体的平衡3-5。如果转体重心偏向小里程方向，则在小里程对上转盘施加顶力P1，如图1a所示，当转动体系发生微小的瞬时转动时停止，此时有：P1L1=MG+MZ（5）然后使千斤顶回落，当转动体系发生微小的瞬时转动时停止，此时的顶升力计为P1，则：P1L1+MZ=MG（6）联立式（5）和式（6）得：不平衡力矩MG=P1L1+P1L12（7）摩阻力矩MZ=P1L1-P1L12（8）MGP1L1L2MZa顶升小里程侧MGP2MZL1L2b顶升大里程侧图 1偏心距偏向小里程时转动体受力图2.2球铰摩擦系数和偏心距计算方法在称重试验时，转动T构会跟着球铰在梁纵轴线平面内发生微小的转动，即图2中绕Z轴发生微小转动。摩阻力矩为摩擦面上无数个微小面积内的摩擦力对球铰中心法线的力矩之和6。假设球铰与下转盘接触面均匀受压，且撑脚与滑道并未接触，并不考虑转体过程中临时荷载的影响，球铰摩擦系数及偏心矩推导过程如下：由图2可以得到：dMz=（Rsincos）2+（Rcos）2（9）dF=PsdA（10）dA=RsindRd（11）Ps=Pcos（12）P=NR2sin2（13）=arcsinRPR（14）式（9）式（14）中，dMz为面积微元摩阻力对球铰中心法线的力矩；dF为面积微元上的静力微元；为静摩擦系数；dA为球铰与下转盘接触面任意一点的面积微元；Ps为下球铰面所受竖向应力；R为球铰半径；为面积微元的半径与球铰中心法线的夹角；为面积微元的半径在平面上的投影与X轴正向夹角；P为下球铰面所受垂直于球面应力；为的最大值；N为转动T构的重力；RP为球铰平面半径。联立式（9）（13）得：Mz=RNsin2 cossin（sin2cos2+cos2）dd（15）则：Mz=2（1-cos3）3sin3RN（16）所以球铰静摩擦系数为：=MZ0.98NR（17）偏心距e：e=MGN（18）式中，N为转动T构的重力；R为球铰中心转盘半径。2.3称重试验测点及千斤顶布置本桥上转盘设计直径7.6 m，设6对60 cm的钢管混凝土圆形撑脚沿纵轴线对称布置。按照撑脚的实际安装位置情况安装千斤顶和百分表，千斤顶沿桥梁纵轴线对称布置，位移测试百分表布置于纵轴线上。1383转体称重实验结果及配重方案3.1称重实验结果当主梁挂篮悬浇施工完成，拆除砂箱后经过观察撑脚，发现撑脚均未与滑道接触，故判断此情况为球铰摩阻力矩（MZ）大于转体T构的不平衡力矩（MG）的情况，所以实验步骤为先在小里程进行顶升，顶升到百分表发生突变时停止，顶升力临界值为P1，作用力臂L1；再在大里程进行顶升，顶升到百分表发生突变时停止，顶升力临界值为P2，作用力臂L2。称重实验结果见表1。表 1转体称重实验荷载-位移表小里程施加顶升力大里程施加顶升力顶升力/kN位移/mm顶升力/kN位移/mm1603204806408009601 0401 1201 2001 2801 3601 4401 5201 6001 7001 7601 8401 9202 0802 1600.060.100.170.240.300.370.420.450.490.510.540.590.620.670.740.770.800.830.901.8240801201602002402803204004805607008009201 0001 0601 1001 1200.010.030.040.070.090.100.110.130.180.210.270.370.420.540.710.921.082.35由表1可知，当在小里程施加顶升力，当顶升力从2080 kN增加到2 160 kN时，测点位移从0.90 mm突变到1.82 mm，则P1的值为2160kN；当在大里程施加顶升力，当顶升力从1100 kN增加到1 120 kN时，测点位移从1.08 mm突变到2.35 mm，则P2的值为1 120 kN。经测量L1取2.7 m、L2取2.4 m。3.2称重计算及配重方案根据表1所示结果，对称重实验一系列参数进行计算，所得结果如下：球铰摩阻力矩MZ=4104kNm，不平衡力矩MG=1080kNm，配重前偏心距e0=0.026 m偏向小里程，摩阻系数=0.093。根据以上数据，且既有铁路在转体T构的小里程方向，且铁路上方设有高压线，所以出于安全考虑，将配重后偏心距设置在偏大里程侧，故选择了在大里程侧距离球铰中心40 m处配重10 t的水箱，配重后偏心距0.096 m。4结论1）转体T构一般采用现场浇筑的施工方式，不可避免会产生单侧偏重的情况，造成了转动体存在一定的重心偏移，称重实验能让转体操作人员确定转动体的各种参数，并根据实际情况确定安全的配重方案，极大地提高了转体的安全。2）考虑到跨铁路的原因，本桥没有采用将配重后重心与球铰中心线重合的方案，而是采用了将配重后偏心距设置在远离铁路侧，提高了转体的安全性。3）经过此方案配重后的T构顺利转动到预定位置，且转体后顺利合龙，证明了称重实验的准确性以及此配重方案的合理性。【参考文献】1杨伟.T型刚构桥大角度同步转体施工控制关键技术研究D.成都:西南交通大学,2018.2张航.连续梁桥墩顶水平转体施工监控技术研究D.湘潭:湖南科技大学,2016.3梁天赐.某混凝土连续箱梁水平转体施工监控技术研究D.石家庄:石家庄铁道大学,2013.4何俊.大跨度连续梁桥转体施工力学特性分析D.西安:长安大学,2012.5罗鹏.秦皇岛城市西部快速路跨京哈铁路桥梁转体施工技术D.成都:西南交通大学,2011.6魏峰,陈强,马林.北京市五环路斜拉桥转动体不平衡重称重试验分析J.铁道建筑,2005(4):4-6.ZOOROO图 2转动体球铰绕 Z 轴转动摩擦系数计算示意图【收稿日期】2022-10-17MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计139