大跨度曲线连续梁桥转体施工关键技术研究_刘德林.pdf

第 25 卷第 3 期2023 年 6 月辽宁科技学院学报JOUNAL OF LIAONING INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol 25No 3Jun2023文章编号:1008 3723(2023)03 015 05doi:10 3969/j issn 1008 3723 2023 03 004大跨度曲线连续梁桥转体施工关键技术研究刘德林(漳州职业技术学院 建筑工程学院，福建 漳州 363000)摘要:针对桥梁工程施工中跨越现有陆地交通道路与既有线路的相互干扰问题，提出了把连续梁转体施工方法应用到跨陆地交通道路和既有线路的桥梁施工技术中，保证了将桥梁结构置于障碍物外或靠近地面的障碍物上，从而降低了施工安全性风险和桥梁施工难度，节省了施工成本。文章结合具体工程实例，分析了桥梁转动体系施工技术，总结与探讨大跨度连续梁桥转体施工原理和施工方法，提出了大跨度曲线连续梁桥转体施工与称重的关键技术问题，为以后类似桥梁工程施工提供技术参考。关键词:大跨度曲线连续梁桥;转体施工法;施工关键技术;称重及配重中图分类号:U448 21文献标识码:A0引言桥梁工程施工中的转体施工技术具有工艺简单、能跨越深谷或障碍物等施工限制的优点，目前，该项施工技术已成功应用于跨公路桥梁及跨铁路桥梁施工中。连续梁转体施工技术应用于大跨度桥梁工程中，解决了其他施工技术难以解决的问题。卢东阳，等1 以渝昆高铁八家村二号特大桥为研究对象，针对本工程的施工难点，对跨越既有繁忙铁路连续梁转体施工的关键技术及相关参数进行计算，确保了工程施工整体的过程进度，提升了施工的速度。桥梁转体施工方法中通常有平转法、竖转体法和平转与竖转体法相结合等施工方法2，转体施工方法的应用推动了我国桥梁建设的发展。谢旺军，等3 以长塘大桥工程为实例，研究了转体施工方法在跨铁路大跨径连续梁桥施工的应用，解决了球铰及转盘施工的要点，为类似桥梁工程施工提供了实践参考。郭睿4 采取理论分析、现场试验和数值模拟的方法，基于 MIDAS/FEA 建立了有限元模型，研究了临近铁路大跨度钢 混混合梁转体施工技术，对转体施工进行了非线性分析，提出了钢 混混合梁桥转体施工监控的方法，为类似桥梁施工提供了理论参考。李春玉5 以青岛进场路转体桥工程为研究对象，针对等跨近距离同步转体刚构桥的施工关键技术进行研究，成功地解决了施工中的防碰撞难题。在跨铁路施工中，预应力混凝土 T 构桥收稿日期:2022 11 23基金项目:2020 年度福建省教育厅中青年教师教育科研项目(科技类)“基于自适应响应面法的结构体系多失效模式分析”(JAT201265)作者简介:刘德林(1989 )，男，福建漳州人，讲师，硕士 研究方向:土木工程施工与教学方面的研究转体关键技术可以有效解决球铰、转台结构设计和滑道的难题6 8。张东山，等9 结合通辽至新民北客运专线连续梁桥墩施工情况，提出了“两步法”球铰封固施工技术和“三步法”转体承台施工技术，为转体施工提供了实践参考。张恒10 以兴延高速公路上跨京包铁路立交桥工程为研究对象，优化了铁路钢箱梁转体施工技术及监控量测，降低了该工程的施工成本。姚杰11 以集包铁路古城湾特大桥大跨度简支钢桁架梁小角度跨越京包铁路工程为实例，提出了无平衡重平面转体法的施工步骤和相关施工原则，有效降低了转体施工的安全风险。王海雷12 以武汉曲线槽型梁刚构桥为研究对象，基于MIDAS/CIVIL 有限元软件，提出了曲线槽型梁的梁格模型，分析了该类型刚构桥转体施工的关键技术。基于此，文章以新建乌西乌北联络线工程跨乌奎高速公路大跨度曲线连续梁桥为工程背景，结合转体施工方法和基本原理，提出大跨度曲线连续梁桥的转体关键施工技术，通过转体称重试验得出适合大跨度曲线连续梁桥的不平衡力矩、偏心率、摩擦矩和摩擦系数，从而进一步丰富和推广大跨度曲线连续梁桥转体施工安装技术和施工方法。1转体施工方法及原理连续梁转体施工是指将桥梁结构在非轴线设计位置先进行制作，梁体浇筑完成即达到最大悬臂状态后，将桥梁结构的重量通过墩柱传递到预埋的球铰上，然后利用摩擦系数很小的球铰转盘或滑道，通过转体系统将桥梁结构转至设计轴线位置的一种施工方法。桥梁转体系统主要由下承台、球铰、撑脚、滑道、支架、上转盘和转体施工设备等组成，如图 1所示。桥梁转体系统为整个连续梁桥转体施工的关键技术部位，上转盘与下承台之间通过上球铰和下球辽宁科技学院学报第 25 卷图 1转体系统结构示意图铰形成一个球面接触，两个球面间采用摩擦系数较小的四氟乙烯滑片，在施工过程中要等待桥梁体全部施工结束后，依托砂箱将桥梁体的自重转移到球铰处，后期通过称重试验来完成梁体的配重，桥梁转体施工过程中注意依靠两套连续梁转体千斤顶的张拉，上下盘在力偶的作用下，将绕定位轴载桥梁下承台上进行转动，达到大跨度曲线连续梁桥的转体系统的整体转动施工。由于该技术大大降低了跨越既有线桥梁施工的难度，且施工技术较为成熟，施工成本较低，因此，该项技术被施工单位广泛采用。由于旋转桥梁施工过程较为复杂，施工过程中受各种因素相互影响，这可能导致桥梁竣工后，线形和应力偏离设计值。此外，对于曲线连续梁桥，由于梁体重心与转体重心存在偏移，这就大大增加了转体施工的难度，所以在具体的桥梁施工过程中要严格控制质量，施工过程中及时发现过程偏差，做到及时纠正，同时要加强线形及应力监控并进行理论分析，以确保桥梁施工安全以及转体过程的稳定实施。2大跨度曲线连续梁桥转体系统关键施工技术2 1工程概况新疆乌西乌北联络线工程跨乌奎高速公路 48m+80 m+48 m 连续梁桥，该桥位于曲线上，箱梁按曲线来做，梁体的主要构造为单箱单室预应力直腹板连续箱梁结构形式。该连续梁桥的总长度和顶宽分别为 177 5 m 和 12 m，桥梁箱梁的底部宽度为6 0 m和7 2 m 两种，在中支点处进行加宽1 2 m 的技术处理，此处的箱梁高度为 6 4 m，桥梁跨中的梁高为 3 8 m。在梁高的整个长度采取二次抛物线的设计，顶板和底板的厚度分别控制在 0 4 m 和 0 4m 1 1 m，腹板厚度控制在0 5 m 1 2 m。在整个桥梁段的中支点和边支点处采用横隔墙进行加强设计，厚度分别为 2 5 m 和 1 5 m;横向间距控制在5 0 m和 4 5 m;连续梁下部结构为圆端形桥墩，钻孔桩基础，新建铁路与乌奎高速公路夹角为 55，连续梁采用转体施工技术，合理安排桥梁的挂篮浇筑顺序，针对施工难度较大的 19#墩和 20#墩逆时针平转 55至原设计位置后，再进行施工合拢段。桥梁转体施工与其他施工方法最大的区别在于实现梁体“转得动、转得稳、转得准”为目标，以此要对转体施工过程的关键步骤进行严格的控制。2 2下承台及转动体系施工技术大跨度曲线梁桥下承台在整个受力体系处于关键部位，采用转体施工的桥梁，转体系统中的牵引系统反力座需要在下承台混凝土浇筑前进行预埋，并在下承台中埋设相应的临时锁定装置、限位装置及助推装置等，这是转体施工中的关键。在承台底部浇注混凝土前，应提前预埋转体下轮、圆形滑块、临时锁定装置、旋转限位装置及牵引系统的后座等装置。转体系统下转盘的施工技术要点主要体现在:一是提前设置预留槽;二是编制混凝土质量控制方案;三是混凝土浇筑前调整固定转台球铰，确保施工的质量符合设计要求。在安装下转盘球铰时，施工人员应按设计要求精确测量放样，然后对槽口内的混凝土表面凿毛处理，清除表面的水泥浆和碎渣，以确保混凝土的粘结质量;拼装下转盘球铰前要检查表面椭圆度及结构标高，确保下转盘球面铰链的中心十字线的准确性;最后完成槽口内钢筋绑扎、精确定位及固定工作。转体滑道安装要保证撑脚在滑道内的自由滑动性能，以保持桥梁转体结构的平稳，同时撑脚的相对高差要满足设计要求。一方面滑道下槽口使用 C40微膨胀混凝土浇筑，施工技术人员要检测混凝土的密实度;另一方面下转盘球铰的牢固性在过程中确保牢固不位移和不受施工其他因素的干扰，混凝土凝固后能保证转体系统的正常工作。严格按照施工方案执行，加强控制混凝土的浇筑质量和混凝土的龄期养护，在混凝土初凝和终凝前后，加强滑道的过程监测，对出现的工程质量问题及时采取相应的措施。2 3 上承台转动体系的施工技术在转体系统的下球铰施工结束后，达到设计要求的时间后，进入上承台转动体系的施工。首先安装中心销轴时，应重点控制垂直度和中心销轴周边间隙，在安装桥梁转动的上球铰前，要先进行桥梁的下球铰聚四氟乙烯滑片的安装。需要注意的施工技术要点:一是安装聚四氟乙烯滑片前，需要清理干净下球铰顶面灰尘或其他杂质;二是将四氟乙烯滑片按照编号由内到外安装到孔内，四氟乙烯玻片安装后，在球面上的每一个四氟乙烯玻片之间涂抹黄油聚四氟乙烯粉末，整个过程中严禁将杂物带到球面上，固定上球铰并吊起涂抹61第 25 卷第 3 期2023 年 6 月辽宁科技学院学报JOUNAL OF LIAONING INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol 25No 3Jun2023聚四氟乙烯粉;三是将上球铰对准中心销轴轻落至下球铰上，试转上球铰，确保能顺利转动。在转体系统的上转盘下设置撑脚，撑脚是转体转动过程中保持转体稳定的主要措施之一，垫板所起的作用是充当旋转结构、撑脚及滑块之间的间隙。转体系统中的间隙是根据设计要求设定的，在转体施工前，不锈钢板和聚四氟乙烯(PTFE)板在滑块表面铺设，上转盘是转体时的重要结构，整个转体过程是一个多向的三维受力状态，此时的桥梁受力更为复杂。转盘是球铰链与上转盘相连的部分，由旋转牵引电缆直接应用，转台预埋式牵引索固定在上转台混凝土中，以牵引索作为旋转牵引的主要受力线。在转台的中心对称设置各电缆的埋点和出口点。牵引电缆的外露部分应在转盘周围包扎平整，放置在转盘预埋钢筋上，采取相应的保护措施确保不受其他施工因素干扰。为了保证转盘构造的上部结构，球铰链结构不动，用钢楔塞和回圈，并在上支撑平台与下支撑平台之间设置临时连接。钢筋或型钢在混凝土浇筑前被预埋，将上下平台连接在一起，转体前切断钢筋或型钢，最后进行转体施工。2 4大跨度曲线梁桥转体称重及配重试验分析2 4 1称重试验目的桥梁全部的转体重量由转动球铰承载，桥梁转体牵引力矩的大小受球铰摩擦系数大小影响。在竖向平面内的桥梁转体结构存在两个主要影响因素，一是大跨度曲线连续梁桥的梁体质量分布差异，二是球铰体系的制作误差。这两个主要影响因素使得大跨度曲线连续梁桥的两端悬臂段的刚度和桥梁质量分布存在差异，产生了桥梁不平衡力矩。因此，为了保证施工过程中大跨度曲线连续梁桥的安全性和稳定性，使得转体施工顺利进行，在施工正式转体前，需要进行桥梁转体的称重试验和配重的试验分析，测试桥梁转动体的偏心距、摩阻力、不平衡力矩和静摩擦系数。在桥梁的施工支架和砂箱全部拆除后进行称重试验。2 4 2称重试验方法球铰链旋转法测量不等式弯矩。当刚体转动时，将会突然产生变化较大的位移，以此方法来测量桥梁的不平衡力矩。此种测量称重方法的优点主要是产生的刚性体的作用效应，能较大程度上消除大跨度曲线连续梁桥结构变化的负面影响，使得称重的结构较为准确。桥梁的支架和砂箱拆除后，大跨度连续梁桥的 T 型构件最大可能会出现两种平衡模式，假设 T 型构件的摩阻力矩为 MZ，不平衡力矩为 MG。称重方法模式一:MZ MG。即不平衡力矩大于摩阻力矩的受力状况下，在竖向平面内桥梁结构会产生转动的现象，大跨度曲线连续梁桥在不平衡力矩作用下产生竖向的转动，因此，桥梁结构的撑脚开始整个桥梁结构的受力，在整个滑道面产生受力现象，结构的计算简图如图 2 所示。图 2称重不平衡计算简图在理论计算前，假设大跨度曲线连续梁桥称重的重心在右侧，称重的计算方法考虑升顶和落顶两种情况。从大里程侧升顶时的桥梁称重计算:P1L大 MG MZ=0(1)从大里程侧落顶时的桥梁称重计算:P2L大 MG+MZ=0(2)由式(1)、式(2)可求得摩阻力矩 MZ和不平衡力矩 MG。式中:L大、L小为千斤顶支撑点中心距桥梁转动中心的水平距离(单位/m);P1