桥梁转体施工过程中球铰应力分析

袁嘉俊

摘 要：在跨越河流和峡谷等地桥梁施工中，需要利用桥梁转体施工技术，在桥梁转体施工中，转动球铰属于关键设备，保障球铰应力的合理性，可以提升桥梁转体施工质量。本文分析了桥梁转体施工中球铰应力，结合工程实际情况监测桥梁转体施工中球铰应力，为桥梁主体施工提供借鉴。

关键词：桥梁;转体施工;球铰应力

中图分类号：U445.4 文献标识码：A

桥梁转体施工属于一项新型桥梁施工技术，在实际施工中，施工单位需要在合适的位置浇筑桥梁，利用转动方法在预定位置准确的放置梁体结构。在桥梁转体施工中，转动球铰发挥着重要的作用。通常是在工厂加工制作转动球铰，通过调试球铰接触情况，可以满足施工精度要求，提高桥梁转体施工质量。在桥梁转体施工中，需要保障球铰应力状态，球铰应力状态计算结果关系到后续结构设计，同时可以保障整体结构的稳定性。我国对于球铰应力的研究比较少，需要根据平面简化处理竖向作用下的球铰受力，虽然可以满足桥梁工程要求，但是存在较大的误差。分析了桥梁转体施工中球铰应力，为桥梁转体施工提供技术保障。

1 概述桥梁转体施工系统

针对桥梁工程连续梁，梁体中利用单箱和直腹板以及预应力混凝土箱梁结构，在箱梁梁高变化地段，梁底曲线利用二次抛物线，在梁下部结构中设置圆端形桥墩，在基础部位设置钻孔桩。控制箱梁和营业线路夹角在55°以內，在营业线路设置挂篮浇筑悬罐段，保障最大悬臂状态[1]。

在桥梁转体施工中，需要将桥梁整体划分为两个半整体，在偏移桥梁设计轴线角度施工，完成施工之后，利用转动系统在桥梁设计轴线位置设置主动系统。桥梁转动系统转盘接触球面中利用四氟乙烯滑片，完成梁体施工之后，利用砂箱向球铰转移梁体重量，通过承重和配重工作之后，利用牵引反力座的专题千斤顶完成张拉牵引工作，在受力作用的影响下，通过绕轴的作用，在下承台上转动上转盘，因此转动整体转体系统。

针对承重系统，承重系统主要包括上下转盘和转动球铰，上转盘可以支承整体转体结构，连接下转盘和桩基础，通过上转盘转动下转盘，可以实现转体工作目标。针对顶推牵引系统，主要包括牵引设备诶和牵引反力支座以及助推反力支座。针对平衡系统，主要包括钢管混凝土圆形撑脚和大吨位千斤顶以及备用水箱[2]。

2 有限元模拟分析

有限元模型：利用有限元软件ANSYS软件模拟计算分析转动球铰应力，利用soild95模拟混凝土，利用contal74和targel70模拟上球铰和下球铰的接触面。利用实体单元分析转动球铰节点，划分实体单元网格，可以准确的模拟球铰接触情况，需要划分转盘为六面体单元，通过加密网格划分接触部分。在下球铰利用targel170单元，在上球铰利用contal174单元，在两个单元中设置面面接触，因此模拟上下球铰的接触。为了有效收敛接触模拟分析，在接触部分，钢板和上部混凝土利用六面体单元，其余的混凝土利用四面体单元，划分为自由网格。中间接触部位是直接受力构件，同时可以集中受力，可以需要更加细密的划分网格，可以稀疏的设置外围混凝土网格，因此提高计算的精度，节省计算时间。为了模拟球铰的接触作用，需要设置精确性的单元参数，可以自动调整接触面的偏差值，将初始渗透和初始缝隙因此消除。在实际计算阶段，可以利用ANSYS有效预测接触行为，因此保障荷载增量的合理性，有效更新接触刚度。

在不同工况中，球铰部位竖向应力的差异性比较小，此外群桩的竖向应力分布情况也具有相似性。施加预应力之后，利用预应力钢束，可以使上转盘刚度因此提高，减少竖向应力的峰值，可以均匀的向下传递上部结构的应力，因此在设计过程中，可以在上转盘合理的配置预应力钢束，因此科学的分配球铰上转盘的应力。逐步增加球铰偏心距，可以明显增加球铰的最大竖向应力，在球铰断面上应力呈现出一侧大一侧小的情况，因此球铰偏心会影响到球铰受力情况，导致球铰具有较大的局部预受力，影响到分布情况的均匀性。

3 监测桥梁转体施工中球铰应力

在桥梁转体施工中，球铰发挥着重要的作用，受力情况非常复杂，为了保障施工受力合理性，顺利落实桥梁转体施工，技术人员需要实时监测桥梁转体施工中球铰应力，提升整体施工结构的可靠性和安全性。有效控制球铰应力，可以保障桥梁受力状态，因此满足设计要求。实时监测计算点处的竖向应力，可以对比分析监测结果和计算模拟值，保障某一时刻应力值的一致性。

3.1 球铰应力影响因素

混凝土收缩徐变和温度等都会影响到球铰应力。针对混凝土收缩徐变，会增加应力计的非受力应变，导致测试结果不符合理论结果，为了获取真实的应力值，需要在总应变中分离出混凝土受力，扣除收缩徐变的影响。针对温度影响，混凝土温度变化和大气温度变化之间具有密切的联系，在大气温度的影响下，会随之改变传感器钢弦的应变值和自振频率。为了降低温度的影响，技术人员需要在早晨太阳辐射较小的阶段读取数据[4]。

3.2 测点布设

在下转盘针对性的计算点布置应力监测点，因此检测桥梁转体施工中监测点应力变化，确定应力分布情况，同时可以比较模拟计算值，根据球铰应力分布情况，合理推算两端悬臂的重量，有效调整和控制转体体系旋转前后的两端平衡性。

4 结束语

本文根据有限元模型分析桥梁转体施工中球铰应力情况，进一步保障桥梁转体施工的安全性，提升整体工程质量。

参考文献：

[1]黄仕平，唐勇，袁兆勋，等.桥梁转体施工接触面应力分析及优化方法[J/OL].哈尔滨工程大学学报：1-10[2020-12-27].

[2]李俞凛，崔凤坤，苗雷，等.基于新式撑脚的宽幅超重桥梁转体施工工艺及力学性能研究[J].公路，2020，65（11）：220-223.

[3]许照春.转体施工桥梁RPC球铰关键技术及受力特征研究[J].甘肃科技纵横，2020，49（10）：44-47.

[4]吴晟.转体施工T构桥梁大悬臂安全状态分析探究[J].公路交通科技（应用技术版），2020，16（08）：153-159.