高速公路跨铁路立交桥连续梁转体施工不平衡称重分析

王强

（山东省交通工程监理咨询有限公司，山东 济南 250010）

0 引言

在铁路网不断加密进程中，跨越铁路线的桥梁转体施工项目频繁出现，包括大跨径箱形肋拱桥以及跨越铁路、公路的大型桥梁施工等多种类型。转体施工法在施工阶段具有不影响通航、行车的优良特点，在平原地区展现出一定的优越性，但是，在跨越既有线路的斜拉桥、独塔斜拉桥建设中仍然存在一些不足。因此，为确保跨越铁路线桥梁转体施工的稳定性、安全性，对转体进行不平衡称重试验具有重要的现实意义。

1 工程概况

某高速公路跨铁路立交桥连续梁起点为AK0+223.521，终点里程为AK0+815.251，全长为591.73m。道路里程AK0+512.32 位置上跨既有铁路立交桥，立交桥为T 构结构。转体施工段总长度为125.68m，包括若干节段，节段最短为9.25m，最长为16.25m。转体标志为主梁支架现浇操作完成，边墩支架现浇段施工则在转体结束后，现浇段长度为4.86m。转体重量G 为132 515.20kN，转体支座平面半径、曲率半径分别为174.00cm、896.00cm，上转台半径、滑道中心半径分别为422.00cm、363.00cm，转体方向为顺时针，角度为73.60°。

2 高速公路跨铁路立交桥连续梁转体施工的不平衡称重试验

2.1 试验思路

在高速公路跨铁路立交桥连续梁转体施工基本数据已知的情况下，可以选择转体桥转动之前的时期开展T 构不平衡称重，在不平衡称重过程中测试T 构摩擦阻力矩、不平衡力矩，并计算摩擦阻力系数、偏心距[1]。根据测试以及计算结果，推测高速公路跨铁路立交桥连续梁配重方案。

2.2 参数计算

2.2.1 摩擦阻力矩

在纵向、横向不平衡称重试验时，受千斤顶影响，上球铰、下球铰将出现相对转动趋势[2]。此时，两者相对球铰中心竖转法线可产生一个摩擦阻力矩Gm，Gm计算公式如下：

式（1）中：α为球铰平面直径的端点、球铰中心连线与球铰转动轴线夹角（°）；R为球铰球面半径（m），取6.00m；m0为静摩擦阻力系数；N为转体重量（t）；q为圆环平面直径端点、球铰中心连线与球铰转动轴线的夹角（°）；d为圆环微面积（m2）[3]。

2.2.2 偏心距

偏心距e为不平衡力矩Gm与转体重量N的比值，即

式（2）中：Gm为不平衡力矩（kN·m）；N为转体重量（t）[4]。

2.2.3 静摩擦阻力系数

静摩擦阻力系数m0为不平衡力矩与转体自重、球绞球面半径的比值[5]，即：

式（3）中：Gm为不平衡力矩（kN·m）；N为转体重量（t）；R为球铰球面半径，6.00m。

2.3 试验步骤

在高速公路跨铁路立交桥连续梁转体施工前，准备600t 千斤顶，用于顶升主梁。同时准备精度达到0.01mm 的50.00mm 量程应变式位移传感器、精度达到200.00Hz 的DH3817 静动态应变测试系统，分别用于位移测试、数据采集[6]。在这个基础上，准备精度达到1.00kN、量程为6 000.00kN 的压力传感器、精度为1.00με埋入式混凝土应变器或智能综合测试仪，分别用于称重试验、应变测试。在仪器准备完毕后，操作者可以依据规定步骤进行操作。

第一步，拆除T 构中跨侧挂篮，在中跨侧放置60.00t配重物体；

第二步，拆除T构面机具、设备、材料，并对滑道上聚四氟乙烯板铺设情况进行检查；

第三步，将大里程百分表放置在撑脚位置，将8台千斤顶沿着上转盘下方四个方向对称放置；

第四步，调整千斤顶，促使其进入初始顶压状态；

第五步，逐级加载千斤顶，观察并记录位移计百分表数值，同时观察T构倾斜情况；

第六步，根据记录荷载、位移值，将曲线斜率突变位置作为荷载值选取位置；

第七步，根据式（1）～式（3）计算静摩擦阻力矩、不平衡力矩、偏心距，确定配重并出具立交桥连续梁转体称重试验报告[7]。

2.4 试验结果

立交桥连续梁T构平衡状态主要是利用薄木板代替撑脚下钢垫板，根据薄木板是否可来回抽动而判定撑脚、滑道接触情况以及T 构平衡状态[8]。在拆除连续梁T 构临时固结后薄木板可自由抽动，且全部测点百分表读数未变化，则撑脚不与滑道接触，球铰摩擦阻力矩大于转动体不平衡力矩。此时，可利用应变式位移传感器测量撑脚位移。

2.4.1 纵向不平衡配重试验结果

根据千斤顶油表读数、应变式位移传感器检测结果可以得出千斤顶顶力、撑脚位移如表1所示。

表1 纵向不平衡配重试验结果

表1（续）

由表1可知，在边跨侧下转盘下方顶力小于4 058.52kN时，撑脚位移变化成线性，在边跨侧下转盘下方千斤顶顶力超过这一数值时，撑脚位移出现突变，表明球铰发生转动，因此，可以设定边跨侧下转盘下方千斤顶顶力为4 058.52kN。同理，在中跨侧下转盘下方千斤顶顶力小于5 216.98kN 时，撑脚位移均匀变化，在中跨侧下转盘下方千斤顶顶力超出这一数值时，撑脚位移突变，表明球铰出现转动，因此，可设定中跨侧下转盘下方千斤顶顶力为5 216.98kN。将千斤顶顶力带入式（1）～式（3）后，可以得出摩擦阻力矩为30 356.25kN·m；不平衡力矩为6 085.25kN·m，偏心距为0.065m，静摩擦阻力系数为0.055。

2.4.2 横向不平衡配重试验结果

选择力臂长为6.00m 的千斤顶，转动半径长度为6.00m 的球铰，设定球铰静摩擦阻力系数为0.06，得出横向不平衡配重试验结果如表2所示。

表2 横向不平衡配重试验结果

由表2可知，在主梁曲线外侧下转盘下方千斤顶顶力小于3 665.52kN时，撑脚位移呈现均匀递增变化，在主梁曲线外侧下转盘下方千斤顶顶力大于3 665.52kN时，撑脚位移发生突变，表明球铰出现转动，因此，可以设定主梁曲线外侧下转盘下方千斤顶顶力为3 665.52kN。同理，在主梁曲线内侧下转盘下方千斤顶顶力小于5 216.98kN 时，撑脚位移呈现均匀变化，而在主梁曲线内侧下转盘下方千斤顶顶力大于5 216.98kN时，撑脚位移突然增长，表明球铰出现转动。在考虑横桥向偏心的前提下，可以向内侧偏32.65cm 施加主梁曲线内侧下转盘下方千斤顶顶力5 216.98kN，此时摩擦阻力矩为27 523.25kN·m，不平衡力矩为4 325.62kN·m，静摩擦阻力系数为0.04，球铰安装时横向偏心距为0.35m。

3 高速公路跨铁路立交桥连续梁转体施工的平衡配重方案

3.1 配重方案

根据纵向、横向不平衡称重结果可知，T 构中跨侧、曲线内侧重量较大，纵向不平衡弯矩、曲线内侧不平衡弯矩分别为6 085.25kN·m、4 325.62kN·m，因T构中跨侧悬臂端挂篮拆除后配重为60.00t，可利用悬臂端配重物卸载的方式进行梁体配重。配重物体重心、桥墩中心距离为58.58m，卸载重量为6085.25÷10÷58.58 ≈10.39t。同理，横向不平衡弯矩为4 325.62kN·m，横向配重即在T构梁顶曲线外侧与通过墩支点对称轴线上布置配重物，配重物重心与梁体纵向轴线距离为3.98m，配重量为4325.62 ÷ 10 ÷ (3.98+ 0.35) ≈ 99.90t。在确定配重物后，可以在转体前对转子进行配重，避免转体过程中因T构不对称引发的失稳事故。

3.2 转体实操

在配重确定后，转体施工者可以对动力牵引设备以及T构跨中悬臂端状态进行检查，确定动力牵引设备状态正常、T 构跨中悬臂端无碰撞。在连续千斤顶准备完毕后，转体施工者可以在千斤顶上传入钢绞线并利用卡具卡紧，同时利用千斤顶进行钢绞线逐一张拉，并以球铰转动轴为对称轴，调整反向安装千斤顶张拉力大小一致。在连续顶推千斤顶进入预定配重吨位后启动牵引机器自动运转模式。整个过程中，转体施工者应依据每转体1.0m 汇报一次的标准，监控牵引系统设备、T构悬臂端、T构墩柱轴线等部件现场运行情况，在发现设备或T构不正常表现的第一时间关闭牵引系统设备，只有彻底排除隐患后方可重新启动设备。而在转体进入设计位置后，转体施工者可以关停牵引设备自动运转模式，利用电动操作控制方式，确保连续梁转体精准就位。

4 结语

综上所述，转体过程是否成功与桥梁后期就位质量存在紧密关联，具有精度要求高、过程操作复杂、技术难度大的特点。转体施工是一项复杂的作业，根据地理位置、施工环境的差异，转体过程工法也具有一些差别。因此，转体施工者应根据高速公路跨铁路立交桥连续梁的特点，利用现场实测法进行转体不平衡称重，确定最佳转体配重，降低转体操作过程中纵向不平衡、横向不平衡力矩的负面影响，为高速公路跨铁路连续梁体的正确安全就位提供保障。