淺談轉體施工工藝及計算WORD版

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1淺 談 連 續(xù) 梁 轉 體 施 工 工 藝 及 轉 體 計 算摘 要 ：橋梁轉體施工是上世紀 40 年代以后發(fā)展起來的一種架橋工藝，現在很多跨鐵路及跨公路橋中都用到了橋梁轉體施工技術。本文簡單介紹了長株潭城際鐵路 214#-217#墩跨越湘潭東車站連續(xù)梁轉體施工工藝及轉體計算。關鍵詞：連續(xù)梁轉體 牽引力 助推力 制動距離一、工程概況新建長株潭城際鐵路 CZTZH-Ⅲ標湘潭特大橋在 214#～217#墩（75.5+125+75.5）m 預應力混凝土連續(xù)梁跨越湘潭東車站，起始里程為：XDK44+306.525～XDK44+582.925?？紤]到常規(guī)施工連續(xù)梁梁體對既有線的影響大，該連續(xù)梁采用轉體施工方案，先在既有線兩側將兩個 T構預制好后，通過轉體球鉸結構及連續(xù)千斤頂轉體施工使兩個 T構轉體到位并合攏成橋。二、轉體施工工藝及注意事項（一）轉體結構簡述本橋轉體部分懸臂長度為 61.5m，于 215#、216#墩中心對稱。轉體重量為 11000噸，通過轉體牽引系統(tǒng)轉動上轉盤使梁體軸線與設計位置重合。下轉盤中心設鋼轉軸，上轉盤中心設定位軸套管，使上下轉盤中心重合。轉體過程按“中心承重”的思路來進行，不考慮支撐腳的支撐作用。（二）主要技術參數1.轉動角度：215#墩為逆時鐘 36°，216#墩為逆時鐘 26°；2.梁端轉動弧長：215#墩為 19.31m，216#墩為 13.95m；3.轉體重量：11000 噸；4.轉體幾何尺寸：懸臂長度為 61.5m，橋面寬 12.2m，0#塊高 9.036m；（三）轉體牽引體系及轉體所需設備1.轉體牽引體系本橋的牽引體系由千斤頂、牽引索、反力架、錨固端組成。千斤頂采用連續(xù)頂進千斤頂，牽引索共 2束，反力架采用預埋型鋼澆筑混凝土成反力墩，錨固端采用 OVM體系。2.轉體設備（1）同步連續(xù)牽引系統(tǒng)2350噸連續(xù)千斤頂 2臺，泵站 2臺，主控臺 2套。（2）助推系統(tǒng)50噸千斤頂 4臺，電動油泵 4臺。（四）轉體施工過程及注意事項1.轉體施工準備（1）轉體過程中的液壓及電器設備出廠前要進行測試和標定，并在場內進行試運轉；（2）空載試運行，并檢查設備運行是否正常。安裝牽引索。將預埋好的鋼絞線牽引索順著牽引方向繞上轉盤后穿過千斤頂，并用千斤頂的夾緊裝置夾持住，先用 1-5KN逐根對鋼絞線預壓，再用牽引千斤頂在 2Mpa油壓下對該束鋼絞線整體預緊，使同一束牽引索各鋼絞線持力基本一致。（3）轉體施工時風速不能大于 10m/s（即 5級大風），轉體前一周與氣象部門及時溝通，保證轉體不在大風天氣下進行。（4）在轉體施工前，完成轉體的欄桿、電纜槽等橋面附屬工程，避免轉體時和轉體后橋面施工墜物造成武廣高鐵的行車安全。（5）在轉體前將橋面的雜物和不用的機械設備清理干凈，以免風大吹落物體。（6）對轉體半徑覆蓋范圍內的施工設備清理干凈、場地平整、材料機具碼放，做好文明現場。（7）在上轉盤上安裝轉動角速度標尺。2.試轉正式轉動前兩天，進行結構轉體試運轉，全面檢查一遍牽引動力系統(tǒng)是否狀態(tài)良好。試轉時應做好以下兩項重要數據的測試工作：（1）每分鐘轉速，即每分鐘轉動主橋的角度及懸臂端所轉動的水平弧度距離，應將轉體速度控制在設計要求內。（2）控制采取點動方式操作，測量組應測量每點動一次懸臂端所轉動水平弧線距離的數據，以供轉體初步到位后，進行精確定位提供操作依據。試轉過程中，應檢查轉體結構是否平衡穩(wěn)定，有無故障，關鍵受力部位是否產生裂紋。如有異常情況，則應停止試轉，查明原因和采取相應措整改后方可繼續(xù)試轉。3.正式轉體連續(xù)千斤頂逐級加載，每次 1噸直至轉動開始，如果開始轉動則連續(xù)千斤頂進入自動連續(xù)工作狀態(tài)。轉體過程盡量一次到位，在接近到位 1m左右的時候采用點動操作方式，點動時間由試轉時確定。（1）分析試轉的各項數據，整理出控制轉體的詳細數據；3（2）轉體結構旋轉前要做好人員分工，根據各個關鍵部位、施工環(huán)節(jié)、對現場人員做好周密部署，各司其職，分工協(xié)作，由現場總指揮同意安排；（3）液壓控制系統(tǒng)、要點審批、氣象條件、結構物等全部就緒并滿足轉體要求，各崗位人員到位，轉體人員接到指揮長的轉體命令后，啟動動力系統(tǒng)設備，并使其在“自動”狀態(tài)下運行；（4）設備運行過程中，各崗位人員的注意力必須高度集中，時刻注意觀察和監(jiān)控動力系統(tǒng)設備的運行情況及橋面轉體情況，左右幅梁每轉過 5度，向指揮長匯報一次。（5）轉體結構接近設計位置 100cm時系統(tǒng)“暫?！?。為防止結構超轉，先借助慣性結束后，動力系統(tǒng)改由“手動”狀態(tài)下改為點動操作。每點操作一次，測量人員報軸線走行現狀數據一次，反復循環(huán)，直至結構軸線精確就位。4.轉體就位（1）轉體就位采用全站儀中線校正， 允許其中線偏差不大于 1cm；在箱梁兩端的邊跨直線段上布置 2臺全站儀，把每臺儀器的視線方向設定在箱梁理論中心方向，然后進行轉體就位過程觀測；在箱梁的兩端各布置一臺水平儀，用來觀測箱梁端部就位后的梁頂高程。（2）轉體就位采用全站儀中線校正，軸線調整到位后，準確測量各懸臂端實際標高，利用千斤頂在轉臺位置施加力，調整各和合攏段之間的標高，測量達到要求后，利用鋼楔塊將鋼撐腳與滑道之間間隙塞死并焊接牢固。三、轉體結構牽引力、助推力及制動距離計算（一）牽引力及助推力計算本橋 215#墩設計轉動重量(T 構總重)90630kN，216#墩設計轉動重量 96200kN。球鉸豎向承載力為 100000kN，滿足要求。轉動體系采用鋼球鉸，分上下兩片，平面直徑R=1500mm=1.5m，采用廠家成套產品。上轉盤底座半徑 550cm，則牽引力偶臂為 2×550cm=11m。據橋規(guī)計算公式，轉體牽引力計算公式為 T=2fGR/(3D) 式中：T-牽引力；G-轉體最大總重力； R-球鉸水平半徑；D-牽引力偶臂；f -摩擦系數，靜摩擦力系數 0.1，動摩擦力系數 0.06。215#墩轉體：啟動時所需要最大牽引力 T=2×90630×0.1×1.5/(3×11) kN=824kN；轉動時所需要最大牽引力 T=2×90630×0.06×1.5/(3×11) =494kN。4216#墩轉體：啟動時所需要最大牽引力 T=2×96200×0.1×1.5/(3×11) kN=875kN kN；轉動時所需要最大牽引力 T=2×96200×0.06×1.5/(3×11) kN=525kN kN。則動力儲備安全系數 350t/87.5t=4；鋼絞線的安全系數 2×7（根/臺）×23.5（t/根）/87.5(t)=3.76?？紤]動摩擦力矩與靜摩擦力矩間的差值全部由上轉盤撐腳處的兩臺助推千斤頂承受，則有助推力 T2為：215#墩助推力 T2 =((824×5.5)-(494×5.5))/(4.5)=403KN50t；216#墩助推力計算T2 =((875×5.5)-(525×5.5))/(4.5)=428KN50t。簡化計算考慮其設置撐腳，可能為單撐腳系統(tǒng)，使用簡化公式計算其牽引力 T=GμR’/D式中：T-牽引力；G-轉體最大總重力； R’-滑道中心半徑；D-牽引力偶臂；f -摩擦系數， 啟動和滑動均取 0.03。215#墩轉體所需要最大牽引力 T=90630×0.03×4.5/11=1112kN；216#墩轉體所需要最大牽引力 T=96200×0.03×4.5/11=1180kN kN。故綜合考慮，千斤頂的牽引力至少需要 1200KN。由于動靜摩擦力的不同，啟動時動靜摩擦力之間的力矩差由助推力平衡。助推系統(tǒng)為 50噸千斤頂（二）制動距離計算轉體結構快要就位前，張拉千斤頂應停止牽引?？繎T性轉動就位，此時阻止整個轉體繼續(xù)轉動的力量是下轉盤對轉體的動摩擦力。假設，停止牽引時，梁體的轉動角速度為 ω=0.02rad/min。按繞軸心旋轉的桿計算梁體轉動慣量，重量取 m=0.5G/g，長度為 L=2×61.5則215#墩制動距離 I1=1/12mL2=1/12×0.5×906300×123×123=5.71×108kg?m2；轉動動能 W1=1/2 I1ω2=1/2×5.71×108×0.02×0.02=1.143×105J。制動力由球鉸磨心和滑到共同提供，可認為其等于轉動時牽引力力偶 M1=1112×103×11=1.22×107，所以制動轉角 α= W1/ M=9.35×10-3rad。計算得制動梁端中心差距為 d=α×l=9.35×10-3×61.5=0.58m。即當梁端的中心距離相差 0.58m時，考慮停止千斤頂。216#墩制動距離 I2=1/12mL2=1/12×0.5×9620000×123×123=6.07×108kg?m2；轉動動能 W2=1/2 I2ω2=1/2×6.07×108×0.02×0.02=1.21×105J；制動力由球鉸磨心和滑到共同提供，可認為其等于轉動時牽引力力偶 M2=1112×103×11=1.30×107；所以制動轉5角 α= W2/ M=9.33×10-3rad；計算得制動梁端中心差距為 d=α×l=9.33×10-3×61.5=0.57m。即當梁端的中心距離相差 0.57m時，考慮停止千斤頂。 四、結束語連續(xù)梁轉體前一定要確保轉動空間內沒有任何障礙物，并且事先對轉動體系和設備進行細致檢查，確保轉動過程順利進行。轉體到位后一定要將鋼撐腳與滑道之間間隙塞死并焊接牢固，防止由于慣性作用繼續(xù)轉動。參考文獻[1]《鐵路橋涵設計基本規(guī)范》(TB10002.1-99)[2]《鐵路橋涵工程安全技術規(guī)程》（TB 10303-2009）[3]《高速鐵路橋涵工程施工技術指南》（鐵建設（2010） 241 號）6