桥梁转体施工过程中顶推力的计算及应用

桥梁转体施工过程中顶推力的计算及应用

李侠

中铁四局集团有限公司第八工程分公司安徽合肥230000

摘要：桥梁转体施工技术对促进桥梁工程发展起到了十分关键的作用，当前许多跨越公路、铁路的桥梁施工都在采用转体施工技术，并按照科学的施工工艺开展施工组织与方案设计，使成本得到大幅度降低，切实保证经济效益的提升。本文对桥梁转体施工展开概述，同时针对转体施工中顶推力的计算及应用展开介绍。

关键词：桥梁转体；施工工艺；顶推力

前言：在我国桥梁建设中，桥梁转体技术从20世纪70年代的简单平转技术起步，为克服不可抵御的限制，随着技术的不断成熟和发展，转体施工成为最科学的替代技术，其应用的范围也越来越广。在转体桥梁的施工方式发展了不同的转体方式，包含平面转体法、竖向转体法、平竖结合转体法等；在桥梁的类型方面几乎包含了所有的桥梁类型，包含梁桥、拱桥、斜拉桥和高架桥等；在桥梁的功能方面几乎包含了所有的桥梁种类，包含公路桥梁、铁路桥梁和公铁两用桥梁等；并且转体桥梁在转体重量、转体跨度等都得到很大的提高。目前桥梁转体技术在我国市政工程中得到了广泛的应用，特别是在一些交通繁忙的城市主干道改造工程中具有很大的便捷性和高效性。

1桥梁上部结构转体施工原理及特点

1.1桥梁结构转体施工原理分析

桥梁转体施工的工作原理，就像挖掘机大臂随意旋转一样，在承台或墩台上安装一个转动轴心，以转动轴为界把桥梁分为上、下两部分，上部整体旋转，下部为固定墩台或基础，箱梁重量通过墩柱传递于上球铰，上球铰通过球铰间的四氟乙烯板传递至下球铰和承台。待箱梁主体施工完毕以后，脱空砂箱将梁体的全部重量转移于球铰，然后进行称重和配重，利用埋设在上转盘的牵引索、转体连续作用千斤顶，克服上下球铰之间及撑脚与下滑道之间的动摩擦力矩，使桥体转到合龙处，对接头位置浇筑混凝土，并将转盘固定，实现使桥体转动到位过程。

1.2桥梁转体施工优点

第一，桥梁转体施工方法常应用于跨径较大的钢筋混凝土桥梁（单孔或多孔）。并且基于其施工原理，非常适用于跨越深谷、穿越河流、城市干道和环境保护区等受限制于地质和环境的施工场地。第二，桥梁转体施工方法仅靠结构自身旋转就位，转体工艺简单，施工机械简单，只需要转盘和滑轮等简单机械就可以短时间实现转体，避免大型吊装设备的使用，具有高效性、安全性和稳定性。第三，转体桥梁属于整体预制部件，其在结构强度和力学稳定性方面表现出更好优势，同时可以节省大量的脚手架材料和附加材料。第四，桥梁转体施工方法简单，易于操作，受外界环境影响相对较小，易于推广。

2桥梁转体施工基本方法

桥梁转体施工方法根据转向的不同可分为平面转体施工法、竖向转体施工法和平竖结合转体施工法三种方法，其中平面转体施工法是应用最广的方法。

2.1平面转体法

平面转体法主要是通过在墩处设置转动体系完成水平方向的旋转，该法分为平衡转动体转体施工和非平衡转动体转体施工。平衡转动体转体施工为转体结构的重心基本落在转动球铰中心。平衡转动体转体施工一种是通过桥梁自身的重量平均分配重量，一种是通过附加配重实现平衡。非平衡转动体转体施工利用锚固体系形成平衡体系，不需要计算配重重量，只需计算锚固体系的承受载荷大小，节省平衡计算工作量。平面转体施工法适用于桥梁两侧有足够空间进行半跨的施工情况，是应用最广的方法。

2.2竖向转体法

竖向转体法是通过牵引系统、桥台、塔索、拉索将附着地面制作的桥梁结构绕墩处设置转动体系转至规划高度的一种施工方法。竖向转体法的拉索在脱架时的水平角最小，此时受到的竖向拉力最小，水平拉力最大。为使竖向转体的脱架顺利，有时需要在拉索提升点安装助升千斤顶。竖向转体法根据转动角度分为负角度竖向转体法和正角度竖向转体法。负角度竖向转体法是在桥墩处向上完成主梁或部分结构，然后向下转向直到设计位置；正角度竖向转体法在桥墩处向下完成主梁或部分结构，然后向上转向直到设计位置。

2.3平竖结合转体法

平竖结合转体法主要是综合了平面转体法和竖向转体法的施工方法，桥梁转体工程一般无法使用平面转体法和竖向转体法一次成功。因此需要将两者综合，实现桥梁转体。

3顶推力计算方法分析

以上海松江有轨电车跨G60高速转体桥工程为例，分析和计算了顶推力中心转体桥体，旋转的轴的适用范围，阐述了顶推力的计算，并对《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）（以下简称“桥规”）中转体顶推力（或转体牵引力，以下简称顶推力）计算公式的适用范围加以阐述。

上海松江跨G60高速主桥为一联预应力混凝土连续梁，跨度45+70+45m，总长度160m。转体用支座设计竖向承载能力为3000t，转体支座承受剪力1500KN，承受最大扭矩1755KN.m。为保证施工期间公路交通不受影响，在高速两侧各设置一个主墩，采用平面转体法施工。

上转盘撑脚为转体时保持转体结构平稳的保险腿。从保持转体结构的稳定性和方便施工出发，在上转盘周围对称布置6对撑脚，在撑脚的下方（即下承台顶面）设有0.6m宽的滑道，滑道中心半径2.1m，转体时保险撑脚可在滑道内滑动，以保持转体结构平稳。

北侧转体重量18082KN，南侧转体重量17915KN；顶推力作用点距铰点中心2.45m。

“桥规”中转体顶推力计算公式计算结果

“桥规”中所列转体顶推力公式为T=2fGR/3D（第16.4.3款第8条，P194）

式中，T为牵引或顶推力（kN）；G为转体总重力（kN），本桥转体重量按18082KN计算；R为转体支座平面半径0.825（m）；D为顶推力（或牵引力）力偶臂2.45（m），本桥顶推力偶臂为2×2.45m；f为摩擦系数，设计静摩擦系数f1为0.1，动摩擦系数f2为0.06。

按规范给定公式计算得

理论启动时最大顶推力T=2f1GR/3D=203kN；

理论转动过程中顶推力T=2f2GR/3D=121.8kN。

理论计算公式与实际施工情况不符。根据转动体刚性位移突变法原理，通过称重试验和试转（理论分析和实测数据）结果得出：

静摩擦系数f1为0.03，动摩擦系数f2为0.02由此计算得

实际启动时最大顶推力T=2f1GR/3D=60.9kN；

实际转动过程中顶推力T=2f2GR/3D=40.6kN。

1860MPa级φ15.2mm钢绞线的标准破断力为260kN。钢绞线的极限承载为：9×260=2340kN

牵引索钢绞线启动的安全系数：K3=2340×0.75/60.9=28.8

牵引索钢绞线转动的安全系数：K4=2340×0.75/40.6=43.3

满足现场施工控制要求

结束语

综上所述，采用桥梁结构转体施工技术，不但受力明确、结构合理，同时可以在不对施工质量和交通运行产生影响的条件下起到节约成本，提升施工效率的作用，对于急流、深谷、高山、铁路跨线等桥梁施工效果显著。因此，应加大对桥梁结构转体施工技术的研究力度，不断总结工程经验，以促进我国桥梁施工的更好发展。

参考文献

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[2]程飞.我国桥梁转体施工技术的发展现状与前景[J].铁道标准设计，2011（06）

[3]王文君.桥梁转体施工技术研究[J].减速顶与调速技术，2016（01）

[4]王先发.探究桥梁转体施工工艺与关键技术[J].城市建设理论研究（电子版），2017（25）