淺談轉(zhuǎn)體施工工藝及計(jì)算WORD版

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1淺 談 連 續(xù) 梁 轉(zhuǎn) 體 施 工 工 藝 及 轉(zhuǎn) 體 計(jì) 算摘 要 ：橋梁轉(zhuǎn)體施工是上世紀(jì) 40 年代以后發(fā)展起來(lái)的一種架橋工藝，現(xiàn)在很多跨鐵路及跨公路橋中都用到了橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)。本文簡(jiǎn)單介紹了長(zhǎng)株潭城際鐵路 214#-217#墩跨越湘潭東車(chē)站連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工工藝及轉(zhuǎn)體計(jì)算。關(guān)鍵詞：連續(xù)梁轉(zhuǎn)體 牽引力 助推力 制動(dòng)距離一、工程概況新建長(zhǎng)株潭城際鐵路 CZTZH-Ⅲ標(biāo)湘潭特大橋在 214#～217#墩（75.5+125+75.5）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越湘潭東車(chē)站，起始里程為：XDK44+306.525～XDK44+582.925。考慮到常規(guī)施工連續(xù)梁梁體對(duì)既有線的影響大，該連續(xù)梁采用轉(zhuǎn)體施工方案，先在既有線兩側(cè)將兩個(gè) T構(gòu)預(yù)制好后，通過(guò)轉(zhuǎn)體球鉸結(jié)構(gòu)及連續(xù)千斤頂轉(zhuǎn)體施工使兩個(gè) T構(gòu)轉(zhuǎn)體到位并合攏成橋。二、轉(zhuǎn)體施工工藝及注意事項(xiàng)（一）轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述本橋轉(zhuǎn)體部分懸臂長(zhǎng)度為 61.5m，于 215#、216#墩中心對(duì)稱。轉(zhuǎn)體重量為 11000噸，通過(guò)轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)上轉(zhuǎn)盤(pán)使梁體軸線與設(shè)計(jì)位置重合。下轉(zhuǎn)盤(pán)中心設(shè)鋼轉(zhuǎn)軸，上轉(zhuǎn)盤(pán)中心設(shè)定位軸套管，使上下轉(zhuǎn)盤(pán)中心重合。轉(zhuǎn)體過(guò)程按“中心承重”的思路來(lái)進(jìn)行，不考慮支撐腳的支撐作用。（二）主要技術(shù)參數(shù)1.轉(zhuǎn)動(dòng)角度：215#墩為逆時(shí)鐘 36°，216#墩為逆時(shí)鐘 26°；2.梁端轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)：215#墩為 19.31m，216#墩為 13.95m；3.轉(zhuǎn)體重量：11000 噸；4.轉(zhuǎn)體幾何尺寸：懸臂長(zhǎng)度為 61.5m，橋面寬 12.2m，0#塊高 9.036m；（三）轉(zhuǎn)體牽引體系及轉(zhuǎn)體所需設(shè)備1.轉(zhuǎn)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(jìn)千斤頂，牽引索共 2束，反力架采用預(yù)埋型鋼澆筑混凝土成反力墩，錨固端采用 OVM體系。2.轉(zhuǎn)體設(shè)備（1）同步連續(xù)牽引系統(tǒng)2350噸連續(xù)千斤頂 2臺(tái)，泵站 2臺(tái)，主控臺(tái) 2套。（2）助推系統(tǒng)50噸千斤頂 4臺(tái)，電動(dòng)油泵 4臺(tái)。（四）轉(zhuǎn)體施工過(guò)程及注意事項(xiàng)1.轉(zhuǎn)體施工準(zhǔn)備（1）轉(zhuǎn)體過(guò)程中的液壓及電器設(shè)備出廠前要進(jìn)行測(cè)試和標(biāo)定，并在場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）空載試運(yùn)行，并檢查設(shè)備運(yùn)行是否正常。安裝牽引索。將預(yù)埋好的鋼絞線牽引索順著牽引方向繞上轉(zhuǎn)盤(pán)后穿過(guò)千斤頂，并用千斤頂?shù)膴A緊裝置夾持住，先用 1-5KN逐根對(duì)鋼絞線預(yù)壓，再用牽引千斤頂在 2Mpa油壓下對(duì)該束鋼絞線整體預(yù)緊，使同一束牽引索各鋼絞線持力基本一致。（3）轉(zhuǎn)體施工時(shí)風(fēng)速不能大于 10m/s（即 5級(jí)大風(fēng)），轉(zhuǎn)體前一周與氣象部門(mén)及時(shí)溝通，保證轉(zhuǎn)體不在大風(fēng)天氣下進(jìn)行。（4）在轉(zhuǎn)體施工前，完成轉(zhuǎn)體的欄桿、電纜槽等橋面附屬工程，避免轉(zhuǎn)體時(shí)和轉(zhuǎn)體后橋面施工墜物造成武廣高鐵的行車(chē)安全。（5）在轉(zhuǎn)體前將橋面的雜物和不用的機(jī)械設(shè)備清理干凈，以免風(fēng)大吹落物體。（6）對(duì)轉(zhuǎn)體半徑覆蓋范圍內(nèi)的施工設(shè)備清理干凈、場(chǎng)地平整、材料機(jī)具碼放，做好文明現(xiàn)場(chǎng)。（7）在上轉(zhuǎn)盤(pán)上安裝轉(zhuǎn)動(dòng)角速度標(biāo)尺。2.試轉(zhuǎn)正式轉(zhuǎn)動(dòng)前兩天，進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體試運(yùn)轉(zhuǎn)，全面檢查一遍牽引動(dòng)力系統(tǒng)是否狀態(tài)良好。試轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)做好以下兩項(xiàng)重要數(shù)據(jù)的測(cè)試工作：（1）每分鐘轉(zhuǎn)速，即每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)主橋的角度及懸臂端所轉(zhuǎn)動(dòng)的水平弧度距離，應(yīng)將轉(zhuǎn)體速度控制在設(shè)計(jì)要求內(nèi)。（2）控制采取點(diǎn)動(dòng)方式操作，測(cè)量組應(yīng)測(cè)量每點(diǎn)動(dòng)一次懸臂端所轉(zhuǎn)動(dòng)水平弧線距離的數(shù)據(jù)，以供轉(zhuǎn)體初步到位后，進(jìn)行精確定位提供操作依據(jù)。試轉(zhuǎn)過(guò)程中，應(yīng)檢查轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)是否平衡穩(wěn)定，有無(wú)故障，關(guān)鍵受力部位是否產(chǎn)生裂紋。如有異常情況，則應(yīng)停止試轉(zhuǎn)，查明原因和采取相應(yīng)措整改后方可繼續(xù)試轉(zhuǎn)。3.正式轉(zhuǎn)體連續(xù)千斤頂逐級(jí)加載，每次 1噸直至轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始，如果開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)則連續(xù)千斤頂進(jìn)入自動(dòng)連續(xù)工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)體過(guò)程盡量一次到位，在接近到位 1m左右的時(shí)候采用點(diǎn)動(dòng)操作方式，點(diǎn)動(dòng)時(shí)間由試轉(zhuǎn)時(shí)確定。（1）分析試轉(zhuǎn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，整理出控制轉(zhuǎn)體的詳細(xì)數(shù)據(jù)；3（2）轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)前要做好人員分工，根據(jù)各個(gè)關(guān)鍵部位、施工環(huán)節(jié)、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員做好周密部署，各司其職，分工協(xié)作，由現(xiàn)場(chǎng)總指揮同意安排；（3）液壓控制系統(tǒng)、要點(diǎn)審批、氣象條件、結(jié)構(gòu)物等全部就緒并滿足轉(zhuǎn)體要求，各崗位人員到位，轉(zhuǎn)體人員接到指揮長(zhǎng)的轉(zhuǎn)體命令后，啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備，并使其在“自動(dòng)”狀態(tài)下運(yùn)行；（4）設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，各崗位人員的注意力必須高度集中，時(shí)刻注意觀察和監(jiān)控動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行情況及橋面轉(zhuǎn)體情況，左右幅梁每轉(zhuǎn)過(guò) 5度，向指揮長(zhǎng)匯報(bào)一次。（5）轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)接近設(shè)計(jì)位置 100cm時(shí)系統(tǒng)“暫?！?。為防止結(jié)構(gòu)超轉(zhuǎn)，先借助慣性結(jié)束后，動(dòng)力系統(tǒng)改由“手動(dòng)”狀態(tài)下改為點(diǎn)動(dòng)操作。每點(diǎn)操作一次，測(cè)量人員報(bào)軸線走行現(xiàn)狀數(shù)據(jù)一次，反復(fù)循環(huán)，直至結(jié)構(gòu)軸線精確就位。4.轉(zhuǎn)體就位（1）轉(zhuǎn)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(tái)全站儀，把每臺(tái)儀器的視線方向設(shè)定在箱梁理論中心方向，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)體就位過(guò)程觀測(cè)；在箱梁的兩端各布置一臺(tái)水平儀，用來(lái)觀測(cè)箱梁端部就位后的梁頂高程。（2）轉(zhuǎn)體就位采用全站儀中線校正，軸線調(diào)整到位后，準(zhǔn)確測(cè)量各懸臂端實(shí)際標(biāo)高，利用千斤頂在轉(zhuǎn)臺(tái)位置施加力，調(diào)整各和合攏段之間的標(biāo)高，測(cè)量達(dá)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(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)牽引力、助推力及制動(dòng)距離計(jì)算（一）牽引力及助推力計(jì)算本橋 215#墩設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)重量(T 構(gòu)總重)90630kN，216#墩設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)重量 96200kN。球鉸豎向承載力為 100000kN，滿足要求。轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǎn)品。上轉(zhuǎn)盤(pán)底座半徑 550cm，則牽引力偶臂為 2×550cm=11m。據(jù)橋規(guī)計(jì)算公式，轉(zhuǎn)體牽引力計(jì)算公式為 T=2fGR/(3D) 式中：T-牽引力；G-轉(zhuǎn)體最大總重力； R-球鉸水平半徑；D-牽引力偶臂；f -摩擦系數(shù)，靜摩擦力系數(shù) 0.1，動(dòng)摩擦力系數(shù) 0.06。215#墩轉(zhuǎn)體：?jiǎn)?dòng)時(shí)所需要最大牽引力 T=2×90630×0.1×1.5/(3×11) kN=824kN；轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要最大牽引力 T=2×90630×0.06×1.5/(3×11) =494kN。4216#墩轉(zhuǎn)體：?jiǎn)?dòng)時(shí)所需要最大牽引力 T=2×96200×0.1×1.5/(3×11) kN=875kN kN；轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要最大牽引力 T=2×96200×0.06×1.5/(3×11) kN=525kN kN。則動(dòng)力儲(chǔ)備安全系數(shù) 350t/87.5t=4；鋼絞線的安全系數(shù) 2×7（根/臺(tái)）×23.5（t/根）/87.5(t)=3.76。考慮動(dòng)摩擦力矩與靜摩擦力矩間的差值全部由上轉(zhuǎn)盤(pán)撐腳處的兩臺(tái)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(jì)算T2 =((875×5.5)-(525×5.5))/(4.5)=428KN50t。簡(jiǎn)化計(jì)算考慮其設(shè)置撐腳，可能為單撐腳系統(tǒng)，使用簡(jiǎn)化公式計(jì)算其牽引力 T=GμR’/D式中：T-牽引力；G-轉(zhuǎn)體最大總重力； R’-滑道中心半徑；D-牽引力偶臂；f -摩擦系數(shù)， 啟動(dòng)和滑動(dòng)均取 0.03。215#墩轉(zhuǎn)體所需要最大牽引力 T=90630×0.03×4.5/11=1112kN；216#墩轉(zhuǎn)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?shù)臓恳χ辽傩枰?1200KN。由于動(dòng)靜摩擦力的不同，啟動(dòng)時(shí)動(dòng)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(dòng)距離計(jì)算轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)快要就位前，張拉千斤頂應(yīng)停止?fàn)恳?。靠慣性轉(zhuǎn)動(dòng)就位，此時(shí)阻止整個(gè)轉(zhuǎn)體繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的力量是下轉(zhuǎn)盤(pán)對(duì)轉(zhuǎn)體的動(dòng)摩擦力。假設(shè)，停止?fàn)恳龝r(shí)，梁體的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 ω=0.02rad/min。按繞軸心旋轉(zhuǎn)的桿計(jì)算梁體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，重量取 m=0.5G/g，長(zhǎng)度為 L=2×61.5則215#墩制動(dòng)距離 I1=1/12mL2=1/12×0.5×906300×123×123=5.71×108kg?m2；轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能 W1=1/2 I1ω2=1/2×5.71×108×0.02×0.02=1.143×105J。制動(dòng)力由球鉸磨心和滑到共同提供，可認(rèn)為其等于轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)牽引力力偶 M1=1112×103×11=1.22×107，所以制動(dòng)轉(zhuǎn)角 α= W1/ M=9.35×10-3rad。計(jì)算得制動(dòng)梁端中心差距為 d=α×l=9.35×10-3×61.5=0.58m。即當(dāng)梁端的中心距離相差 0.58m時(shí)，考慮停止千斤頂。216#墩制動(dòng)距離 I2=1/12mL2=1/12×0.5×9620000×123×123=6.07×108kg?m2；轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能 W2=1/2 I2ω2=1/2×6.07×108×0.02×0.02=1.21×105J；制動(dòng)力由球鉸磨心和滑到共同提供，可認(rèn)為其等于轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)牽引力力偶 M2=1112×103×11=1.30×107；所以制動(dòng)轉(zhuǎn)5角 α= W2/ M=9.33×10-3rad；計(jì)算得制動(dòng)梁端中心差距為 d=α×l=9.33×10-3×61.5=0.57m。即當(dāng)梁端的中心距離相差 0.57m時(shí)，考慮停止千斤頂。 四、結(jié)束語(yǔ)連續(xù)梁轉(zhuǎn)體前一定要確保轉(zhuǎn)動(dòng)空間內(nèi)沒(méi)有任何障礙物，并且事先對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)體系和設(shè)備進(jìn)行細(xì)致檢查，確保轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程順利進(jìn)行。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動(dòng)。參考文獻(xiàn)[1]《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》(TB10002.1-99)[2]《鐵路橋涵工程安全技術(shù)規(guī)程》（TB 10303-2009）[3]《高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南》（鐵建設(shè)（2010） 241 號(hào)）6