桥梁转体转体称重试验方法

桥梁转体转体称重试验方法

0回转体施工的特点桥梁维修方法是桥梁施工的一种新技术。它是利用桥梁结构本身作为主要受力构件,采用摩擦系数很小的转铰和滑道组成转盘结构,以简单的设备,将桥梁整体旋转安装到位的施工方法。因其具有节约施工用材,减少施工设备,施工快速安全,且不影响通航,不中断通车的特点,转体施工从其诞生的那一天起,就成为桥梁工程师有兴趣探索的课题。理想的转动体系统必须具备易于转动和安全稳定这两个基本条件。转体施工的关键构件就是承载整个转动体重量的转动球铰,而转动球铰摩擦系数的大小直接影响着转体时所需牵引力矩的大小。在施工支架完全拆除后及在转体过程中,转动体的自平衡或配重平衡又对施工过程的安全性起着至关重要的作用。为了保证桥梁转动体形成整体后拆架过程中的安全和转体过程的顺利进行,及时为大桥转体阶段的指挥和决策提供依据,有必要在转体前进行转动体称重试验,测试转动体部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及静摩擦系数,然后和理论计算值相比较,为进一步确定在转体过程中是否需要配重,保证转体结构的安全及转体的顺利进行和精确到位。1结构形式及结构石家庄市环城公路跨石太铁路分离式立交桥跨越石太铁路西货场编组站咽喉区,此处是石太铁路晋煤外运的重要通道,客车、货车行车密度大,如果长时间封锁铁道线或者频繁干扰铁路运输,将会造成巨大的经济损失,同时也将对铁路行车运输安全构成影响。为了尽最大可能减少对既有线行车的干扰并节约投资,将该桥主桥设计为采用转体法施工的单塔单索面预应力混凝土斜拉桥,全长260m。主塔顺桥向采用倒“Y”字形结构,全桥共设8对斜拉索,(45+85+85+45)m的跨径组合跨越石太铁路既有的6股道及规划预留的2股道。转体重量N=16200t,转体角度75.74°(这两项指标均居世界同类桥梁之最),球铰中心转盘球面半径为8m,平面直径为3.9m,上转盘球缺高1.23m,下转盘球缺高0.228m,定位中心转轴的直径为270mm。2回转体部分称重试验转体部分施工完成后,为确定是否配重,确保转体过程的顺利进行,拟进行斜拉桥转动体部分称重试验,对不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及静摩擦系数进行测试。2.1压力传感器的使用根据设计资料,在斜拉桥转动体主跨东、西侧梁端曲线内、外侧中腹板处各设置2个称重墩。墩顶处布置2台250t手动式千斤顶,用以在称重实验时对转动体进行顶放,在每台千斤顶上设置压力传感器,称重实验过程中测试称重支点支反力值,压力传感器的量程应与其对应千斤顶的最大顶升力相匹配。在球铰上转盘四周纵、横桥向布置4个百分表,用以判断转动体在称重实验过程中是否发生转动,测点布置如图1所示。2.2转动体平衡体系的研究随着转动体部分施工支架的拆除和称重墩顶千斤顶的卸载,转动体的不平衡力矩和球铰的摩阻力矩将逐渐发挥作用,参与转动体的平衡体系。施工支架拆除后,转动体的平衡体系将出现下列两种情况中的一种:1)转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩的情况;2)转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩的情况。2.3采用顺桥重量实验方法计算了桥梁的最大位移2.3.1回转体运动稳定性球铰摩阻力矩按下式进行计算:MZ=0.98μ0NR式中MZ——转动体球铰摩阻力矩(kN·m);μ0——球铰摩擦系数;N——转体结构自重;R——球铰球面半径。2.3.2最大偏心的测量,是最大偏心的测量,是最大偏心的测量称重墩所能提供的最大转动弯矩为:M转=P东外L东外+P东内L东内=P西外L西外+P西内L西内MG=M转-MZ可以测量的最大偏心为:emax=MG/N2.3.3旋转不平衡法和位移法1转动体不平衡验算及测力假设转动体重心偏向东侧,东侧落顶时有:M东+MZ=MG其中,M东=P东外L东外+P东内L东内东侧升顶时有:M′东=MG+MZ其中,M′东=P东外L东外+P东内L东内则ΜG=Μ′东+Μ东2ΜΖ=Μ′东-Μ东2则MG=M′东+M东2MZ=M′东−M东2式中MG——转动体不平衡力矩(kN·m);M东——拆除支架时东侧称重墩提供的力矩(kN·m);M′东——进行顶升时东侧称重墩提供的力矩(kN·m);P东外,P东内——梁体东侧落顶、升顶时曲线内外侧支点支反力读数(kN);L东外,L东内,L西外,L西内——梁体东、西侧曲线内外侧支点距转动轴线中心距离(m)。根据称重实验得到的转动体不平衡力矩MG按以下公式计算转动体的偏心:e实际=MG/N2转动体顶梁过程分析当转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时,意味着支架拆除后,转动体部分在自身的不平衡力矩作用下不能发生转动。此时进行不平衡称重实验,分别从转动体东、西侧支点顶梁,使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动,记录转动过程中荷重传感器示值和百分表读数,如图3所示。假设转动体重心偏向东侧,从东侧顶梁时有:M东=MG+MZ从西侧顶梁时有:M西+MG=MZ则ΜG=Μ东-Μ西2ΜΖ=Μ东+Μ西2则MG=M东−M西2MZ=M东+M西2式中M东,M西——东西侧进行顶升时称重墩提供的力矩(kN·m)。转动体偏心:e实际=MG/N2.4横桥侧重量实验方法及其最大位移测量2.4.1称重顶升及支反力值测试根据设计资料,在斜拉桥转动体曲线内外侧下滑道处各布置4台250t手动式千斤顶,用以在称重实验时对转动体进行顶升,在每台千斤顶上设置压力传感器,称重实验过程中测试称重支点支反力值,压力传感器的量程应与其对应千斤顶的最大顶升力相匹配。在球铰上转盘四周纵、横桥向布置4个百分表,用以判断转动体在称重实验过程中是否发生转动,测点布置如图4所示。2.4.2通过重量试验测量最大位移的计算千斤顶所能提供的最大转动弯矩为:最大偏心:emax=MG/N2.4.3旋转不平衡法和位移法以下为横向偏心称重实验转动体不平衡力矩的计算方法,计算图如图5所示。1千斤顶提供的作用力假设转动体重心偏向曲线外侧,外侧落顶时有:M外+MZ=MG其中,M外=P外东1L外东1+P外东2L外东2+P外西1L外西1+P外西2L外西2外侧升顶时有:M′外=MG+MZ其中,M′外=P外东1L外东1+P外东2L外东2+P外西1L外西1+P外西2L外西2则ΜG=Μ′外+Μ外2ΜΖ=Μ′外-Μ外2式中M外——拆除支架时外侧千斤顶提供的力矩(kN·m);M′外——进行顶升时外侧千斤顶提供的力矩(kN·m);P外东1,P外东2,P外西1,P外西2——梁体外侧落顶、升顶时曲线外侧支点支反力读数(kN);L外东1,L外东2,L外西1,L外西2——梁体外侧支点距转动轴线中心距离(m)。转动体偏心:e实际=MG/N2动体转动测量当转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时,意味着支架拆除后,转动体部分在自身的不平衡力矩作用下不能发生转动。此时进行不平衡称重实验,分别从曲线内外侧支点顶梁,使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动,如图6所示,记录转动过程中荷重传感器示值和百分表读数。假设转动体重心偏向外侧,从外侧顶梁时有:M外=MG+MZ其中,M外=P外东1L外东1+P外东2L外东2+P外西1L外西1+P外西2L外西2从内侧顶梁时有:M内=MG+MZ其中,M内=P内东1L内东1+P内东2L内东2+P内西1L内西1+P内西2L内西2则ΜG=Μ外-Μ内2ΜΖ=Μ外+Μ内2式中M内,M外——曲线内外侧进行顶升时千斤顶提供的力矩(kN·m)。转动体偏心:e实际=MG/N2.5微面积上的作用力称重实验时,转动体球铰在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动,即微小角度的竖转。摩阻力矩为摩擦面每个微面积上的摩擦力对球铰中心竖转法线的力矩之和,如图7所示。dMZ=RcosθdFdf=μ0σdAdA=2πrdsr=Rsinθds=Rdθσ=σ竖cosθσ竖=ΝπR2sin2α则dMZ=2πR3μ0σ竖sinθcos2θdθΜΖ=∫α0dΜΖ=2(1-cos3α)3sin2αμ0ΝR将球铰参数代入得:μ0=ΜΖ0.98ΝR(单位:m)3重复使用并注意事项3.1转动体球铰摩阻力计算方法1)拆除0#块、称重墩处的施工支架。2)安装百分表、称重墩及其上布置的手动千斤顶和荷重传感器。3)拆除剩余的称重支架,卸载称重墩上千斤顶,主桥处于悬臂状态。4)观察顺桥向百分表读数如果顺桥向百分表读数未发生变化,说明转动体球铰摩阻力矩大于转动体顺桥向不平衡力矩,分别从主桥东、西侧称重墩进行顶梁,根据荷重传感器的读数计算并进行比较,以确定偏心方向,按图3所示方法进行计算。如果顺桥向百分表读数发生变化,说明转动体球铰摩阻力矩小于顺桥向转动体不平衡力矩,按图2所示方法进行计算。5)观察横桥向百分表读数如果横桥向百分表读数未发生变化,说明转动体球铰摩阻力矩大于转动体横桥向不平衡力矩,分别从主桥曲线内、外侧进行顶梁,根据荷重传感器的读数计算并进行比较,以确定偏心方向,按图6所示方法进行计算。如果横桥向百分表读数发生变化,说明转动体球铰摩阻力矩小于顺桥向转动体不平衡力矩,按图5所示方法进行计算。6)计算得到顺桥向和横桥向偏心距。7)根据以上结果,进行纵桥向和横桥向配重。3.2压力传感器灵敏度1)在安装千斤顶和压力传感器时,应确保千斤顶与压力传感器、压力传感器与桥体接触面的平整度,确保压力传感器读数的准确性。2)在进行称重实验时,同组千斤顶的顶升力应保证匀速、同步加载。3)球铰位移顶力曲线应为折线形式,如图8所示,在进行梁体顶升时,当梁体发生转动后,继续加载,根据球铰处百分表读数得到实测的位移顶力曲线,选用曲线拐点处的顶升力进行偏心力矩和偏心距的计算。4重复使用转体结构