王飛杰,何妙猜

(1.武漢信達(dá)雅路橋技術(shù)有限公司,武漢 430000；2.西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司中南分院,武漢 430000)

隨著我國(guó)交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，交通路網(wǎng)日益復(fù)雜，跨線橋的設(shè)計(jì)、施工日趨頻繁，在不影響橋下路線通行的條件下，對(duì)跨線橋的設(shè)計(jì)、施工提出了更高的要求。我國(guó)目前所采用的跨線橋的施工方法主要有懸澆掛籃施工法、頂推施工法、轉(zhuǎn)體施工法。懸澆掛籃施工法的優(yōu)點(diǎn)是施工場(chǎng)地小、施工機(jī)具簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是施工周期長(zhǎng)，施工工序復(fù)雜。頂推施工法具有施工工期短的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)施工場(chǎng)地的要求高，對(duì)施工的精度要求高，且頂推跨徑不宜過大。轉(zhuǎn)體施工法也具有施工周期短的優(yōu)點(diǎn)，轉(zhuǎn)體施工施工機(jī)具較少，對(duì)施工精度要求相對(duì)較小，成橋線形易控制，但轉(zhuǎn)體要求主墩承臺(tái)的尺寸足夠大，有足夠的施工場(chǎng)地。該文主要對(duì)轉(zhuǎn)體施工方法進(jìn)行研究。

根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同，轉(zhuǎn)體施工方法主要分為豎向轉(zhuǎn)體施工法和水平轉(zhuǎn)體施工法以及平轉(zhuǎn)和豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的方法。豎向轉(zhuǎn)體主要應(yīng)用于中小跨徑的鋼筋混凝土拱橋，在橋跨兩側(cè)搭豎向支架完成拱肋澆筑，然后再豎向轉(zhuǎn)向到位。平面轉(zhuǎn)體除了應(yīng)用在鋼筋混凝土拱橋上，也在鋼管混凝土拱橋、斜拉橋、剛構(gòu)橋、連續(xù)梁橋中得到了很好的應(yīng)用。平轉(zhuǎn)施工主要是將主體結(jié)構(gòu)在橋址附近不影響通行的施工場(chǎng)地進(jìn)行澆筑、焊接之后，通過水平轉(zhuǎn)動(dòng)至設(shè)計(jì)橋位處。平轉(zhuǎn)和豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的施工方法則主要應(yīng)用于鋼管混凝土拱橋中[1]。論文主要介紹平轉(zhuǎn)法在公路V構(gòu)轉(zhuǎn)體中的應(yīng)用。

1 V形剛構(gòu)的特點(diǎn)

V形剛構(gòu)橋作為連續(xù)剛構(gòu)橋的一個(gè)分支，繼承了連續(xù)剛構(gòu)主梁剛度大、結(jié)構(gòu)變形小、行車平順、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具備了結(jié)構(gòu)形式美觀、受力更合理等優(yōu)點(diǎn)。

從受力角度分析，V形剛構(gòu)由于斜腿的存在，將中墩處的一個(gè)支點(diǎn)固結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)支點(diǎn)固結(jié)，從而將中墩墩頂?shù)呢?fù)彎矩進(jìn)行了一個(gè)削峰處理，大大減小了中墩墩頂?shù)呢?fù)彎矩，同時(shí)由于斜腿之間的間距使V構(gòu)兩側(cè)的跨徑也相應(yīng)減小，跨中彎矩也相應(yīng)減小。但是，由于采用傾斜的V形橋墩，使原本主要承受軸向壓力的壓彎構(gòu)件轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)偏心受壓構(gòu)件，特別是在活載和溫度的作用下，V形橋墩容易出現(xiàn)較大的偏心距。

從結(jié)構(gòu)尺寸來看，由于V形支撐使橋梁跨度減小，則主梁結(jié)構(gòu)尺寸也可以相應(yīng)的減小，一般來說，V形剛構(gòu)橋比連續(xù)梁橋要經(jīng)濟(jì)10%～15%左右。但是由于V腿與中支點(diǎn)處的主梁形成一個(gè)剛接的三角形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)受力較為復(fù)雜，在外荷載作用下，主梁易出現(xiàn)拉應(yīng)力而開裂，設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠的重視。

2 V形剛構(gòu)轉(zhuǎn)體的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 V形剛構(gòu)轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的主要構(gòu)成及工程簡(jiǎn)介

V形剛構(gòu)的轉(zhuǎn)體，一般采用平轉(zhuǎn)。對(duì)于平轉(zhuǎn)體系，通常由三部分構(gòu)成，分別為承重體系，助推牽引體系和平衡體系。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的承臺(tái)分為上下兩層，上層承臺(tái)主要連接上轉(zhuǎn)盤和V構(gòu)，下層承臺(tái)主要與下轉(zhuǎn)盤相連，上下承臺(tái)及轉(zhuǎn)盤共同構(gòu)成結(jié)構(gòu)的承重體系，在下轉(zhuǎn)盤位置設(shè)置環(huán)形滑道和助推支座，同時(shí)設(shè)置牽引設(shè)備，這三者共同構(gòu)成牽引系統(tǒng)以達(dá)到上轉(zhuǎn)盤和V構(gòu)共同轉(zhuǎn)動(dòng)的目的[2]。而結(jié)構(gòu)的平衡則主要靠結(jié)構(gòu)自身的重量，以及上轉(zhuǎn)盤底的球鉸和鋼撐角組成。對(duì)于V構(gòu)平轉(zhuǎn)系統(tǒng)而言，其主要技術(shù)關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)動(dòng)過程中結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性以及轉(zhuǎn)動(dòng)體系的平穩(wěn)、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，而這兩者都與結(jié)構(gòu)的支撐體系、不平衡彎矩、摩阻力、偏心距等有很大關(guān)系。

陜西省寶雞市蟠龍塬上塬路上跨隴海鐵路立交工程起點(diǎn)里程為ZXK0+698.000(20號(hào)墩中心線)，終點(diǎn)里程為ZXK0+873.0(橋臺(tái)胸墻線)，該橋在既有隴海鐵路里程K1239+180.207處與隴海下行線斜交，斜交角度為38.7°，交點(diǎn)處道路里程為ZXK0+817.839；主橋?yàn)?5+75 m V型墩剛構(gòu)，主橋位于平曲線半徑R=250 m的圓曲線上，施工方式采用平面轉(zhuǎn)體施工。主橋邊墩下部結(jié)構(gòu)形式采用雙柱式蓋梁結(jié)構(gòu)，橋型圖見圖1。

2.2.V形剛構(gòu)轉(zhuǎn)體技術(shù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于V形剛構(gòu)而言，一般V形斜腿為鋼筋混凝土的板式結(jié)構(gòu)，由于受橋面縱坡的影響，兩斜腿在立面上與墩中心線的夾角會(huì)存在一點(diǎn)偏差，對(duì)于普通的T構(gòu)而言這點(diǎn)偏差的影響基本可以忽略不計(jì)，但是對(duì)于V構(gòu)轉(zhuǎn)體而言，這種偏差可能直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤受力不均，因此，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮該偏差的影響。

由于該橋平面位于半徑250 m的曲線上，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)采用環(huán)道與中心支承相結(jié)合的球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)體系，轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)中心與道路中心線橫橋向預(yù)設(shè)1.85 m(向曲線內(nèi)側(cè))的預(yù)偏心，以抵消曲線梁在球鉸處產(chǎn)生的橫向不平衡彎矩。

對(duì)于平面轉(zhuǎn)體系統(tǒng)而言，能否順利轉(zhuǎn)動(dòng)到位，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中球鉸支座的選型尤為重要，此項(xiàng)目，上部轉(zhuǎn)體總質(zhì)量為86 200 kN，選用直徑為φ3 900 mm的鋼球鉸，厚度為40 mm，分上下兩片，球鉸結(jié)構(gòu)見圖2。

球鉸上下轉(zhuǎn)盤混凝土的局部承壓能力主要考慮轉(zhuǎn)盤處混凝土所承受的包括上承臺(tái)在內(nèi)的轉(zhuǎn)體部分的重量，計(jì)算該部分轉(zhuǎn)體重量時(shí)，還應(yīng)將轉(zhuǎn)體過程中為保證轉(zhuǎn)體平衡而加入的配重荷載考慮在內(nèi)，其局部承壓構(gòu)件承載力則根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》5.7.2計(jì)算得到。設(shè)計(jì)中需考慮間接鋼筋體積配筋率對(duì)于其局部承壓的影響[3]。

計(jì)算撐腳所承受的最大應(yīng)力時(shí)，需要充分考慮施工過程中的各種不平衡荷載，如：施工中梁體澆筑誤差、施工設(shè)備重、風(fēng)載等的作用，考慮荷載組合的最不利情況計(jì)算四氟滑板及撐腳最大應(yīng)力。

對(duì)于轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)其轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的抗傾覆穩(wěn)定性也是計(jì)算的一個(gè)重要內(nèi)容，計(jì)算需考慮結(jié)構(gòu)在各荷載作用下的最大不平衡彎矩，并與恒載所能產(chǎn)生的最大抵抗彎矩進(jìn)行比較，保證結(jié)構(gòu)在不平衡彎矩作用下不發(fā)生傾覆。

2.3 轉(zhuǎn)盤局部模型分析

對(duì)于轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)而言，轉(zhuǎn)盤能否滿足受力要求是整個(gè)轉(zhuǎn)體過程能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵所在，因此對(duì)于轉(zhuǎn)盤的受力分析，也成為轉(zhuǎn)體受力分析的關(guān)鍵所在。對(duì)于轉(zhuǎn)盤而言，它主要是通過結(jié)構(gòu)之間的接觸傳遞荷載，在模型建立中主要考慮上下球鉸之間的接觸，按最不利考慮分析球鉸處的局部受力是不是能滿足受力要求[4,5]。

該橋球鉸計(jì)算模型如圖3所示，鋼球鉸直徑為φ3 900 mm，厚度為40 mm，分上下兩片，下轉(zhuǎn)盤采用C55混凝土，模型中按底部采用固定約束，約束整個(gè)底面，球鉸頂面考慮上部斜腿剛構(gòu)的轉(zhuǎn)體自重N=96 601 kN，及施工誤差、風(fēng)載及施工機(jī)具等產(chǎn)生的彎矩M=104 909 kN·m[6]。

計(jì)算考慮上下球鉸之間的接觸，接觸面如圖4所示。

經(jīng)計(jì)算，上下轉(zhuǎn)盤變形如圖5所示。

從圖5中可知，轉(zhuǎn)盤最大變形值為3.9 mm，且主要出現(xiàn)在上轉(zhuǎn)盤邊緣處。

上、下轉(zhuǎn)盤應(yīng)力如圖6、圖7所示。

從圖中可知，上轉(zhuǎn)盤最大應(yīng)力14.9 MPa，且最大應(yīng)力出現(xiàn)在與下轉(zhuǎn)盤接觸邊緣處，轉(zhuǎn)盤中心處應(yīng)力較小。下轉(zhuǎn)盤最大應(yīng)力12.7 MPa，最大應(yīng)力出現(xiàn)位置為轉(zhuǎn)盤邊緣靠中心一點(diǎn)的位置，也是中心處應(yīng)力最小。

3 結(jié) 語

對(duì)于轉(zhuǎn)體施工的V形剛構(gòu)而言，其轉(zhuǎn)體過程中的主要關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)體部分在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中能否承受各種施工荷載的作用，計(jì)算中應(yīng)充分考慮各種施工荷載，各種不平衡彎矩，以保證球鉸、撐腳、四氟滑板等的正常運(yùn)作，保證轉(zhuǎn)體的順利進(jìn)行。

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[3] 王振東.大跨度連續(xù)梁水平轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鐵道建筑,2013(8):27-29.

[4] 徐芝綸.彈性力學(xué)·上冊(cè)[M].4版.北京:高等教育出版社,2006.

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[6] 左 敏,江克斌.轉(zhuǎn)體橋平轉(zhuǎn)球鉸轉(zhuǎn)體過程應(yīng)力計(jì)算方法研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2015(12):36-39.