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桥梁转体施工在我国应用与发展桥梁转体施工技术在我国的应用与发展始于20世纪80年代,经过几十年的实践与创新,已成为一种成熟且广泛使用的桥梁建设方法。该技术主要应用于跨越铁路、公路、河流或峡谷等复杂地形条件下的桥梁施工,能够有效减少对下方交通和环境的影响,同时提高施工效率和安全性。
转体施工的基本原理是先在桥梁一侧或两侧的地面上预制桥体,待桥体完成后通过水平转体或竖向转体的方式将其旋转至设计位置。我国早期的转体施工多采用水平转体法,随着技术的进步,竖向转体、平竖结合转体等多种形式相继出现,进一步拓展了其应用范围。
在发展过程中,我国科研人员和工程技术人员不断优化转体施工的关键技术,如球铰设计、牵引系统、监控测量等,并成功应用于多项重大工程项目中。例如,丹昆特大桥、北京五环路立交桥等项目的实施,标志着我国转体施工技术已达到国际领先水平。
目前,我国在超大吨位、超长跨度的转体施工领域取得了显著成就,为复杂环境下桥梁建设提供了新的解决方案。未来,随着新材料、新工艺的应用以及智能化技术的发展,桥梁转体施工将更加高效、精准和环保,继续推动我国基础设施建设迈向更高水平。
某建筑水暖工程施工组织设计(供参考)转体施工法的关键技术问题是转动设备与转动能 力施工过程中的结构稳定和强度保证结构的合拢与 体系的转换。
竖转法主要用于肋拱桥。我国在应用竖转法时 拱肋是在低位浇筑或拼装然后向上拉升达到设计位 置与国外将拱肋竖向拼装或浇筑然后放下合拢的方 法不同。
桥梁转体施工方法在我国的应用与发展陈宝春等
竖转体系通常由牵引系统、索塔、拉索组成。竖转 的拉索索力在脱架时最大,因为此时拉索的水平角最 小产生的竖向分力也最小而且拱肋要实现从多跨支 承于拱架上的连续曲梁转化为铰支承和扣点处索支承 的曲梁脱架时要完成结构自身的变形与受力的转化。 为使竖转脱架顺利,有时需在提升索点安置助升千斤 顶。 竖转施工方案设计时要合理安排竖转体系。索 塔高、支架高(拼装位置高),则水平交角也大,脱架提 升力也相对小,但索塔、拼装支架受力(特别是受压稳 定问题也大材料用量也多反之亦然。 在竖转过程中,主要要考虑索塔的受力和拱肋的 受力尤其是风力的作用。 在施工工艺上竖转铰的构造与安装精度索鞍与 牵转动力装置索塔和锚固系统是保证竖转质量、转动 顺利和安全的关键所在。国内的拱桥基本上为无铰 拱竖转铰是施工临时构造,所以,竖转铰的结构与精 度应综合考虑满足施工要求和降低造价。跨径较小 时,可采用插销式跨径较大时可采用滚轴。拉索的牵 引系统当跨径较小时,可采用卷扬机牵引跨径较大 要求牵引力较大牵引索也较多时则应采用千斤顶液 压同步系统。
平转法的转动体系主要有转动支承、转动牵引系 统和平衡系统。 转动支承是平转法施工的关键设备,由上转盘、下 转盘构成。上转盘支承转动结构,下转盘与基础相联。 通过上转盘相对于下转盘转动达到转体目的。转动 支承往往必须兼顾转体、承重及平衡等多种功能。按 转动支承时的平衡条件转动支承可分为磨心支承、撑 脚支承和磨心与撑脚共同支承3种。 磨心支承即由中心撑压面承受全部转动重量,有 时在磨心插有定位转轴。为了保证安全,通常在支承 转盘周围设有支重轮或支撑脚。正常转动时,支重轮 或承重脚不与滑道面接触,一旦有倾覆倾向则起支承 作用。在已转体施工的桥梁中,一般要求此间隙从2 ~20mm,间隙越小对滑道面的高差要求也越严格。磨 心支承有钢结构和钢筋混凝土结构。在我国以采用钢 筋混凝土结构为主。上下转盘弧形接触面的混凝土均 应打磨光滑再涂以二硫化铜或黄油四氟粉等润滑剂 以减小摩擦系数(一般在0.03~0.06之间) 第二种转动支承为撑脚支承形式。撑脚支撑形式 下转盘为一环道,上转盘的撑脚有4个或4个以上,以 保持平转时的稳定。这种形式转动过程支撑范围大
公路交通科技2001年第2期
抗倾稳定性能好但阻力力矩也随之增大而且环道与 撑脚的施工精度要求较高。撑脚形式有采用滚轮,也 有采用柱脚的。滚轮平转时为滚动摩擦摩阻力小,但 加工困难,而且常因加工精度不够或变形使滚轮不滚。 采用柱脚平转时为滑动摩擦通常用不锈钢板加四氟 板再涂黄油等润滑剂其加工精度比滚轮容易保证通 过精心施工已有较多成功的例子。当转体结构悬臂 较大抗倾覆稳定要求突出时,往往采用此种结构,广 州丫警沙大桥平转就采用了此体系。 第三类支承为磨心与撑脚共同支承。大里营立交 桥采用一个撑脚与磨心共同作用的转动体系,在撑脚 与磨心连线的垂直方向设有保护撑脚。如果撑脚多于 一个,则支承点多于2个,上转盘类似于超静定结 构,在施工工艺上保证各支撑点受力基本符合设计要 求比较困难。广州丫髻沙大桥原采用多撑脚与磨心共 同受力体系,后考虑到这种困难,减小了磨心受压的 比例,使其蜕化为撑脚体系。 水平转体施工中转得动转不动是一个很关键的 技术问题。一般情况下可设启动摩擦系数为0.06~ 0.08之间,有时为保证有足够的启动力按0.1配置启 动力。因此减小摩阻力提高转动力矩是保证平转顺 利实施的两个关键。转动力通常安排在上转盘的外 侧,以获得较大的力臂。转动力可以是推力,也可以是 拉力。推力由千斤顶施加,但千斤顶行程短转动过程 中千斤顶安装的工作量又很大,为保证平转过程的连 续性所以单独采用干斤顶顶推平转的较少。转动力 通常为拉力转动重量小时,采用卷扬机转体重量大 时采用牵引千斤顶,有时还辅以助推千斤顶用于克服 启动时静摩阻力与动摩阻力之比的增量。
平转过程中的平衡问题是一个关键问题。对于斜 拉桥、T构桥以及带悬臂的中承式拱等上部恒载在墩 轴线方向基本对称的结构,一般以桥墩轴心为转动中 心,为使重心降低,通常将转盘设于墩底。 对于单跨的拱桥、斜腿刚构等,可分为有平衡重 与无平衡重转体两种。有平衡重时,上部结构与桥台 起作为转体结构,上部结构悬臂长,重量轻,桥台 则相反,在设置转轴中心时,尽可能远离上部结构方 向,以求得平衡,如果还不平衡,则需在台后加平衡 重。无平衡重转体,只转动上部结构部分,利用背索 平衡,使结构转体过程中被转体部分始终为索和转铰 处两点支承的简支结构。对于双肋拱,此时,双肋分 于两侧,然后向中间转。
转体施工的受力分析主要有保证结构的平衡,以 防倾覆;保证受力在容许值内,以防结构破坏;保证 锚固体系的可靠性。转体过程历时较短,少则几十分 钟,最多不超过一天,所以主要考虑施工荷载。在大 风地区按常见的风力考虑,通常不考虑地震荷载和台 风影响,这主要从工期选择来保证。此外,转体结构 的变形控制、合拢构造与体系转换也是转体施工应考 虑的重要问题。
莲沱大桥是三峡工程对外公路上的钢管混凝土拱 桥,它为净跨48.3m+114m+48.3m的带悬臂中承式 刚架系杆拱,其钢管拱肋的架设采用了竖向转体施工 方法。施工总体布置见图1。
莲沱大桥的竖转施工时将拱肋放在水位较低的河 中,在低矮的胎架上将工厂加工好的拱肋焊接拼装成 两个半拱(包括横斜撑及附件安装),然后由竖在两 个主墩顶部的两副扒杆分别将其拉起,在空中对接合 拢。边拱拱肋则直接由吊车在胎架上就位拼接。 竖转用扒杆高35m,由两根p800mm钢管立柱、 钢板横梁以及槽钢剪力撑组成。起吊系统选用2对
200t滑轮组和2台20t的卷扬机,起重索为939mm (6×37)的交互捻钢丝绳。吊攀为双吊耳型。轴销为 45号铸钢切削而成。根据吊索长度计算出吊攀轴线 与垂线之间的夹角为34。 拱肋在竖转吊装过程中,拱脚处设计了旋转支 座,由靠山角和旋转角组成。靠山角和旋转角均由厚 36mm的16Mn钢板在工厂配对冲压而成。靠山角宽
120cm,背部和下部焊有加劲板和钢筋,根据设计位 置预埋于墩顶混凝土内;旋转角宽80cm,直接焊于 拱端。
2.2大里营刚性斜拉桥(平面转体施工6
大里营立交桥为一铁路桥,以49斜交角跨线京 秦铁路。该桥采用刚性索斜拉桥,跨径布置为50m+ 40.75m。斜拉索为两对平行索,主梁为下承式双向预 应力槽形梁,塔墩梁固结。为减少施工对桥下京泰铁 路运行的干扰,采用了平转施工方案。转动系统设在 墩底,转体完成前,墩底为铰支承,转体完成后再形 成固结支承。桥梁总体布置图见图2。 该桥的上下转盘采用钢筋混凝土球形铰构造。平
交桥平转总体布置图(
大里营桥的转动牵引系统首次改变了国内以往的 电动或手动卷扬机系统,采用了千斤顶带动钢铰线系 统。它易于控制,且能连续牵引。千斤顶2台,各为 700kN总体施工组织设计,牵引索为5~7中5的钢铰线,转体速度为 20m/h。该桥已于1997年7月实现转体,同年10月 建成通车。
广州丫髻沙大桥主桥为带悬臂的中承式刚架系杆 拱,主跨360m。主跨为钢管砼桁式肋拱,边跨为上 承钢管砼劲性骨架箱肋悬臂半拱。为保证主拱的顺利 合拢和最大限度地减小对珠江通航的影响,采用了转 体施工方案。 转体施工将半跨主跨和一个边跨作为一个转动单 元,沿河岸搭支架拼装边跨劲性骨架,并在低支架上 拼装半跨主跨钢管拱肋,竖转主跨钢管拱肋就位,然
桥梁转体施工方法在我国的应用与发展陈宝春等
转重量为3040t,按承受竖向应力10MPa设计,球 直径为1.8m,砼为C50级。为保证转体时上下盘沿 同心圆转动,设置了9164mm,壁厚4mm的钢管轴和 钢管套。 在上转盘的外缘下伸平衡立柱。平衡立柱下缘有 不锈钢板,在下盘平衡柱位置设置用四氟板铺成的环 形滑道。当平转过程中发生瞬间失稳时钢筋焊接工程技术交底记录,平衡立柱触 及滑道,提供平衡支承,且仍能继续平转。为保证滑 动的安全性,在转体自重中使边跨略重于主跨。因此 该桥实质上是以磨心和后平衡柱双支承的转动体系。 它较之单独的磨心支承,转盘面积减小,施工安全保 证加大。大里营桥平转球铰构造见图3。
图3大里营立交桥转体球铰构造(单位:mm)
图3大里营立交桥转体球铰构造(单位:mm) 后利用边跨为平衡重,平转就位、合拢。