跨津山鐵路主橋轉體稱重方案北方交大

1、天津集疏港公路一期工程跨津Lh鐵路主橋工程轉體施工及試驗方案北京交通大學中鐵六局集團公司2008.1.26一項目概況天津集疏港公路一期工程跨津Lb鐵路主橋是一座65m+65預應力混凝土連續(xù)剛構橋， 全橋 寬56m上部結構采用左、 右兩幅反對稱布置的單箱三室斜腹板箱梁。 單幅箱梁頂板寬27m底 板寬14.1- 17.1m o兩幅之間的凈距2m中支點梁高5.5m，端部梁高2.5m,部等高段長8.9m o下部結構中墩采用墩梁固結、單箱雙室截面。轉盤結構采用環(huán)道與中心支承相結合的球 錢轉動體系。為減少上部結構施工對鐵路行車安全的影響，確定采用平衡轉體的施工技術。即先在鐵 路兩側澆筑梁體，然后通過轉體使

2、主梁就位、調整梁體線形、封固球錢轉動體系的上、下盤， 最后澆筑合攏段， 使全橋貫通。 轉體段梁長61 m+61 m現(xiàn)澆合攏段長4m轉體角度75。，轉體重 量達13300to轉體施工法的尖鍵技術問題是轉動設備與轉動能力，施工過程中的結構穩(wěn)定和強度保證， 結構的合攏與體系的轉換?？偟膩砜?，橋梁轉體技術的原理相同、轉體技術也日漸成熟。然 而，對于不同的橋梁， 必須根據其結構形式、 施工過程和場地及環(huán)境條件等特點制定出合理可 行的轉體方案，以便確保結構的穩(wěn)定和強度要求，不至于由于轉體而影響到結構的正常受力 或導致不可控制的局面。天津集疏港公路一期工程跨津LLI鐵路主橋轉體施工的特點主要體現(xiàn)在如下方面：

3、1、 左、右兩幅梁同步水平轉體。左右兩幅梁轉體到位后的表面間距為2m，如此巨大的兩個轉動物體，特別是在轉體到位的瞬間，若兩幅梁的轉體角度偏差超過1878。時，就會導致兩幅梁在梁端發(fā)生碰撞。此外，轉體過程中有可能出現(xiàn)的非勻速轉動或急起、急停所產生的慣性力也會導 致梁體變形、甚至產生裂縫。因此，保持左、右兩幅梁的同步、緩慢勻速轉動是該橋轉體施工 的尖鍵環(huán)節(jié)。2 2、轉體梁懸臂長度達到61m o如此長的懸臂長度意味著，在豎平面內由于不平衡力矩使球錢轉動體系產生0.01。的微小轉動時，在轉體懸臂段的端部就會產生大約11 mm勺豎向位移（此時，在撐腳處產生大約0.6mm的豎向位移）。因此，無論在轉體過程

4、中，還是在梁體線形的調整 中，精確控制懸臂段的標高和轉體體系的質量平衡，提高體系的抗傾覆穩(wěn)定能力，就成為保證 施工質量、順利完成邊跨合攏段施工的重要環(huán)節(jié)。轉體總重量約13300噸。轉體總重量大，因此減小摩阻力，提高轉動力矩是保證轉體順利實施的兩個矢鍵o橋梁的 轉體過程比較復雜、技術難度較大、精度要求高，一般來說是全橋施工的尖鍵步驟。盡管橋梁 的轉體施工技術日趨成熟，但具體橋梁均有其特殊性，這一技術的應用仍在不斷完善中。結 合天津集疏港公路一期工程跨津LLJ鐵路主橋的特點，進行雙幅、大懸臂、自重大的水平轉體梁 的施工技術研究是十分必要的。4、轉體過程中有客車通過的可能該橋成橋后跨越津山線。球錢的

5、位置距鐵路線很近，只有m。按照設計要求，該橋轉體 過程需時約65分鐘。津山線是一條繁忙的運輸通道，能拿出65分鐘的時間限制列車（特別 是客車）通過而供橋梁轉體的可能性不大。眾所周知，當列車通過時會誘發(fā)周圍地基土體的振動動, ,盡管振動的大小與地基土環(huán)境和列車速度、 載重等有尖， 但一般情況下人體能感知到這 種振動。 從結構上講，脫架后或平衡轉體過程中，轉體梁的姿態(tài)和抗傾覆穩(wěn)定性完全靠球錢 的靜、動摩擦力和撐腳反力來保證。列車通過時誘發(fā)的振動通過球錢傳遞到巨大的懸臂轉體 梁上，相當于一次有感知的地面運動輸入。那么，這種振動究竟對轉體梁有多大影響？特別是 能否影響轉體梁的整體安全呢？所看到的資料還

6、未對此做出過分析和估計。因此，分析和估計 列車通過時對轉體梁的影響也是該橋轉體技術應該把握的環(huán)節(jié)之一，以便做到未雨綢繆。5、轉體過程中有受風力影響的可能塘沽地處海邊，風力較大，最大風速達到km/h o根據歷次橋梁轉體的經驗，特別是當轉 體實施當天風力較大時，確定是否按時進行轉體就成為所有參與人員（包括領導、技術人員 甚至媒體工作者）非常尖心的焦點問題。天津集疏港公路一期工程跨津曲鐵路主橋轉體段屬 于寬幅、大懸臂結構。受風面積大，受風力就大。尤其在陣風頻帶與轉體段的自振頻率接近 時，轉體梁在風激勵下的響應將會很大。這種響應究竟對轉體梁有多大影響？能否影響轉體 的正常進行呢？顯然，分析風對轉體梁的

7、影響，確定轉體風力（風速）閾值供轉體時決策使 用，是十分必要的。6、轉體梁幅寬達27m該橋的另一特點是寬幅，轉體梁幅寬達27m橫/縱向尺度比接近1/2 o類似于縱橋向混凝 土分布不均勻、不對稱而產生縱向不平衡力矩，混凝土的橫向分布不均勻也產生橫向不平衡 力矩。橋面越寬，產生橫向不平衡力矩的可能性越大。這種橫向不平衡力矩使球錢側轉、 使轉體梁受扭。如何估計橫向不平衡力矩以及對轉體梁有多大的影響？是該橋主橋轉體施工中 應該把握的問題之一。二項目目的圍繞該橋的結構和施工特點，本項目將在轉動梁體的不平衡力矩、轉體配重、摩阻系 數(shù)、風力對轉體的影響、列車通過時對轉體梁的影響、脫架過程及不對稱脫架對梁體受

8、力的 影響等方面開展工作。對該橋的施工轉體全過程進行監(jiān)測 監(jiān)控。通過計算與測試分析，為 轉體施工過程中梁體的標高調整，變位和受力狀態(tài)的控制提供依據，以保證轉體施工階段的結 構安全，提高施工質量。為類似轉體橋梁的設計和施工積累經驗和數(shù)據，為橋梁運營期間的技 術管理和技術評估提供依據。達到進一步完善橋梁水平轉體施工方法、提升企業(yè)施工技術能力 的目的。三項目內容本項目內容包括三個方面：1、脫架后轉體梁段的變形和豎向位移計算分析；2、陣風作用下轉體梁施轉的安全性分析；3、過路列車誘發(fā)的地面振動對轉體梁穩(wěn)定姿態(tài)的影響分析；4、寬幅轉體梁橫橋向不平衡力矩估算；5、轉體梁豎向不平衡力矩測試、摩阻系數(shù)測試及配

9、重。四試驗方案1、試驗目的通過測試及分析，為轉體施工過程中梁體的標高調整，變位和受力狀態(tài)的控制提供依據， 以保證轉體施工階段的結構安全，提高施工質量。為類似轉體橋梁的設計和施工積累經驗和數(shù) 據，為橋梁運營期間的技術管理和技術評估提供依據。2、 試驗內容、方法(1 )平轉摩阻力測定O在試轉動階段，采用連續(xù)頂推千斤頂。通過球錢轉動體系由靜摩擦向動摩擦轉化時千斤頂 的力值，確定靜摩擦阻力。通過球錢轉動體系平穩(wěn)轉動時千斤頂?shù)牧χ?，確定轉動摩擦力。并以此計算出牽引力矩和摩阻力矩(可通過積分得到計算式)，再根 據力矩的 平衡條件，反算出靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)。(2 )不平衡力矩測試沿梁軸線的豎平面內，由于

10、球較體系的制作安裝誤差和梁體質量分布差異以及預應力張 拉的程度差異，導致兩側梁段剛度不同，質量分布不同，從而產生不平衡力矩，使得懸臂 梁段下?lián)铣潭炔煌?。為了保證轉體過程中，體系平穩(wěn)轉動，要求預先調整體系的質量分布，使其質量處于平衡狀態(tài)。原理如下：以球較為矩心，順、反時針力矩之和為零，使轉動體系能平衡轉動，當結構本身力矩不能 平衡時，需加配重使之平衡。即：M左一M M啟二啟二M M配配式中：M左左側懸臂段的自重對錢心的力矩；M M右右右側懸臂段的自重對較心的力矩；M配配重對較心的力矩。根據實測偏心結果，對于縱向偏心，采用在結構頂面的偏心反向位置，距離墩身中心 線一定距離的懸臂段，堆碼加沙袋作為配

11、載糾偏處理法。要使球錢克服靜摩阻力發(fā)生微小轉動，需要的轉動力矩應大于等于靜摩阻力矩。靜摩阻力 矩可由下式計算：MzO.98oN R式中，N為轉體重量，R為球錢球面半徑，卩。為靜摩擦系數(shù)。根據設計，N =13300t，R = 8m，卩。=0.1；得到設計靜摩阻力矩為：0.98 X0.1 X 133000X 8=104272kN.m3、現(xiàn)場試驗及測點布置現(xiàn)場試驗包括不平衡力矩、摩阻系數(shù)及梁體配重測試；脫架過程梁體位移監(jiān)測與控制測試；列車引起的地面振動測試等三個方面。試驗環(huán)節(jié)及測點布置敘述如下(1)不平衡力矩、摩阻系數(shù)及梁體配重本試驗擬于兩段懸臂梁距梁端1m處各布置手動式千斤頂8臺，分別對轉體梁進行

12、頂放， 在每臺千斤頂上設置壓力傳感器，用以測試反力值，同時在上轉盤底四周布置4個位移傳感 器，用以測試球較的微小轉動。每臺千斤頂需要的頂力：104272/(8X 60) =217kN根據設計要求，加固后的復合地基承載力達到14.7kPa,即147kN/ml由此可知每 臺千斤 頂至少需要217/147=1.48m 1,5m2的地基面積來承受千斤頂施力。對于碗扣式腳手架，每根豎向鋼管的承載力按30kN考慮，則傳遞每臺千斤頂力時至少需要217/30=7.28根豎向鋼管。滿足地基承載力、腳手架傳力、千斤頂施力條件且達到球較產生微小轉動的不平衡力矩測 點布置圖示于圖、圖和圖3中。圖中，1丄VDT位移傳感

13、器；230噸壓力傳感器；3-30噸手動千斤頂；4梁底墊鋼板(150mmX 150mmX 20mm): 5千斤頂?shù)鬃?放木或木板墊 層)；6方木(200mmX 200mmX 2000mm)本試驗環(huán)節(jié)大致如下：1在選定斷面處安裝位移傳感器和千斤頂及壓力傳感器；2調整千斤頂，使所有頂升千斤處于設定的初始頂壓狀態(tài)，記錄此時壓力傳感器的反 力值；3千斤頂逐級加力，紀錄位移傳感器的微小位移，直到位移出現(xiàn)突變；4繪制出P-曲線；5重復以上試驗；6對兩幅梁共進行8次上述頂升試驗；7確定不平衡力矩、摩阻系數(shù)、偏心距；8確定配重重量、位置及新偏心距。9出具供鐵路有尖部門審批用的轉體梁稱重試驗報告。AB圖3腳手架布

14、置（正立面）下斤頂力腳手架60m:MZ_L_60mT說明：圖、圖2和圖3中，1- LVDT位移傳感器；2- 30噸壓力傳感器；3- 30噸手動千斤頂；4-梁底墊鋼板（150mrK 150mM 20mrh；5-千斤頂?shù)鬃ǚ拍净蚰景鍓|層）；6-方木（200mM 200mrK 2000mm在施工用腳手架的基礎上，按圖中指定區(qū) 域進行腳手架加密即可。腳手架圖畀試驗h置（側立而）圖2腳手架局部加密（側立面）0.6m XN0.6m X N0.6m x N0.6m x N0.6m x N0.3X6=1.8m0.3X6=1.8m0.3X 6=1.8m0.3X6=1.8m(2)脫架過程梁體位移監(jiān)測與控制1在轉

15、體梁懸臂端兩側共安裝4只大量程位移傳感器；2拆卸支架過程中，實時監(jiān)測、記錄各點的位移變化；3若位移差值超過計算設定值，及時通知脫架指揮著，調整脫架進程；4脫架完成后，利用梁端位移紀錄進行寬幅轉體梁橫橋向不平衡力矩估算測 點布置圖示于圖4和圖5中。脫架順序A面振川IIHIllllllllll【llllllllllllllllllllllllllllllllll_莉用涮SB諭轅功日、 用起彳y過幽列命誘發(fā)的地叮振動對轉體梁穩(wěn)左姿態(tài)的測點布置圖示于圖七中o脫架順序Brft分析。圖4脫架前轉體梁狀態(tài)圖6隧道測試斷面及測點平面布置圖正立面-5點測面嘔4、測試儀器和設備(1)傳感器試驗中采用的傳感器及其主

16、要技術指標如下：應變式位移傳感器：用于測試撐腳處和重心位置處的位移。4個主要技術指標：量程士5 mm，精度1/1000，線性度大于0.2%使用條件：受周圍環(huán)境影響不大。LVDT位移傳感器：用于懸臂梁端的位移。4個主要技術指標：量程士250 mm，精度5/1000，線性度大于0.2%使用條件：受周 圍環(huán)境影響不大。891-4傳感器：用于測試列車弓|起的地面振幅時程。4個頻率響應：0-30HZ； 測量范圍：最大5m/s分辨率：1x10-75511型伺服式加速度傳感器：用于測試列車引起的地面加速度時程。4個頻率響 應：0舁00Hz；測量范圍：5g分辨率：0.00005gBLR1型壓力傳鳳器：用于測試

17、千斤頂處的反力。4個量程：300kN精度：士1%靈敏系數(shù)：2.0QLD-50型手動螺旋式千斤頂：用于在懸臂梁端位置處施加支承力。起重量：300KN；起重高度：150mm手柄作用力：510N :(2)數(shù)據采集系統(tǒng)本項目采用美國生產的QTECHWaveBook 5 1 2數(shù)據采集系統(tǒng)。lOTECHWaveBook 512的技術參數(shù)如下：滿足本次測試的要求。采樣率：100萬次/秒；分辨率：12bit通道：40個電壓通道，16個動態(tài)應變通道(3)數(shù)據分析軟件系統(tǒng)。本次試驗采用美國DADiSP數(shù)據分析軟件包。該軟件包可實現(xiàn)本次測試中相尖數(shù)據的處 理及分析，并能做到實時處理，可滿足及時提供主要測試結果的要

18、求。(4)緊急備用電源系統(tǒng)2500W汽油發(fā)電機一臺，UPS不間斷電源兩臺。五進度安排1轉體懸臂梁段的變形和豎向位移計算分析：20天；2 2陣風作用下轉體梁施轉的安全性分析：30天；3過路列車誘發(fā)的地面振動對轉體梁穩(wěn)定姿態(tài)的影響分析：40天；4寬幅轉體梁橫橋向不平衡力矩估算：10天；5過路列車誘發(fā)的地面振動測試：1天；6脫架過程梁體位移監(jiān)測：按照脫架進度計劃；7轉體梁豎向不平衡力矩測試、摩阻系數(shù)測試及配重：(1)研究制訂試驗實施方案：3天(2)試驗材料采購及設備配套：2天(3)儀器的檢測與標定：2天(4)測點布置及傳感器、數(shù)據線和相尖設備的安裝調試；3天(5)按照進度計劃要求完成現(xiàn)場測試：2天8

19、寬幅轉體梁橫橋向不平衡力矩估算結果：脫架完成后1小時9轉體平衡配重、摩阻系數(shù)及配重：不平衡力矩測試后兩小時給出；10轉體尖鍵技術環(huán)節(jié)試驗及研究總報告：20天六經費預算項目總經費：53萬元，由下列各項費用構成。1、脫架后轉體懸臂梁段的變形和豎向位移計算分析：4萬元(包括管理費)2、 陣風作用下轉體梁施轉的安全性分析：6萬元（包括管理費）3、 過路列車誘發(fā)的地面振動對轉體梁穩(wěn)定姿態(tài)的影響分析：12萬元（包括過路列車振動測試費及管理費）4、 寬幅轉體梁橫橋向不平衡力矩估算：3萬元（包括管理費）5、 轉體梁豎向不平衡力矩測試、摩阻系數(shù)測試及配重試驗費：見下表不平衡力矩測試、摩阻系數(shù)測試及配重試驗經費預

20、算表費用名稱金額備注1現(xiàn)場人工費2.712教授：360元/人天X 1人X 12天=0.432萬元畐IJ教授：300元/人天X 2人X 12天=0.72萬元其他：260元/人天X 5人X 12天9.56萬元試驗消耗材料費2.35導線0.85萬兀，傳感器座加工件，粘接膠，咼能電池，各 種儀器連線接頭，測試人員安全用具以及繃帶、砂紙、電 刷、燈泡、部分小工具等1.50萬元儀器使用折舊費6.55本次實驗所涉及的儀器總價值145萬元，折舊費145萬兀X 3%0/天X 10天=4.35萬兀。本次試驗所涉及的傳 感器總價值12.0萬元，損耗率10%，傳感器損耗費總計萬元X10%=1.20萬元，標定費：1.0

21、萬元直接費千斤頂購置費0.80已有6臺，還需增加兩臺，按兩臺千斤頂?shù)?0%計算儀器設備運輸費0.50包括運抵現(xiàn)場和返回以及運輸所涉及到的公路、人工運費、保險費。差旅費1.152交通、食宿：120元/人天X 8人X 12天=1.152萬元現(xiàn)場雇傭勞工費（或由甲方負責）2.00主要完成諸如晚上看護儀器；清理混凝土基面；現(xiàn)場搬 運；修搭儀器、設備操作房等方面的工作。試驗數(shù)據處理及分析費8.00文整費1.00以上小計25.0642管理費3.0076825.064萬元X 12%3配車試驗費用計28.07168約28萬七工作基礎及相尖業(yè)績北京交通大學土建學院橋梁及隧道工程學科是為數(shù)不多的國家級重點學科，擁

22、有結構實驗中心及價值超過4000萬元的各種先進的測試設備及儀器。該學科擁有多名國家新近設定 的職稱系列的教授及副教授，工作重點主要針對交通土建方面的重大科研和工程項目。近年來，該學科的橋梁研究方向先后承擔了國家科委、基金委、北京市、鐵道部交通部 及其他省、市的幾十項橋梁動、靜力分析和試驗方面的項目，取得了多方面有價值的成果，為 本次試驗提供了理論和試驗基礎，使得本次試驗的可靠性得到了充分的保證。1與本次橋梁轉體、施工監(jiān)測及靜動載試驗有尖的主要業(yè)績擬參與本項目主要人員2000年以來的主要業(yè)績項目名稱項目時間項目負責人1北樂市西六環(huán)橋梁轉體項目進行中高日12張石咼速公路石家莊段跨樂廣鐵路跨線橋轉體

23、試驗2007.4高日3張家灣鐵路專用線跨線橋轉體施工技術及試驗研究2006.12高日n4邯濟鐵路K085+714、K222+783橋振動分析2006.9高日5寧西線康家溝、西磨溝、小趙峪及丁河橋橋梁動載試驗2006.7高日n6大秦線鄭重莊橋2萬噸貨車條件下動載試驗2006.3高日7邯濟鐵路K023+231團結渠橋、K210+634趙牛河橋加固后全橋 試驗2005.10高日8邯濟鐵路K012+195、K215+922橋振動檢測2005.8高日9青藏鐵路橋墩混凝土剝蝕試驗2005.5高日10嫩江公路鋼橋技術檢定及承載力試驗2005.4高日11膠新鐵路西坡中橋動載試驗2004.10高日12地鐵2號線

24、崇文門過管地段動態(tài)試驗2004.7高日13邯濟鐵路K003+826框構橋裂縫檢測、分析及加固措施2004.6高日14搶修用鋼橋墩及鋼梁試驗及設計（2004.6）2003.11高日15青藏線常用跨度橋梁技術和提咼耐久性措施補充試驗研究2002.8高日16萬州長江二橋結構及結點試驗2002.5高日d17小橋涵出入口鋪砌保溫材料的試驗研究2001.3高日18太原衛(wèi)星發(fā)射基地5號公路橋靜、動力試驗2000.8高日n19大成橋振動計算分析2007.6夏禾20武漢站列車激勵計算2007.4夏禾21南樂大勝尖長江大橋矢鍵技術研究大跨度鐵路桁拱橋抗風性能 研究2007.1夏禾22強風作用下大跨度橋梁的動力響應

25、及行車安全控制研究2005.1夏禾23橋梁加固效果試驗分析2003.9夏禾24巴黎布魯塞爾咼速鐵路ANTONIN快橋動態(tài)性能試驗2002.6夏禾25城市軌道父通咼架橋梁結構徐變控制的研究2002.4夏禾26秦沈客運專線綜合試驗科技攻矢項目:橋梁動力性能綜合2001.9夏禾試驗27北樂市城市鐵路路基橋梁變形觀測研究-2001.4夏禾28既有線路提速剛梁橋加固技術試驗研究2001.4夏禾29廣深線雅瑤橋試驗2001.1夏禾30秦沈客運專線橋涵矢鍵技術研究常用跨度橋梁動力特性2000.8夏禾312007-2008沿海鐵路溫福線寧德白馬河橋施工監(jiān)控2007.9季文玉32活性粉末混凝土鐵路預制梁的設計與

26、試驗研究2006.1季文玉33北京通惠河北路2標鋼梁架設仿真分析及施工監(jiān)控2005.12季文玉134金屬波紋管涵洞現(xiàn)場及室內試驗研究2002.1季文玉35河南舞陽沙河橋、小石門橋、甘江河橋及澧河橋檢測2001.10季文玉n36整孔簡支箱型梁橋綜合試驗2000.9季文玉37大跨徑預應力混凝土梁橋長期變形精細化分析及下?lián)咸幹畏桨?研究2007.5雷俊青38武廣客運專線大跨度預應力混凝土橋梁技術研究2007.5雷俊青39山東省臨忻市柳青河斜拉橋施工監(jiān)控技術服務2006.11雷俊青40公路橋梁承載能力檢測評定規(guī)程2003.1雷俊青41軌道父通機場線跨四兀橋結合梁頂升施工監(jiān)測2007.6盧文良42內蒙海

27、生不浪黃河特大橋與大黑河橋現(xiàn)場靜動載試驗分析2007.4姜蘭潮43四號線12標區(qū)間隧道施工襯砌壓力觀測和四直門橋變形監(jiān)測分 析2006.12姜蘭潮44大跨度連續(xù)結合梁橋負彎矩區(qū)預應力施加方法及試驗2005.3黃炫曄45南陽一大橋檢測2002.6黃炫曄2 2、設備條件結構試驗中心是國家“21T重點建設的實驗室，也是鐵道部的重點實驗室。經 過近二十 年的建設，該實驗室已經形成了相當完備的橋梁與結構室內外綜合試驗能力，擁有多臺套世界 上先進的試驗設備，有的在國內是獨一無二的。如世界上目前最 先進的現(xiàn)場數(shù)據采集系統(tǒng)， 三十二通道數(shù)字式磁帶記錄儀，各種最新的進口傳感器等。并專門裝備了一臺具備在任何環(huán)境 下工作的現(xiàn)場試