Construction Technology of Weighing and Balanced Weight Swivel of Swivel Bridge over Beijing-Baotou Railway on Xingyan Expressway
柳温臣 LIU Wen-chen
（中国铁建投资集团有限公司，北京 100855）
（China Railway Construction Investment Group Co.，Ltd.，Beijing 100855，China）
摘要：利用转体桥上跨铁路施工，既保证行车不中断又保证施工安全，应用越来越多。称重配重为转体施工重要施工工序，本文通过介绍转体桥称重配重施工，对同类工程具有借鉴意义。
Abstract: The use of the cross-rail construction on the swivel bridge not only ensures uninterrupted driving but also ensures construction safety, and more and more applications. Weighing weight is an important construction process for rotating construction. This paper introduces the weighing and weighting construction of the rotating bridge, which has reference significance for similar projects.
关键词：转体桥；称重；配重
Key words: swivel bridge；weighing；counterweight
中图分类号：U445.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）24-0146-03
1 工程概况
北京兴延高速公路为2019年世界园艺博览会、2022年北京冬奥会配套基础设施，上跨京包铁路特大桥，左幅桥型布置为（20+30+20）m先简支后连续预应力混凝土箱梁+2×56m钢箱梁T构+2×29.5m先简支后连续预应力混凝土箱梁+2×35m预应力混凝土现浇箱梁。右幅桥型布置为（20+30+20）m先简支后连续预应力混凝土箱梁+2×29.5m先简支后连续预应力混凝土箱梁+2×56m钢箱梁T构+2×35m预应力混凝土现浇箱梁。跨铁路主桥采用2×56m钢箱梁T构，双幅同步平行平面转体法施工，桥梁分幅设桥，钢箱梁采用单箱三室，单幅桥宽17.5m，两幅桥净距0.5m，全宽35.5m。钢箱梁T构在ZK41+699.937里程处与既有京包铁路斜交，交点处京包铁路里程K78+401.643，交角为74.7°，每个主墩转体长度为102m，转体角度为74.5°，转体重量为2690t。
2 称重方案选择
桥梁正式转体前，应进行试转。试转之前，应当先进行桥梁称重平衡试验[1]。试验要求量测转体桥梁的不平衡力矩、偏心矩、摩阻力矩及摩擦系数等参数，看各参数是否满足桥梁的配重要求。
2.1 称重测试内容
①转体桥梁的纵向不平衡力矩；
②转动体桥梁的纵向偏心距；
③转体桥梁球铰的摩阻力矩及摩擦系数；
④完成转体梁的配重工作。
2.2 转体梁称重试验方案
采用球铰转动的方法测试转体梁的不平衡力矩，这种方法是利用测试刚体位移突变的方法来进行测试。该方法受力明确，而且只考虑刚体作用，而不考虑挠度等其他影响因素，结果比较准确。当脱架完成后，整个梁体的平衡为如下所示两种状态[1]。
①转动体球铰摩阻力矩（MZ）大于转动体不平衡力矩（MG）。此时，转体梁不发生绕球铰的刚体转动，转动体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持；
不平衡力矩：■；
摩阻力矩：■
②转动体球铰摩阻力矩（MZ）小于转动体不平衡力矩（MG）。此时，转体梁发生绕球铰的刚体转动，直到撑脚参与工作，转动体系的平衡由球铰摩阻力矩、转动体不平衡力矩和撑脚对球心的力矩所保持。
不平衡力矩：■；
摩阻力矩：■
③计算转动体球铰静摩擦系数而进行称重试验时，转动体球铰在沿梁中轴线方向的竖平面内发生小位移，即竖向的小角度转动。摩阻力矩为摩擦面每个微面积上的摩擦力对过球铰中心竖转法线的力矩之和（见图3）。
球铰静摩阻系数：■；
转动体偏心距：■。
式中，R为球铰中心转盘球面半径；N为转体桥梁自重。
2.3 测试方案及量测仪器
2.3.1 测试方案
①在量测断面位置安装位移计和千斤顶；
②调整千斤顶油压大小，使所有工作的千斤顶处于顶压状态；
③逐渐增大千斤顶的油压，纪录位移计的位移，直到梁体位移出现突变；
④绘制出荷载-位移（P-Δ）关系曲线；
⑤计算得到不平衡力矩、摩阻系数、偏心距；
⑥确定转体桥梁配重重量、位置及新偏心距；
⑦完成转体梁称重测试报告，供相关部门审批核验。
2.3.2 量测仪器和设备
测试仪器与设备见表1。
3 称重测试
3.1 试验结果
3.1.1 右幅纵向试验结果
右幅小里程侧转体桥荷载-位移曲线见图4所示，右幅大里程侧转体桥荷载-位移曲线见图5所示。
将右幅砂箱拆除静置，观察撑脚未与滑道发生接触，说明转体T构梁处于静摩阻力矩MZ大于转动桥梁不平衡力矩MG。首先在小里程侧逐级施加顶力P1并在大里程侧观察百分表读数，记录荷载-位移曲线，梁段在荷载=1800kN时，荷载-位移曲线的斜率出现较大位移，说明此时球铰发生了转动；挪动千斤顶到大里程侧逐级加载，同时在小里程侧观察百分表读数，记录荷载-位移曲线，梁段在荷载=2600kN时，荷载-位移曲线的斜率出现较大位移，说明此时球铰发生了转动。
3.1.2 左幅纵向试验结果
左幅小里程侧转体桥荷载-位移曲线见图6所示，右幅大里程侧转体桥荷载-位移曲线见图7所示。
3.2 转体参数计算
现场试验结果表明，梁体的纵向平衡姿态属于两种平衡状态中的球铰摩阻力矩大于转动体系的不平衡力矩。因此：
不平衡力矩：■；
摩阻力矩：■。
该桥的横向平衡姿态属于球铰摩阻力矩小于不平衡力矩。因此：
不平衡力矩：■；
摩阻力矩：■；
球绞静摩阻系数：■；
转动体偏心距：■。
计算参数如表2、表3所示。
4 配重方案及转体参数
4.1 配重方案
不平衡转体配重方案（单球铰支承），通过在重心一侧配重，使转体梁的一端撑脚下落至接触滑道面，另一端撑脚被抬起而脱离滑道面，梁段受两点向上支承[3]。配重如下所式计算：■
式中：W′—转体梁所需配重；e0—转体梁配重前的重心偏心距；l′—转体梁配重距离球绞中心的距离，即配重位置。
转体体系配重后往往无法达到理想的平衡状态，配重后转体体系新的重心偏移量为
■
式中，e′—体系配重后的重心偏心距。
综上，兴延高速公路上跨京包铁路立交桥工程，经过不平衡称重试验以及计算和设计单位意见，得到如下参数：
右幅：纵桥向球铰摩阻力矩7084kN·m，摩阻系数为0.036；不平衡力矩1288kN·m，偏心距0.049m，偏向大里程侧；采用不平衡转体配重转体桥纵向大里程方向距梁端5m处最大配重2.86吨，配重后理论偏心为0.099m。
左幅：纵桥向球铰摩阻力矩5152kN·m，摩阻系数为0.026；不平衡力矩 1932kN·m，偏心距0.073m，偏向大里程侧，转体桥纵向大里程方向距梁端5m处最大配重1.2吨，配重后理论偏心为0.093m。
4.2 转体参数
本连续梁每个转体选用两套ZLD200型液压、同步、自动连续牵引系统（牵引系统由连续千斤顶、液压泵站及主控台组成），形成水平旋转力，通过拽拉锚固且缠绕于直径760cm的转台周围上的两束12?准15.2钢绞线，使得转体体系转动[2]。
牵引力、安全系数计算如下，转体总重量为26359kN，静摩擦系数μ=0.1，静摩擦力为2636kN，球绞平面半径R=1.35m，转台直径D=7.6m；根据文献计算可得，启动时所需最大索引力T=312kN，转动过程中所需牵引力T=156kN，千斤顶动力储备系数为5.45，转动时动力储备系数为10.9，钢绞线安全系数为9.94。
5 结语
转体前通过对转体桥梁的不平衡力矩进行分析，确定转体梁的不平衡力矩、摩阻系数、偏心距，然后对称重试验数据进行分析，进一步精确配重方案，明确摩阻系数、体系偏心距等控制参数。兴延高速公路上跨京包铁路转体桥于2018年7月5日成功完成，转体时间73min，转体过程正常，梁体轴线和高程数据等均符合设计要求。
参考文献：
[1]张联燕.桥梁转体施工[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2]张伟刚.温家窑跨京包铁路特大桥连续梁转体前平衡称重及配重技术[J].价值工程，2018，37（01）：117-121.
[3]王旭.菏泽丹阳立交桥转体斜拉桥称重及配重施工[J].江西建材，2017（09）：218-219. |
