特大桥称重实验方案

转体施工称重试验方案兰州交通大学工程检测有限公司2016年9月转体施工不平衡称重试验方案I目录1项目概况及不平衡称重试验意义....................-1-2试验目的.......................................-3-3试验内容.......................................-3-4试验方案.......................................-3-4.1不平衡力矩测试方法及分析...................-3-4.2转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩....-4-4.3转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩....-5-4.4摩阻系数及偏心距..........................-5-4.5施力设备及测点布置.........................-7-4.6试验步骤...................................-7-4.7测试仪器和设备.............................-8-4.8注意事项..................................-9-4.9人员安排..................................-9-5进度安排.......................................-9-转体施工不平衡称重试验方案-1-1项目概况及不平衡称重试验意义**特大桥上部结构为连续梁，墩号为86、87、88、89、90号墩，桥梁结构平面布置图见图1.1所示，桥梁结构立面布置图如图1.2所示。图1.1结构平面布置图图1.2结构立面布置图梁全长为231.5米，计算跨度为（45+70+70+45）m，中支点处梁高6.5米，跨中9米直线段及边跨15.25米直线段梁高为3.5米，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.75米。截面采用单箱单室变截面变高度直腹板形式。本桥87号主墩采用原位现浇施工T构，88、89号主墩采用现浇施工T构后转体，本桥现浇单个墩处T构长68米，在支架上分三段浇筑，先浇筑顶端节段，然后浇筑两侧节段，再拆除施工支架构成T构受力状态。当88、89号墩T构旋转到设计位置后，先合拢边跨，再合拢中跨，合拢段采用悬吊支架施工。主桥采用平面转体施工法跨越既有铁路，采用以球铰中心支撑为主，环道支撑为辅的转动体系。转体结构设置在主墩墩柱底部，由上下转盘、球铰、撑脚、环形滑道、牵引系统和助推系统等部分组成。本桥为直线桥，理论上设计时球铰中心左右两侧量体重量是相同的，但由于胀模及浇筑混凝土时不能做到完全相同重量等原因，球铰中心两侧转体施工不平衡称重试验方案-2-可能不平衡。为保证转体时结构处于平衡状体，转体前应对转体结构进行称重，实测其实际重心位置。不平衡弯矩可通过临时平衡压重等方式来消除，使全部转体结构重量主要由中心球铰承担，具体设置结合施工方案和监控数据确定。上下转盘采用C50混凝土，封端及后封装部分采用C50补偿收缩混凝土。预应力钢束采用抗拉强度标准值为1860MPa的高强低松弛钢绞线，公称直径为15.2mm。管道形成采用镀锌金属波纹管，锚固体系采用自锚式拉丝体系，张拉采用与锚具配套的千斤顶设备。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。总的来看，桥梁转体技术的原理相同、转体技术也日渐成熟。然而，对于不同的桥梁，必须根据其结构形式、施工过程和场地及环境条件等特点制定出合理可行的转体方案，以便确保结构的稳定和强度要求，不至于由于转体而影响到结构的正常受力或导致不可控制的局面。该转体桥的特点主要体现在如下方面：(1)转体总重量3017吨。为减小摩阻力，提高转动力矩是保证转体顺利实施的两个关键。这就要求：（1）准确把握球铰的摩擦系数；（2）尽量使转体梁的实际转动中心与理论转动中心相重合。一般来说，设计上采用的聚四氟板的摩擦系数为定值（静摩擦系数0.1，动摩擦系数0.06），只和材料有关。但实际上，聚四氟板的摩擦系数还与正压力有关，大致表现为随正压力的增加，聚四氟乙烯的摩擦系数降低的趋势。再加之实际施工条件的不同对摩擦系数的影响，造成每个转体段球铰的摩擦系数都不同的情况。因此，摩擦系数需通过现场实测来获得。转体梁的实际转动中心与理论转动中心相重合或控制在一定范围可以通过配重来实现。配重的大小及如何配重，可通过不平衡力矩的测试来实现。(2)转体梁悬臂长度达到68m。如此长的悬臂长度意味着，在竖平面内由于不平衡力矩使球铰转动体系产生0.01o的微小转动时，在转体悬臂段的端部就会产生大约5.93mm的竖向位移。因此，无论在转体过程中，还是在梁体线形的调整中，合理的配重可精确控制悬臂段的标高和转体体系的质量平衡，提高体系的抗倾覆稳定能力，安全跨越铁路横跨设备（如接触网）等，转体施工不平衡称重试验方案-3-就成为保证施工质量、顺利完成边跨合拢段施工的重要环节。(3)水平转体时间要求短。由于转体梁重量较大，转体过程中有可能出现的非匀速转动或急起、急停所产生的惯性力也会导致梁体变形、甚至产生裂缝，此外转体施工受到铁路运输的限制，因此要在规定时间内完成转体，保持缓慢匀速转动（不大于0.01rad/min）是该桥转体施工的关键环节。2试验目的围绕该桥的结构和施工特点，本项目将在转动梁体的不平衡力矩、转体配重、摩阻系数、转体偏心控制等方面开展工作。对该桥的转体不平衡称重进行现场试验，以保证转体施工阶段的结构安全,提高施工质量。为类似转体桥梁的设计和施工积累经验和数据，为桥梁运营期间的技术管理和技术评估提供依据。达到进一步完善桥梁水平转体施工方法、提升企业施工技术能力的目的。3试验内容本试验在施工支架完全拆除后和转体前进行，测试内容主要包括：（1）转动体部分的纵桥向不平衡力矩；（2）转动体部分的纵向偏心距；（3）转体球铰的摩阻力矩及摩擦系数；（4）完成转体梁的配重。4试验方案4.1不平衡力矩测试方法及分析采用球铰转动测试不平衡力矩，这种方法采用测试刚体位移突变的方法进行测试，受力明确，而且只考虑刚体作用，而不涉及挠度等影响因素较多的参数，结果比较准确。当脱架完成后，整个梁体的平衡表现为两种形式之一：1、转动体球铰摩阻力矩(ZM)大于转动体不平衡力矩(GM)。此时，梁体不发生绕球铰的刚体转动，体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持。2、转动体球铰摩阻力矩(ZM)小于转动体不平衡力矩(GM)。此时，梁体发生绕球转体施工不平衡称重试验方案-4-铰的刚体转动，直到撑脚参与工作，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。图4-1南侧承台实施顶力图4-2北侧承台实施顶力4.2转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩设转动体重心偏向北侧，在南侧承台实施顶力P1（见图4-1）。当顶力P1逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：ZGMMLP11（4-1）在北侧承台实施顶力P2（见图4-2）。当顶力P2逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：转体施工不平衡称重试验方案-5-ZGMMLP22（4-2）解方程（4-1）和（4-2），得到，不平衡力矩：21122LPLPMG摩阻力矩：21122LPLPMZ4.3转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩设转动体重心偏向北侧，此种情况下，只能在北侧承台实施顶力P2（见图4-2）。当顶力P2（由撑脚离地的瞬间算起）逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：ZGMMLP22（4-3）当顶升到位（球铰发生微小转动）后，使千斤顶回落，设'2P为千斤顶逐渐回落过程中球铰发生微小转动时的力，则ZGMMLP2'2（4-4）解方程（4-3）和（4-4），得到，不平衡力矩：22'222LPLPMG摩阻力矩：22'222LPLPMZ4.4摩阻系数及偏心距转动体球铰静摩擦系数的分析计算称重试验时，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过球铰中心竖转法线的力矩之和(见图4-3)。转体施工不平衡称重试验方案-6-由图可以得到：dFRRdM22)cos()cossin(zdFPdAdRdRdAsincosPP竖22sinNPR竖所以：2222cossinsincoscossinzzRNMddNRz23sin3)cos1(2本桥球铰球面半径R=5m，球铰平面半径r=1.25m，()时，代入公式进行积分可以得到：0.984zzMRN此时，0.984zzMRN球铰静摩阻系数：0.984zzMRNRZ轴球铰中心O任意截面平面圆的圆心O’OO’图4-3转动体球铰绕Z轴转动摩擦系数计算示意图θβα转体施工不平衡称重试验方案-7-转动体偏心距：NMeG式中，R为球铰中心转盘球面半径；N为转体重量。4.5施力设备及测点布置根据设计，N=29570kN，R=5m，μ=0.1；得到设计静摩阻力矩为：0.984×0.1×29570×5=14548kNm在距转体中心线3.4m处设置2台4000kN的千斤顶，每台千斤顶需要的顶力：14548/（2×3.4）=2139.41kN。分别对转体梁进行顶推,在上转盘底布置位移传感器，用以测试球铰的微小转动。该施力方案要求千斤顶出力大，由于上、下承台的刚度很大，变性很小，容易使球铰发生微小转动，且操作相对简单，安全性高。目前大部分不平衡称重实验采用该施力方式。千斤顶布置见图4-4。图4-4千斤顶布置立面图说明：图4-4中，1）实心钢板(500mm×500mm×20mm)2）锚具3）400t千斤顶；4）钢板4.6试验步骤①在选定断面处安装位移计和千斤顶；②调整千斤顶，使所有顶升千斤处于设定的初始顶压状态；③千斤顶逐级加力，纪录位移百分表的微小位移，直到位移出现突变；转体施工不平衡称重试验方案-8-④绘制出P-Δ曲线；确定不平衡力矩、摩阻系数、偏心距；确定配重重量、位置及新偏心距。出具转体梁称重试验报告。4.7测试仪器和设备（1）位移百分表位移百分表：用于测试撑脚处的位移，数量1个。主要技术指标：量程±30mm，精度1/100，线性度大于0.2%图4-5位移百分表放置参考图（2）数据分析软件系统。本次试验采用美国DADiSP数据分析软件包。该软件包可实现本次测试中相关数据的处理及分析，并能做到实时处理，可满足及时提供主要测试结果的要求。（3）千斤顶：400吨千斤顶2台；转体施工不平衡称重试验方案-9-图4-6千斤顶放置参考图（4）钢板6块：边长50cm×50cm、厚2cm；（5）锚具，千斤顶到上转盘的距离用锚具来填充；（6）配电箱，插座和线路引到承台下。（7）配重材料其中1~2项由称重单位提供，3~7项由施工单位配合提供。4.8注意事项（1）千斤顶施力位置要平整（2）撑脚下的石英砂和杂物一定要清理干净4.9人员安排数据采集系统由称重单位负责，共2人；称重配合人员主要包括油表加压操作人员、把千斤顶从一侧倒到另一侧所需人员，共4人。5进度安排（1）转体梁竖向不平衡力矩测试、摩阻系数测试：2天（包括准备工作）。（2）不平衡称重试验报告：上述测试完成后1天内。