跨武廣特大橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)論文
摘 要:結(jié)合工程實例,從橋梁轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的布置、轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)動摩擦力矩及牽引力計算、鎖定與封嵌等方面闡述了跨武廣特大橋轉(zhuǎn)體施工技術(shù)方案,通過這次轉(zhuǎn)體技術(shù)的成功運(yùn)用為同類工程的施工起到了一定的指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)體施工技術(shù),工藝流程,轉(zhuǎn)體系統(tǒng)
中圖分類號:U448. 17文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
1 工程概況跨武廣特大橋橋址位于湖北省咸寧市橫溝橋鎮(zhèn),橋位沿G107國道走行,全長1 483. 534 m,全橋43墩2臺,橋梁跨越武廣高速鐵路位于武廣客專鐵路咸寧段,鐵路里程為K1300+348。在該處跨武廣特大橋采用48 m+80 m+48 m現(xiàn)澆連續(xù)梁斜跨武廣客專,斜交角度155°(21孔~24孔);在施工時,三跨連續(xù)梁在平行武廣客專線路方向的武廣客專兩側(cè)防護(hù)柵欄之外采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工;懸澆至最后一段跨中合龍段后,通過水平旋轉(zhuǎn)22號、23號主墩承臺帶動墩身及梁體轉(zhuǎn)動使主梁就位,調(diào)整梁體線形、封固球鉸轉(zhuǎn)動體系的上、下盤,最后澆筑合龍段,使全橋貫通。轉(zhuǎn)體段梁長2-(39 m+39 m);轉(zhuǎn)體總重量2-4 500 t,為中心承重轉(zhuǎn)體�？缥鋸V特大橋橋下有武廣上下行客車線共計2股道,既有線的線間距5 m。武廣線全程行車速度350 km/h,行車密度30 min/趟,每天有40對列車行駛。
2 主要施工技術(shù)方案
2.1 轉(zhuǎn)體施工方案綜述及流程采用中心支承轉(zhuǎn)動、輔以保險平衡腳穩(wěn)定的方案,并以中心支承為轉(zhuǎn)體體系。在上下層承臺間設(shè)置轉(zhuǎn)動體系,轉(zhuǎn)盤采用專用球鉸。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)由下轉(zhuǎn)盤、球鉸、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)體牽引系統(tǒng)組成。下轉(zhuǎn)盤(下承臺)為支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ),轉(zhuǎn)體完成后,與上轉(zhuǎn)盤共同形成基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道及轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等。下承臺頂面,布置不銹鋼環(huán)道、助推反力孔、牽引反力支座等;上承臺底面布置鋼管混凝土撐腳、托盤,撐腳底部距離下轉(zhuǎn)盤滑道頂面30 mm,保證脫架后環(huán)道撐腳懸空,形成中心承重轉(zhuǎn)動體系。路線兩側(cè)各采用2臺ZLD100型100 t連續(xù)千斤頂作為牽引千斤頂形成牽引力偶, 2臺普通QJ100型100 t千斤頂作為啟動助推千斤頂。牽引反力支架布置于下承臺,牽引索布置于上承臺底部。箱梁澆筑完成后,拆除砂箱形成轉(zhuǎn)動體系,啟動牽引系統(tǒng),上承臺、墩身及箱梁形成的整體繞下承臺頂面中心位置設(shè)置的鋼軸旋轉(zhuǎn)25°左右,到達(dá)設(shè)計位置、精確測量并臨時限位后,及時連接豎向鋼筋并采用C50微膨脹混凝土填充兩層承臺間的縫隙進(jìn)行封盤。轉(zhuǎn)體施工工藝流程圖見圖1。
2.2 橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)方案
2.2.1 轉(zhuǎn)體系統(tǒng)下轉(zhuǎn)盤(下承臺)為支承轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)全部重量的基礎(chǔ),轉(zhuǎn)體完成后,與上轉(zhuǎn)盤共同形成基礎(chǔ)。下轉(zhuǎn)盤上設(shè)置轉(zhuǎn)體系統(tǒng)的下球鉸、撐腳的環(huán)形滑道及轉(zhuǎn)體拽拉千斤頂反力座等。下轉(zhuǎn)盤分三次澆筑施工:第一次在綁扎底層鋼筋網(wǎng)片及側(cè)面面層鋼筋,并綁扎承臺內(nèi)豎向鋼筋后,立模澆筑混凝土;第二次在下球鉸和滑道安裝固定后,綁扎其余鋼筋,澆筑第二層混凝土;第三次澆筑球鉸下凸出部分的混凝土。上轉(zhuǎn)盤(上承臺)分兩次澆筑施工。第一次在上球鉸安裝和鋼撐腳完成后,綁扎上球鉸鋼筋網(wǎng)片及轉(zhuǎn)臺鋼筋,澆筑混凝土;第二次澆筑上轉(zhuǎn)盤剩余部分混凝土。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)組成見圖2。
2.2.2 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)動摩擦力矩及牽引力計算
1)力矩計算。
根據(jù)JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第16. 4. 3條,T=2FfR /3D,M1=T1D1=2f1GR1/3=2(D /2)Gf1/3=2 700 kN·m。
2)牽引力計算。
考慮動摩擦力矩全部由兩束牽引鋼絞線索承受,則鋼絞線索牽引力T1為:T1=M1/D1=337.5 kN。其中,M1為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)球鉸處動摩擦力產(chǎn)生的力矩, kN·m;T1為牽引力, kN;f1為動摩擦系數(shù),按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第16. 4條,考慮四氟板圓柱形實體滑塊涂抹黃油四氟粉后與鋼板之間的摩擦力較小,取f1=0. 06;G為轉(zhuǎn)體總重力,取45 000 kN;D為球鉸外徑,D=3. 0m;R1為球鉸水平投影半徑,R1=D /2=1. 5 m;D1為牽引力偶臂(轉(zhuǎn)盤半徑),D1=8. 0 m。
3)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)靜摩擦力矩及助推力計算。
靜摩擦力產(chǎn)生的力矩Mj:Mj=2f2GR1/3=4 500 kN·m。助推力計算:考慮動摩擦力矩與靜摩擦力矩間的差值全部由轉(zhuǎn)盤撐腳處的2臺助推千斤頂承受,則有:T2=(Mj-M1) /(2R2)=276.9 kN。其中,T2為助推力, kN;Mj為靜摩擦力產(chǎn)生的力矩, kN·m；R2為撐腳中心線至鉸中心的距離,R2=3. 25 m;f2為靜摩擦系數(shù),按JTJ 041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范第16. 4條,取f1=0. 1。
4)牽引千斤頂選擇。
選用15. 2-7鋼絞線作為牽引索,其標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度:fytp=1 860MPa,n=7;單根截面面積:A=140 mm2;鋼絞線錨下控制應(yīng)力fk=0. 75fytp=1 395MPa。則單束鋼絞線容許應(yīng)力[T]:[T]=nAfk=1 367. 1 kN>337. 5 kN。安全系數(shù):K1=[T] /T1=3. 62>2,滿足要求。
根據(jù)計算結(jié)果確定千斤頂及助推千斤頂,采用2臺1 000 kN連續(xù)千斤頂分別對稱布置,則動力系數(shù):η1=T1/F1=0. 377<0. 85,滿足要求。同理,助推千斤頂選用2臺1 000 kN螺旋千斤頂,則動力系數(shù):H2=T2/F1=0. 277<0. 85,滿足要求。
5)慣性制動距離計算。
轉(zhuǎn)動單元達(dá)到設(shè)計位置之前,連續(xù)千斤頂停止?fàn)恳?轉(zhuǎn)動單元在慣性力作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動,此時動摩擦力將阻止整個轉(zhuǎn)動單元繼續(xù)轉(zhuǎn)動并迫使其停止轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動單元的轉(zhuǎn)動速度由位于牽引力支座上的連續(xù)千斤頂對鋼絞線的.牽引速度確定,因此,為了便于控制轉(zhuǎn)動速度,對連續(xù)千斤頂油缸行程進(jìn)行控制,當(dāng)將連續(xù)千斤頂油缸行程調(diào)整到0. 12 m /min時,轉(zhuǎn)動單元的角速度:ω=V1/r1=0. 12/4. 0=0. 03 rad/min=5×10-4rad/s�？鐝綖�80 m的連續(xù)箱梁的單個T構(gòu)旋梁端頭轉(zhuǎn)動線速度:V2=ωr2=1. 17 m /min。
其中,ω為轉(zhuǎn)動體的角速度, rad/s;V1為轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動線速度,V1=0. 12 m /min;r1為轉(zhuǎn)盤的半徑,r1=4. 0 m;V2為梁端的轉(zhuǎn)動線速度;r2為梁體的旋轉(zhuǎn)半徑,r2=39 m。為保證轉(zhuǎn)動單元的安全,連續(xù)千斤頂以0. 12 m /min的速度牽引鋼絞線,帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動,那么,梁端以1. 17 m /min速度轉(zhuǎn)動時,其動能:W1=MV22/2=2. 025。在摩擦力矩作用下,設(shè)止動所需要的轉(zhuǎn)角為α,提供的摩擦力矩為W1=αM1,則α=W1/M1=2. 025/2 700=0. 000 75 rad,此時梁端中心線與梁體就位中線的差距:L=αr2=0. 029 3 m。
其中,W1為梁體的轉(zhuǎn)動動能;M1為轉(zhuǎn)動體的質(zhì)量;α為止動角度。在止動階段,當(dāng)梁頂端部的結(jié)構(gòu)橫斷面中心線與設(shè)計橋位縱斷面軸線相差0. 029 3 m時應(yīng)停止?fàn)恳?利用慣性就位。然后利用千斤頂逐步將轉(zhuǎn)動單元頂推到設(shè)計線位置。
6)平衡措施。
為防止轉(zhuǎn)動單元失衡,在滑道外側(cè)、T構(gòu)縱橫軸線方向設(shè)置4臺4 000 kN的備用千斤頂,以便及時調(diào)整轉(zhuǎn)體的運(yùn)行狀態(tài)。
2.2.3 轉(zhuǎn)體
1)主要設(shè)備布置。主要設(shè)備布置見圖3。
2)脫架并形成轉(zhuǎn)動體系。脫架步驟:清除上下承臺間雜物→拆除撐腳下鋼楔塊→擰開砂箱卸砂孔螺栓→使砂箱內(nèi)砂自然流出或用高壓水槍沖擊→移走砂箱→轉(zhuǎn)動體系形成。為了判斷轉(zhuǎn)動體系脫架前后實際的重心偏離情況,在澆筑上承臺時在其四周設(shè)置永久觀測標(biāo)志,并在施工全過程觀測記錄(精度0. 5 mm)它們的變化。
3)試轉(zhuǎn)體。
試轉(zhuǎn)體的目的:
a.檢驗轉(zhuǎn)體方案的實用性、可靠性;
b.檢驗整個指揮系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性;
c.檢驗操作人員是否明確自己的崗位職責(zé)和協(xié)同反應(yīng)能力;
d.通過演練取得經(jīng)驗并找到差距,以便進(jìn)一步改進(jìn)預(yù)定的轉(zhuǎn)體方案;
e.為了測試連續(xù)千斤頂加載后的工作性能,并確定合理轉(zhuǎn)速的油泵控制參數(shù)和停止?fàn)恳筠D(zhuǎn)動體在慣性作用下可能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動距離。
4)正式轉(zhuǎn)體。
當(dāng)轉(zhuǎn)動體系快到預(yù)定位置時,迅速將2臺1 000 kN螺旋千斤頂、型鋼、鋼板對稱地安放到助推反力孔上作為限位裝置,防止轉(zhuǎn)體到位后繼續(xù)前行。通過觀察上承臺軸線上懸掛的錘球與下承臺軸線的差值以及測量人員測量的數(shù)據(jù),調(diào)整助推千斤頂?shù)捻斖扑俣?采用經(jīng)緯儀校正箱梁端頭中線指揮轉(zhuǎn)動單元就位,中線偏差不大于2 cm。轉(zhuǎn)動單元就位后,利用備用的型鋼、螺旋千斤頂、鋼楔子將轉(zhuǎn)盤固定,防止風(fēng)或其他因素引起轉(zhuǎn)動體發(fā)生位移。
2.2.4 轉(zhuǎn)動單元的精調(diào)
在下承臺頂面與縱橫橋向較低位置分別安放2臺4 000 kN千斤頂,對橋體的縱橫向高程進(jìn)行調(diào)整。整個精調(diào)過程中,利用電子水準(zhǔn)儀對縱橫橋向高程進(jìn)行準(zhǔn)確測量;利用全站儀對橋梁軸線進(jìn)行跟蹤監(jiān)測。在梁頂高程、縱軸線符合設(shè)計要求后,在鋼撐腳下?lián)a入4個小鋼楔子,完成T構(gòu)精調(diào)。精調(diào)過程中應(yīng)控制頂升力不超過設(shè)計限值,并在千斤頂頂面和上承臺底面間設(shè)置2Ⅰ28型鋼δ=50 mm的鋼板以擴(kuò)散局部應(yīng)力。
2.2.5 鎖定與封鉸
精調(diào)結(jié)束后,立即在鋼撐腳與內(nèi)外助推反力支座之間安放型鋼反力架,對轉(zhuǎn)動單元進(jìn)行鎖定。然后清洗滑道上的潤滑劑、清理底盤上表面臟物,焊接上下承臺間的預(yù)埋鋼筋、鋼件、綁扎鋼筋,立模澆筑C50微膨脹混凝土封鉸,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),使承臺形成整體。
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