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橋梁轉(zhuǎn)體施工方法及應(yīng)用

作者:孫曉林  
評論: 更新日期:2011年02月14日

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1.0? 概述
  ? 橋梁轉(zhuǎn)體施工是指將橋梁結(jié)構(gòu)在非設(shè)計軸線位置制作(澆注或拼接)成形后,通過轉(zhuǎn)體就位的一種施工方法。它可以將在障礙上空的作業(yè)轉(zhuǎn)化為岸上或近地面的作業(yè)。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動方向,它可分為豎向轉(zhuǎn)體施工法、水平轉(zhuǎn)體施工法(簡稱豎轉(zhuǎn)法和平轉(zhuǎn)法)以及平轉(zhuǎn)與豎轉(zhuǎn)相結(jié)合的方法,其中以平轉(zhuǎn)法應(yīng)用最多。
  橋梁轉(zhuǎn)體法施工與傳統(tǒng)施工方法相比,具有如下優(yōu)點:
(1)施工所需的機具設(shè)備少、工藝簡單、操作安全。
(2)具有結(jié)構(gòu)合理,受力明確,力學(xué)性能好。
(3)轉(zhuǎn)體法能較好地克服在高山峽谷、水深流急或經(jīng)常通航的河道上架設(shè)大跨度構(gòu)造物的困難,尤其是對修建處于交通運輸繁忙的城市立交橋和鐵路跨線橋,其優(yōu)勢更加明顯。
(4)施工速度快、造價低、節(jié)約投資。在相同條件下,拱橋采用轉(zhuǎn)體法與傳統(tǒng)的懸吊拼裝法、桁架伸臂法、搭架法相比,經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。如用轉(zhuǎn)體法修建的湖南資興市游垅橋,與用懸吊拼裝法和搭架法相比,造價降低了11.5~17.4%。

2.0? 轉(zhuǎn)體施工法的關(guān)鍵技術(shù)
  ? 轉(zhuǎn)體施工法的關(guān)鍵技術(shù)問題是轉(zhuǎn)動設(shè)備與轉(zhuǎn)動能力,施工過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和強度保證,結(jié)構(gòu)的合攏與體系的轉(zhuǎn)換。

2.1? 豎轉(zhuǎn)法
   豎轉(zhuǎn)法主要用于肋拱橋,拱肋通常在低位澆筑或拼裝,然后向上拉升達到設(shè)計位置,再合攏。

   豎轉(zhuǎn)體系一般由牽引系統(tǒng)、索塔、拉索組成。豎轉(zhuǎn)的拉索索力在脫架時最大,因為此時拉索的水平角最小,產(chǎn)生的豎向分力也最小,而且拱肋要實現(xiàn)從多跨支承到鉸支承和扣點處索支承的過渡,脫架時要完成結(jié)構(gòu)自身的變形與受力的轉(zhuǎn)化。為使豎轉(zhuǎn)脫架順利,有時需在提升索點安置助升千斤頂。

  豎轉(zhuǎn)施工方案設(shè)計時,要合理安排豎轉(zhuǎn)體系。索塔高、支架高(拼裝位置高),則水平交角也大,脫架提升力也相對小,但索塔、拼裝支架受力(特別是受壓穩(wěn)定問題)也大,材料用量也多;反之亦然。在豎轉(zhuǎn)過程中,主要要考慮索塔的受力和拱肋的受力,尤其是風(fēng)力的作用。

  在施工工藝上,豎轉(zhuǎn)鉸的構(gòu)造與安裝精度,索鞍與牽轉(zhuǎn)動力裝置,索塔和錨固系統(tǒng)是保證豎轉(zhuǎn)質(zhì)量、轉(zhuǎn)動順利和安全的關(guān)鍵所在。國內(nèi)的拱橋基本上為無鉸拱,豎轉(zhuǎn)鉸是施工臨時構(gòu)造,所以,豎轉(zhuǎn)鉸的結(jié)構(gòu)與精度應(yīng)綜合考慮滿足施工要求和降低造價。跨徑較小時,可采用插銷式,跨徑較大時可采用滾軸。拉索的牽引系統(tǒng)當跨徑較小時,可采用卷揚機牽引;跨徑較大,要求牽引力較大,牽引索也較多時,則應(yīng)采用千斤頂液壓同步系統(tǒng)。

2.2? 平轉(zhuǎn)法
   平轉(zhuǎn)法的轉(zhuǎn)動體系主要有轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)、轉(zhuǎn)動牽引系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)。

   轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)是平轉(zhuǎn)法施工的關(guān)鍵設(shè)備,由上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤構(gòu)成。上轉(zhuǎn)盤支承轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu),下轉(zhuǎn)盤與基礎(chǔ)相聯(lián)。通過上轉(zhuǎn)盤相對于下轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動,達到轉(zhuǎn)體目的。轉(zhuǎn)動支承系統(tǒng)必須兼顧轉(zhuǎn)體、承重及平衡等多種功能。按轉(zhuǎn)動支承時的平衡條件,轉(zhuǎn)動支承可分為磨心支承、撐腳支承和磨心與撐腳共同支承三種類型。

   磨心支承由中心撐壓面承受全部轉(zhuǎn)動重量,通常在磨心插有定位轉(zhuǎn)軸。為了保證安全,通常在支承轉(zhuǎn)盤周圍設(shè)有支重輪或支撐腳正常轉(zhuǎn)動時,支重輪或承重腳不與滑道面接觸,一旦有傾覆傾向則起支承作用。在已轉(zhuǎn)體施工的橋梁中,一般要求此間隙從2~20mm,間隙越小對滑道面的高差要求越高。磨心支承有鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在我國以采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主。上下轉(zhuǎn)盤弧形接觸面的混凝土均應(yīng)打磨光滑,再涂以二硫化銅或黃油四氟粉等潤滑劑,以減小摩擦系數(shù)(一般在0.03~0.06之間)。

  撐腳支撐形式下轉(zhuǎn)盤為一環(huán)道,上轉(zhuǎn)盤的撐腳有4個或4個以上,以保持平轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)動過程支撐范圍大,抗傾穩(wěn)定性能好,但阻力力矩也隨之增大,而且環(huán)道與撐腳的施工精度要求較高,撐腳形式有采用滾輪,也有采用柱腳的。滾輪平轉(zhuǎn)時為滾動摩擦,摩阻力小,但加工困難,而且常因加工精度不夠或變形使?jié)L輪不滾。采用柱腳平轉(zhuǎn)時為滑動摩擦,通常用不銹鋼板加四氟板再涂黃油等潤滑劑,其加工精度比滾輪容易保證,通過精心施工,已有較多成功的例子。當轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)懸臂較大,抗傾覆穩(wěn)定要求突出時,往往采用此種結(jié)構(gòu),廣州丫髻沙大橋平轉(zhuǎn)就采用了此體系。

  第三類支承為磨心與撐腳共同支承。大里營立交橋采用一個撐腳與磨心共同作用的轉(zhuǎn)動體系,在撐腳與磨心連線的垂直方向設(shè)有保護撐腳。如果撐腳多于一個,則支承點多于2個,上轉(zhuǎn)盤類似于超靜定結(jié)構(gòu),在施工工藝上保證各支撐點受力基本符合設(shè)計要求比較困難。廣州丫髻沙大橋原采用多撐腳與磨心共同受力體系,后考慮到這種困難,減小了磨心受壓的比例,使其蛻化為撐腳體系。

  水平轉(zhuǎn)體施工中,能否轉(zhuǎn)動是一個很關(guān)鍵的技術(shù)問題。一般情況下可把啟動摩擦系數(shù)設(shè)在0.06~0.08之問,有時為保證有足夠的啟動力,按0.1配置啟動力。因此減小摩阻力,提高轉(zhuǎn)動力矩是保證平轉(zhuǎn)順利實施的兩個關(guān)鍵。轉(zhuǎn)動力通常安排在上轉(zhuǎn)盤的外側(cè),以獲得較大的力臂。轉(zhuǎn)動力可以是推力,也可以是拉力。推力由千斤頂施加,但千斤頂行程短,轉(zhuǎn)動過程中千斤頂安裝的工作量又很大,為保證平轉(zhuǎn)過程的連續(xù)性,所以單獨采用千斤頂頂推平轉(zhuǎn)的較少。轉(zhuǎn)動力通常為拉力,轉(zhuǎn)動重量小時,采用卷揚機,轉(zhuǎn)體重量大時采用牽引千斤頂,有時還輔以助推千斤頂,用于克服啟動時靜摩阻力與動摩阻力之間的增量。

  平轉(zhuǎn)過程中的平衡問題也是一個關(guān)鍵問題。對于斜拉橋、T構(gòu)橋以及帶懸臂的中承式拱橋等上部恒載在墩軸線方向基本對稱的結(jié)構(gòu),一般以橋墩軸心為轉(zhuǎn)動中心,為使重心降低,通常將轉(zhuǎn)盤設(shè)于墩底。對于單跨拱橋、斜腿剛構(gòu)等,平轉(zhuǎn)施工分為有平衡重與無平衡重轉(zhuǎn)體兩種。有平衡重時,上部結(jié)構(gòu)與橋臺一起作為轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu),上部結(jié)構(gòu)懸臂長,重量輕,橋臺則相反,在設(shè)置轉(zhuǎn)軸中心時,盡可能遠離上部結(jié)構(gòu)方向,以求得平衡,如果還不平衡,則需在臺后加平衡重;無平衡重轉(zhuǎn)體,只轉(zhuǎn)動上部結(jié)構(gòu)部分,利用背索平衡,使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)體過程中被轉(zhuǎn)體部分始終為索和轉(zhuǎn)鉸處兩點支承的簡支結(jié)構(gòu)。

2.3? 轉(zhuǎn)體施工受力
  轉(zhuǎn)體施工的受力分析目的是保證結(jié)構(gòu)的平衡,以防傾覆;保證受力在容許值內(nèi),以防結(jié)構(gòu)破壞;保證錨固體系的可靠性。轉(zhuǎn)體過程歷時較短,少則幾十分鐘,最多不超過一天,所以主要考慮施工荷載。在大風(fēng)地區(qū)按常見的風(fēng)力考慮,通常不考慮地震荷載和臺風(fēng)影響,這主要從工期選擇來保證。此外,轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的變形控制、合攏構(gòu)造與體系轉(zhuǎn)換也是轉(zhuǎn)體施工應(yīng)考慮的重要問題。

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