橋梁轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)體稱重試驗方法

橋梁轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)體稱重試驗方法

0回轉(zhuǎn)體施工的特點橋梁維修方法是橋梁施工的一種新技術。它是利用橋梁結構本身作為主要受力構件,采用摩擦系數(shù)很小的轉(zhuǎn)鉸和滑道組成轉(zhuǎn)盤結構,以簡單的設備,將橋梁整體旋轉(zhuǎn)安裝到位的施工方法。因其具有節(jié)約施工用材,減少施工設備,施工快速安全,且不影響通航,不中斷通車的特點,轉(zhuǎn)體施工從其誕生的那一天起,就成為橋梁工程師有興趣探索的課題。理想的轉(zhuǎn)動體系統(tǒng)必須具備易于轉(zhuǎn)動和安全穩(wěn)定這兩個基本條件。轉(zhuǎn)體施工的關鍵構件就是承載整個轉(zhuǎn)動體重量的轉(zhuǎn)動球鉸,而轉(zhuǎn)動球鉸摩擦系數(shù)的大小直接影響著轉(zhuǎn)體時所需牽引力矩的大小。在施工支架完全拆除后及在轉(zhuǎn)體過程中,轉(zhuǎn)動體的自平衡或配重平衡又對施工過程的安全性起著至關重要的作用。為了保證橋梁轉(zhuǎn)動體形成整體后拆架過程中的安全和轉(zhuǎn)體過程的順利進行,及時為大橋轉(zhuǎn)體階段的指揮和決策提供依據(jù),有必要在轉(zhuǎn)體前進行轉(zhuǎn)動體稱重試驗,測試轉(zhuǎn)動體部分的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及靜摩擦系數(shù),然后和理論計算值相比較,為進一步確定在轉(zhuǎn)體過程中是否需要配重,保證轉(zhuǎn)體結構的安全及轉(zhuǎn)體的順利進行和精確到位。1結構形式及結構石家莊市環(huán)城公路跨石太鐵路分離式立交橋跨越石太鐵路西貨場編組站咽喉區(qū),此處是石太鐵路晉煤外運的重要通道,客車、貨車行車密度大,如果長時間封鎖鐵道線或者頻繁干擾鐵路運輸,將會造成巨大的經(jīng)濟損失,同時也將對鐵路行車運輸安全構成影響。為了盡最大可能減少對既有線行車的干擾并節(jié)約投資,將該橋主橋設計為采用轉(zhuǎn)體法施工的單塔單索面預應力混凝土斜拉橋,全長260m。主塔順橋向采用倒“Y”字形結構,全橋共設8對斜拉索,(45+85+85+45)m的跨徑組合跨越石太鐵路既有的6股道及規(guī)劃預留的2股道。轉(zhuǎn)體重量N=16200t,轉(zhuǎn)體角度75.74°(這兩項指標均居世界同類橋梁之最),球鉸中心轉(zhuǎn)盤球面半徑為8m,平面直徑為3.9m,上轉(zhuǎn)盤球缺高1.23m,下轉(zhuǎn)盤球缺高0.228m,定位中心轉(zhuǎn)軸的直徑為270mm。2回轉(zhuǎn)體部分稱重試驗轉(zhuǎn)體部分施工完成后,為確定是否配重,確保轉(zhuǎn)體過程的順利進行,擬進行斜拉橋轉(zhuǎn)動體部分稱重試驗,對不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及靜摩擦系數(shù)進行測試。2.1壓力傳感器的使用根據(jù)設計資料,在斜拉橋轉(zhuǎn)動體主跨東、西側(cè)梁端曲線內(nèi)、外側(cè)中腹板處各設置2個稱重墩。墩頂處布置2臺250t手動式千斤頂,用以在稱重實驗時對轉(zhuǎn)動體進行頂放,在每臺千斤頂上設置壓力傳感器,稱重實驗過程中測試稱重支點支反力值,壓力傳感器的量程應與其對應千斤頂?shù)淖畲箜斏ο嗥ヅ洹Ｔ谇蜚q上轉(zhuǎn)盤四周縱、橫橋向布置4個百分表,用以判斷轉(zhuǎn)動體在稱重實驗過程中是否發(fā)生轉(zhuǎn)動,測點布置如圖1所示。2.2轉(zhuǎn)動體平衡體系的研究隨著轉(zhuǎn)動體部分施工支架的拆除和稱重墩頂千斤頂?shù)男遁d,轉(zhuǎn)動體的不平衡力矩和球鉸的摩阻力矩將逐漸發(fā)揮作用,參與轉(zhuǎn)動體的平衡體系。施工支架拆除后,轉(zhuǎn)動體的平衡體系將出現(xiàn)下列兩種情況中的一種:1)轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩的情況;2)轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩的情況。2.3采用順橋重量實驗方法計算了橋梁的最大位移2.3.1回轉(zhuǎn)體運動穩(wěn)定性球鉸摩阻力矩按下式進行計算:MZ=0.98μ0NR式中MZ——轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩(kN·m);μ0——球鉸摩擦系數(shù);N——轉(zhuǎn)體結構自重;R——球鉸球面半徑。2.3.2最大偏心的測量,是最大偏心的測量,是最大偏心的測量稱重墩所能提供的最大轉(zhuǎn)動彎矩為:M轉(zhuǎn)=P東外L東外+P東內(nèi)L東內(nèi)=P西外L西外+P西內(nèi)L西內(nèi)MG=M轉(zhuǎn)-MZ可以測量的最大偏心為:emax=MG/N2.3.3旋轉(zhuǎn)不平衡法和位移法1轉(zhuǎn)動體不平衡驗算及測力假設轉(zhuǎn)動體重心偏向東側(cè),東側(cè)落頂時有:M東+MZ=MG其中,M東=P東外L東外+P東內(nèi)L東內(nèi)東側(cè)升頂時有:M′東=MG+MZ其中,M′東=P東外L東外+P東內(nèi)L東內(nèi)則ΜG=Μ′東+Μ東2ΜΖ=Μ′東-Μ東2則MG=M′東+M東2MZ=M′東?M東2式中MG——轉(zhuǎn)動體不平衡力矩(kN·m);M東——拆除支架時東側(cè)稱重墩提供的力矩(kN·m);M′東——進行頂升時東側(cè)稱重墩提供的力矩(kN·m);P東外,P東內(nèi)——梁體東側(cè)落頂、升頂時曲線內(nèi)外側(cè)支點支反力讀數(shù)(kN);L東外,L東內(nèi),L西外,L西內(nèi)——梁體東、西側(cè)曲線內(nèi)外側(cè)支點距轉(zhuǎn)動軸線中心距離(m)。根據(jù)稱重實驗得到的轉(zhuǎn)動體不平衡力矩MG按以下公式計算轉(zhuǎn)動體的偏心:e實際=MG/N2轉(zhuǎn)動體頂梁過程分析當轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩時,意味著支架拆除后,轉(zhuǎn)動體部分在自身的不平衡力矩作用下不能發(fā)生轉(zhuǎn)動。此時進行不平衡稱重實驗,分別從轉(zhuǎn)動體東、西側(cè)支點頂梁,使轉(zhuǎn)動體在沿梁軸線的豎平面內(nèi)發(fā)生逆時針、順時針方向微小轉(zhuǎn)動,記錄轉(zhuǎn)動過程中荷重傳感器示值和百分表讀數(shù),如圖3所示。假設轉(zhuǎn)動體重心偏向東側(cè),從東側(cè)頂梁時有:M東=MG+MZ從西側(cè)頂梁時有:M西+MG=MZ則ΜG=Μ東-Μ西2ΜΖ=Μ東+Μ西2則MG=M東?M西2MZ=M東+M西2式中M東,M西——東西側(cè)進行頂升時稱重墩提供的力矩(kN·m)。轉(zhuǎn)動體偏心:e實際=MG/N2.4橫橋側(cè)重量實驗方法及其最大位移測量2.4.1稱重頂升及支反力值測試根據(jù)設計資料,在斜拉橋轉(zhuǎn)動體曲線內(nèi)外側(cè)下滑道處各布置4臺250t手動式千斤頂,用以在稱重實驗時對轉(zhuǎn)動體進行頂升,在每臺千斤頂上設置壓力傳感器,稱重實驗過程中測試稱重支點支反力值,壓力傳感器的量程應與其對應千斤頂?shù)淖畲箜斏ο嗥ヅ?。在球鉸上轉(zhuǎn)盤四周縱、橫橋向布置4個百分表,用以判斷轉(zhuǎn)動體在稱重實驗過程中是否發(fā)生轉(zhuǎn)動,測點布置如圖4所示。2.4.2通過重量試驗測量最大位移的計算千斤頂所能提供的最大轉(zhuǎn)動彎矩為:最大偏心:emax=MG/N2.4.3旋轉(zhuǎn)不平衡法和位移法以下為橫向偏心稱重實驗轉(zhuǎn)動體不平衡力矩的計算方法,計算圖如圖5所示。1千斤頂提供的作用力假設轉(zhuǎn)動體重心偏向曲線外側(cè),外側(cè)落頂時有:M外+MZ=MG其中,M外=P外東1L外東1+P外東2L外東2+P外西1L外西1+P外西2L外西2外側(cè)升頂時有:M′外=MG+MZ其中,M′外=P外東1L外東1+P外東2L外東2+P外西1L外西1+P外西2L外西2則ΜG=Μ′外+Μ外2ΜΖ=Μ′外-Μ外2式中M外——拆除支架時外側(cè)千斤頂提供的力矩(kN·m);M′外——進行頂升時外側(cè)千斤頂提供的力矩(kN·m);P外東1,P外東2,P外西1,P外西2——梁體外側(cè)落頂、升頂時曲線外側(cè)支點支反力讀數(shù)(kN);L外東1,L外東2,L外西1,L外西2——梁體外側(cè)支點距轉(zhuǎn)動軸線中心距離(m)。轉(zhuǎn)動體偏心:e實際=MG/N2動體轉(zhuǎn)動測量當轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體不平衡力矩時,意味著支架拆除后,轉(zhuǎn)動體部分在自身的不平衡力矩作用下不能發(fā)生轉(zhuǎn)動。此時進行不平衡稱重實驗,分別從曲線內(nèi)外側(cè)支點頂梁,使轉(zhuǎn)動體在沿梁軸線的豎平面內(nèi)發(fā)生逆時針、順時針方向微小轉(zhuǎn)動,如圖6所示,記錄轉(zhuǎn)動過程中荷重傳感器示值和百分表讀數(shù)。假設轉(zhuǎn)動體重心偏向外側(cè),從外側(cè)頂梁時有:M外=MG+MZ其中,M外=P外東1L外東1+P外東2L外東2+P外西1L外西1+P外西2L外西2從內(nèi)側(cè)頂梁時有:M內(nèi)=MG+MZ其中,M內(nèi)=P內(nèi)東1L內(nèi)東1+P內(nèi)東2L內(nèi)東2+P內(nèi)西1L內(nèi)西1+P內(nèi)西2L內(nèi)西2則ΜG=Μ外-Μ內(nèi)2ΜΖ=Μ外+Μ內(nèi)2式中M內(nèi),M外——曲線內(nèi)外側(cè)進行頂升時千斤頂提供的力矩(kN·m)。轉(zhuǎn)動體偏心:e實際=MG/N2.5微面積上的作用力稱重實驗時,轉(zhuǎn)動體球鉸在沿梁軸線的豎平面內(nèi)發(fā)生逆時針、順時針方向微小轉(zhuǎn)動,即微小角度的豎轉(zhuǎn)。摩阻力矩為摩擦面每個微面積上的摩擦力對球鉸中心豎轉(zhuǎn)法線的力矩之和,如圖7所示。dMZ=RcosθdFdf=μ0σdAdA=2πrdsr=Rsinθds=Rdθσ=σ豎cosθσ豎=ΝπR2sin2α則dMZ=2πR3μ0σ豎sinθcos2θdθΜΖ=∫α0dΜΖ=2(1-cos3α)3sin2αμ0ΝR將球鉸參數(shù)代入得:μ0=ΜΖ0.98ΝR(單位:m)3重復使用并注意事項3.1轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力計算方法1)拆除0#塊、稱重墩處的施工支架。2)安裝百分表、稱重墩及其上布置的手動千斤頂和荷重傳感器。3)拆除剩余的稱重支架,卸載稱重墩上千斤頂,主橋處于懸臂狀態(tài)。4)觀察順橋向百分表讀數(shù)如果順橋向百分表讀數(shù)未發(fā)生變化,說明轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體順橋向不平衡力矩,分別從主橋東、西側(cè)稱重墩進行頂梁,根據(jù)荷重傳感器的讀數(shù)計算并進行比較,以確定偏心方向,按圖3所示方法進行計算。如果順橋向百分表讀數(shù)發(fā)生變化,說明轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于順橋向轉(zhuǎn)動體不平衡力矩,按圖2所示方法進行計算。5)觀察橫橋向百分表讀數(shù)如果橫橋向百分表讀數(shù)未發(fā)生變化,說明轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩大于轉(zhuǎn)動體橫橋向不平衡力矩,分別從主橋曲線內(nèi)、外側(cè)進行頂梁,根據(jù)荷重傳感器的讀數(shù)計算并進行比較,以確定偏心方向,按圖6所示方法進行計算。如果橫橋向百分表讀數(shù)發(fā)生變化,說明轉(zhuǎn)動體球鉸摩阻力矩小于順橋向轉(zhuǎn)動體不平衡力矩,按圖5所示方法進行計算。6)計算得到順橋向和橫橋向偏心距。7)根據(jù)以上結果,進行縱橋向和橫橋向配重。3.2壓力傳感器靈敏度1)在安裝千斤頂和壓力傳感器時,應確保千斤頂與壓力傳感器、壓力傳感器與橋體接觸面的平整度,確保壓力傳感器讀數(shù)的準確性。2)在進行稱重實驗時,同組千斤頂?shù)捻斏ＷC勻速、同步加載。3)球鉸位移頂力曲線應為折線形式,如圖8所示,在進行梁體頂升時,當梁體發(fā)生轉(zhuǎn)動后,繼續(xù)加載,根據(jù)球鉸處百分表讀數(shù)得到實測的位移頂力曲線,選用曲線拐點處的頂升力進行偏心力矩和偏心距的計算。4重復使用轉(zhuǎn)體結構