南广高速铁路独屋特大桥箱梁转体不平衡称重测试研究

0前言

转体施工时承载转体梁全部重量的转动球铰是转体系统的关键构件，转动球铰摩擦系数的大小直接影响转体时所需牵引力矩的大小及牵引方案的制定。转体梁在其纵轴线的竖平面内，由于球铰的安装制作质量、梁体砼在纵向的分布差异及预应力张拉程度的不同，都会使球铰轴线两端梁体的质量分布不对称，从而使梁体重心与球铰轴线不重合，产生偏心及不平衡力矩。

当转体梁施工支架完全拆除后，及在转体施工过程中，全部转体梁的重量由球铰系统承载，两端梁体相对于球铰的平衡状况对施工的安全起到非常关键的作用，转体梁两端的绝对平衡或过小的偏心矩会梁在转体时产较大幅度抖动，偏心矩过大使梁的抗倾覆安全性降低，且需要更大牵引力。可见偏心距的过大、过小均影响到桥梁转体的平稳、安全进行。为了保证桥梁转体的顺利进行，有必要在转体前通过称重试验测试转体梁的不平衡力矩、偏心距、静摩阻系数等，从而制定相应的配重方案，为桥梁转体的施工和指挥提供依据。

1工程概况

独屋特大桥位于南广高速铁路NGZQ-3标段，中心里程YD1K45+058，为单线铁路特大桥，长1544.022m。该桥采用（60+100+60）m连续梁跨越既有黎湛铁路复线。黎湛铁路行车密度大，如果采用在既有线上采取挂篮施工连续梁，将对黎湛铁路复线运营干扰很大，且主梁梁底与既有线轨顶净距为8m，如采取挂篮施工，挂篮底模将侵限（铁路净限为5.7m），严重危及行车安全。经方案讨论，决定采用转体施工技术来攻克上述难题，即先平行既有线利用挂篮施工主梁、通过转体主梁至既有线上，利用封锁进行连续梁合拢。

独屋特大桥转体重量为4200t，转角18.1°，跨度为100m，相对国内桥梁转体施工而言具有难度大、转体重、技术含量高等难点。为了保证桥梁转体的顺利进行，设计要求在转体前进行转体梁的不平稀称重试验，制定配重方案，确保梁转体的安全、顺利进行。

2试验原理

称重试验是假定转体梁能够绕球铰发生刚体的转动，通过对转体梁两端分别逐级施加转动力矩，同时进行球铰转动位移的测试，得到位移与力矩的关系曲线，当位移产生突变时，球铰处于静摩擦与动摩擦的临界状态，此时施加的转动力矩、球铰摩阻力矩与转体不平衡力矩处于平衡状态，根据各种力矩之间存在的关系，计算出不平衡力矩、偏心距、静摩阻系数等。

2.1球铰摩阻力矩和转体梁不平衡力矩计算

当转体梁支架拆除后，其平衡状况为下列两种形式之一：（l）转体梁不产生绕球铰的刚体转动，说明转体梁球铰摩阻力矩（MZ）大于转体梁质量分布不均衡所产生的不平衡力矩（MG），其平衡状态由球铰体系就能保持；（2）转体梁产生绕球铰的刚体转动，最终使得支撑脚接触滑道，产生支撑力方使转体梁处于平衡状态，说明转体梁球铰摩阻力矩（MZ）小于转体梁的不平衡力矩（MG）。

1）状态1：MZ≥MG

图1梁体的平衡状态1

图2梁体的平衡状态2

如图1所示，设转体梁的重心偏向南宁端，在广州端上承台施加向上的顶力P1，在顶力逐渐增加至球铰发生微小转动时，有：

P1×L1+MG=MZ （1）

然后，如图2所示，在南宁端承台实施顶力P2，当顶力逐渐增加至球铰发生微小转动时，有：

P2×L2=MG+MZ （2）

联立（1）、（2）得

不平衡力矩：MG=（P2×L2-P1×L1）/2（3）

摩阻力矩：MZ=（P2×L2+P1×L1）/2（4）

2）状态2：MZ＜MG

假设转体梁重心偏向南宁端，如图2所示，那么只能在南宁端承台实施顶力P2，随着顶力逐渐增加，先是撑脚离开滑道，当至球铰发生微小转动的时，有：

P2×L2=MG+MZ （5）

然后使千斤顶卸荷，设P3为千斤顶逐渐回落过程中球铰发生微小转动时的顶力，则有：

P3×L2=MG-MZ （6）

联立（5）、（6）得

不平衡力矩：MG=（P2×L2+P3×L2）/2（7）

摩阻力矩：MZ=（P2×L2-P3×L2）/2（8）

2.2 球铰静摩擦系数和转体梁偏心距计算

当施加的力矩≥静摩阻力矩时球铰克服静摩阻力发生微小转动，对于本转体梁而言，静摩阻力矩值的计算公式经推导得：

MZ=0.991μ0·N·R（9）

则有，静摩擦系数μ0=MZ/（0.991·N·R） （10）

转体梁偏心距计算由下式进行计算：

e=MG/N （11）

式中：μ0为静摩擦系数；R为球铰面半径；N为转体梁重量。