摘要： 為確保RPC球鉸轉(zhuǎn)體橋梁施工過程安全、順利地進(jìn)行，以某70+70mT構(gòu)轉(zhuǎn)體梁為工程背景，通過稱重試驗和數(shù)值模擬對其轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。根據(jù)現(xiàn)場稱重試驗，進(jìn)行了合理的配重確保了采用RPC球鉸橋梁的順利轉(zhuǎn)體。在對比鋼球鉸和RPC混凝土混合球鉸的靜摩擦系數(shù)后，針對RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋提出了采用不平衡樁體的控制方法，提高了轉(zhuǎn)體過程的穩(wěn)定性。數(shù)值分析結(jié)果驗證了RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋采用不平衡配重法轉(zhuǎn)體過程中的安全性。研究成果為RPC球鉸轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體控制提供了技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：RPC球鉸;轉(zhuǎn)體施工橋梁;鋼球鉸;關(guān)鍵技術(shù);數(shù)值模擬

中圖分類號：U24 ??????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 引言

活性粉末混凝土（RPC）是一種新型工程材料，具有高強(qiáng)度、高耐久性、高韌性的特點，相比于鋼材具有更好的性價比。早期的轉(zhuǎn)體橋梁球鉸主要是采用鋼球鉸，隨著RPC材料的發(fā)展，RPC混凝土混合球鉸逐漸應(yīng)用于轉(zhuǎn)體橋梁中。與鋼球鉸相比，RPC混凝土混合球鉸增加了RPC預(yù)制的上座板和下座板，撐腳的鋼管內(nèi)填充RPC。上、下座板表面的鋼板與RPC澆筑成一體，使表面平整度得到充分保證，大大減小球鉸安裝的難度。撐腳鋼管內(nèi)填充RPC可有效減小球鉸的尺寸，提高承載能力，因此相對于鋼球鉸，稱重同噸位的轉(zhuǎn)體橋時，RPC混凝土混合球鉸的尺寸明顯小于鋼球鉸。

翟鵬程^[1]對三種不平衡力的估算方法進(jìn)行了對比分析，認(rèn)為球鉸轉(zhuǎn)動法受力明確，而且只考慮剛體作用，結(jié)果比較準(zhǔn)確。顏惠華^[2]等為了得到橋梁轉(zhuǎn)體施工中球鉸靜摩擦系數(shù)的準(zhǔn)確值，對其計算方法進(jìn)行了研究。車曉軍^[3]對T形剛構(gòu)轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體時的不平衡力矩預(yù)估方法進(jìn)行了研究?，F(xiàn)階段國外的研究主要是針對普通的鋼球鉸進(jìn)行的，對于尺寸小、強(qiáng)度高的RPC球鉸較少。目前的研究成果是否適用于安裝RPC球鉸轉(zhuǎn)體橋，計算結(jié)果能否滿足此類橋梁的安全穩(wěn)定形要求，未有研究結(jié)果。基于以上研究背景，以呼市三環(huán)路與京包客專、唐呼鐵路交叉工程70+70mT構(gòu)轉(zhuǎn)體梁為工程依托，對安裝RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋的轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)及受力特征進(jìn)行了深入研究。

2 稱重試驗

（1）工程概況

該橋為雙幅，采用自平衡重水平轉(zhuǎn)體法施工，轉(zhuǎn)體角度為逆時針79°，轉(zhuǎn)體重量約為10000噸。上盤直徑為9.5m，轉(zhuǎn)體支座平面直徑為1.95m，定位中心轉(zhuǎn)軸直徑為φ200mm。球鉸上、下盤均采用鋼-超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)，球鉸上盤底面具有凸球面，球鉸上盤底面中心設(shè)置有銷孔，球鉸下盤頂面具有與球鉸上盤的凸球面相配合的凹球面，球鉸下盤頂面中心設(shè)置有與銷孔相配合的銷軸，銷孔側(cè)壁與銷軸側(cè)壁形成具有夾角的間隙。球鉸上、下盤均通過連接鋼板與上、下座板焊接連接，球鉸下盤凹球面上設(shè)置有耐磨板。球鉸構(gòu)造見圖1。

（2）稱重試驗方法

根據(jù)解除梁體臨時約束后橋梁的姿態(tài)可以判定，該橋的平衡處于球鉸摩阻力矩（Mz）小于不平衡力矩（M_G）狀態(tài)。此時，只需在轉(zhuǎn)體橋著地端施加頂梁力與落梁力，即可通過測定數(shù)據(jù)判斷突變點來得出轉(zhuǎn)動體縱橋向不平衡力矩及靜摩阻系數(shù)。

（3）測點布置

千斤頂及百分表測試位置見圖2。

（4）測試結(jié)果

通過千斤頂施加頂升力，得到北側(cè)和南側(cè)轉(zhuǎn)體橋千斤頂頂升力與位移之間的關(guān)系曲線，見圖3和圖4所示。

由圖3可知，當(dāng)頂升荷載P₁逐級加載到4800kN時，隨著力的增大，位移發(fā)生突變，即轉(zhuǎn)動力矩大于摩阻力矩。隨后使千斤頂回落，當(dāng)載荷逐級降低至2000KN時，出現(xiàn)不平衡力矩大于摩阻力矩，設(shè)P₂為千斤頂逐漸回落過程中球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時的力，則;

不平衡力矩：

M_G=（P₁×L₁+P₂×L₂）/2=（4800+2000）×4.5/2=15300 kN·m

摩阻力矩：

M_Z=（P₁×L₁-P₂×L₂）/2=（4800-2000）×4.5/2=6300kN·m

偏心距：

η=15300/100000=0.153m，偏向于順橋向東側(cè)

依據(jù)經(jīng)驗公式，球鉸靜摩擦系數(shù)：

由圖4可知，當(dāng)頂升荷載P₁逐級加載到4600kN時，隨著力的增大，位移發(fā)生突變，即轉(zhuǎn)動力矩大于摩阻力矩。隨后使千斤頂回落，當(dāng)載荷逐級降低至1200KN時，出現(xiàn)不平衡力矩大于摩阻力矩，設(shè)P₂為千斤頂逐漸回落過程中球鉸發(fā)生微小轉(zhuǎn)動時的力，則：

不平衡力矩：

M_G=（P₁×L₁+P₂×L₂）/2=（4600+1200）×4.5/2=13050 kN·m

摩阻力矩：

M_Z=（P₁×L₁-P₂×L₂）/2=（4600-1200）×4.5/2=7650kN·m

偏心距：

η=13050/100000=0.131m，偏向于順橋向東側(cè)

依據(jù)經(jīng)驗公式，球鉸靜摩擦系數(shù)：

3轉(zhuǎn)體施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 RPC球鉸靜摩擦系數(shù)

由現(xiàn)場實測結(jié)果可知，RPC球鉸的靜摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于鋼球鉸的靜摩擦系數(shù)，在國內(nèi)外已有轉(zhuǎn)體橋的稱重試驗中也得到了證實，鋼球鉸與RPC球鉸靜摩擦系數(shù)對比見表1。

由表1中靜摩擦系數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，鋼球鉸靜摩擦系數(shù)明顯大于RPC混凝土混合球鉸的靜摩擦系數(shù)，在轉(zhuǎn)體過程中RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋的牽引力會減小，但是其穩(wěn)定性較弱，因此，為確保RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋在轉(zhuǎn)體過程中的穩(wěn)定性，建議該類轉(zhuǎn)體橋采用不平衡配重，轉(zhuǎn)體時采用三點支撐法進(jìn)行轉(zhuǎn)體。

3.2配重方案

（1）南側(cè)轉(zhuǎn)體橋配重方案

由上述實測結(jié)果可知，轉(zhuǎn)體橋偏心距為15.3cm，偏向于順橋向東南側(cè)。采用不平衡配重轉(zhuǎn)體，在轉(zhuǎn)體橋西北側(cè)增加配重約17.5噸（配重塊3.5t/塊，配重數(shù)量5塊）。

（2）北側(cè)轉(zhuǎn)體橋配重方案

由上述實測結(jié)果可知，轉(zhuǎn)體橋偏心距為13cm，偏向于順橋向東北側(cè)。采用不平衡配重轉(zhuǎn)體，在轉(zhuǎn)體橋西南側(cè)增加配重約7.5噸（配重塊2.5t/塊，配重數(shù)量3塊）。

4 RPC球鉸局部受力分析

根據(jù)稱重試驗結(jié)果，采用ANSYS有限元分析軟件對平衡配重和不平衡配重兩種情況進(jìn)行球鉸局部應(yīng)力分析，校核轉(zhuǎn)體過程中轉(zhuǎn)體橋的安全性。分析模型僅建立上承臺、上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤和下承臺四部分，混凝土采用SOLID65單元進(jìn)行模型，鋼板選用LINK180單元模擬，有限元模型及網(wǎng)格劃分見圖5所示。

分析工況包括兩種：（1）平衡配重轉(zhuǎn)體過程中球鉸應(yīng)力分布;（2）不平衡配重轉(zhuǎn)體過程中球鉸應(yīng)力分布。分析時將上部重量按均布荷載施加在上承臺，下承臺底采用固結(jié)的約束方式，上、下轉(zhuǎn)盤之間采用接觸單元CONTA174進(jìn)行模擬。

通過分析得到下轉(zhuǎn)盤球鉸的應(yīng)力分布圖，見他6所示。

由圖6可以看出，采用平衡配重轉(zhuǎn)體過程中球鉸應(yīng)力最大為26.0MPa，采用不平衡配重轉(zhuǎn)體過程中球鉸應(yīng)力最大為38.8MPa，比平衡配重時應(yīng)力大，但是未達(dá)到RPC混凝土混合球鉸的允許壓應(yīng)力，轉(zhuǎn)體過程中安全性可以滿足規(guī)范要求，且采用不平衡配重的穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于平衡配重的穩(wěn)定性。因此，結(jié)合稱重試驗結(jié)果、靜摩擦系數(shù)對比分析和理論計算分析，建議RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體過程中采用不平衡配重，在確保安全性的前提下可有效提高轉(zhuǎn)體過程的穩(wěn)定性。

5結(jié)論

以呼市三環(huán)路與京包客專、唐呼鐵路交叉工程70+70mT構(gòu)轉(zhuǎn)體梁為工程依托，對安裝RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋的轉(zhuǎn)體施工控制方法及安全性進(jìn)行深入的研究，得到如下結(jié)論。

（1）以呼市三環(huán)路與京包客專、唐呼鐵路交叉工程70+70mT構(gòu)在轉(zhuǎn)體橋梁為工程背景，對該橋進(jìn)行了現(xiàn)場稱重試驗，并根據(jù)試驗結(jié)果對該橋提供了合理的配重。

（2）通過對比鋼球鉸和RPC混凝土混合球鉸的靜摩擦系數(shù)，提出了RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋合理的轉(zhuǎn)體控制方法，提高了轉(zhuǎn)體過程的穩(wěn)定性。

（3）通過數(shù)值分析驗證了RPC混凝土混合球鉸轉(zhuǎn)體橋采用不平衡配重法轉(zhuǎn)體過程中的安全性。

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作者簡介：許照春（1983-），男，安徽宣城，漢，項目經(jīng)理，工程師，研究方向：橋梁工程。