桥梁转体施工转体专项方案转体稳定性计算.docx
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桥梁转体施工转体专项方案转体稳定性计算
（北盘江大桥）
11、转体施工
本桥转体位于3#墩承台上，转动体系包括120m长现浇主梁、塔柱、
3#墩墩身、上盘牵转台、牵引系统；转体重量159600kN左右。
整体平转角度60.4°。
1）转体结构构造
上转盘直径14.5m，高度为1.8m。
上转盘下球缺直径为7.5m，高度为1.228m，结构为三向预应力混凝土结构。
。
上转盘下共设8对撑脚，每对由2个φ900×22mm钢管组成，钢管内填C50微膨胀混凝土。
下转盘球缺高0.276m，直径4.06m，下转盘顶面设2个牵引反力座和16个千斤顶反力座，牵引反力座用于转动结构的启动及转动，千斤顶反力座用于转体的启动、止动、姿态微调等。
上、下转盘之间设置球铰，球铰半径8cm。
上球铰为凸面，通过球面体与上部转面连接，上盘就位于牵转盘上；下球铰为凹面，嵌固于下盘顶面，并与承台固结为一体。
上下面板均为40mm厚钢板压制而成的球面，背部设置肋条，便于运输、定位。
下面板上镶嵌四氟乙烯片，上下面板间填充黄油四氟粉。
2）牵引设备：
牵引索采用15φs15.2钢绞线，fpk=1860MPa，固定端锚固在上转盘内，助拉索采用的11φs15.2钢绞线，fpk=1860MPa，固定端锚固在上转盘撑脚内。
牵引千斤顶及助拉千斤顶型号分别为ZTD2000型自动连续转体千斤顶及YCD-1200穿心器千斤顶。
3）转体结构施工
转盘球铰采用工厂精加工成型，安装时，其顶口任意两点高差不超过±5mm，顺桥向、横桥向误差不超过±5mm。
下转盘安装完毕，浇注混凝土固定成型后，安装四氟乙烯滑块，球面杂物清理干净后涂抹黄油聚四氟乙烯粉润滑剂，安装上面板及劲性骨架，球铰平转体系基本形成，进行试转体、转动一周进行检查，无异常后，进行牵引转盘及墩身施工。
转体平转时，先启动两个助拉千斤顶分级加载至一定拉力，然后启动牵引千斤顶分级加载直至结构启动。
结构微调由牵引千斤顶和助拉千斤顶共同完成。
先启动牵引千斤顶至一定拉力，再启动助拉千斤顶分级加载使结构微动，直至转体精确定位。
各撑脚与滑道之间保持有3～5mm间隙，便于转体实施时状态监控。
施工工艺流程见“图1-39转体施工流程图”。
4）防倾保险体系
防倾保险体系是转体施工方法中的重要保证措施，根据设计构造的特点，转体过程中，转体的全部重量由球铰承担，但转体结构受外界条件或施工的影响容易出现倾斜。
因此，必须设置内环保险腿和用于调整倾斜的千斤顶。
利用上转盘上φ10m环形布置的撑脚作为内环保险腿，与下滑道间预留3～5mm间隙，在转体荷载作用下，沿滑道转动时留有间隙，便于确定荷载状态和转体姿态的调整。
滑道上清理干净，涂抹黄油四氟粉，便于撑脚滑移。
沿滑道外侧布置4台QCD6000型千斤顶，便于转体施工过程中，调整转体倾斜姿态。
5）限位控制体系
限位控制体系包括转体限位和微调装置，主要作用为转体结构转动到位出现偏差后需要对转体进行限位和调整使用。
横桥向倾斜限位与微调：
在上转盘上、下滑道外侧距桥中线5m位
置对称布设四台QCD6000型千斤顶，一侧起顶，另一侧预留限位，起顶限
位值根据实测确定。
调整完毕，用型钢将上下转盘之间抄死，撑脚与滑道间抄死。
水平偏转限位和微调：
利用下转盘上敷设的12对千斤顶反力座作为支点，用两台QCD-1200型及4台YCD600型千斤顶，顶推上转盘下撑脚，调整转体轴线偏位。
调整到位后设置限位梁，将撑脚与千斤顶反力座之间撑死。
5）平转实施
（1）转体前的准备工作
①转体重心位置的确定：
用千斤顶对转体部分进行称重。
②环形滑道清理干净，检查滑道与撑脚间间隙，涂抹撑脚走道板前端黄油四氟粉。
③平转千斤顶、辅助千斤顶、微调千斤顶标定。
④平转千斤顶、牵引索、锚具、泵站配套安装、调试。
要求各束钢绞线平直、不打绞、纽结。
⑤助推千斤顶及反推梁安装。
⑥安装微调及控制设备，作好各种测控标志，标明桥梁轴线位置。
⑦各关键部位再次检查。
包括塔梁固结点、上转盘、塔柱锚固区、球铰等部位。
确认签字。
⑧技术准备（技术交底，记录表格，各观测点人员分工，控制信号，通讯联络等方面）
⑨转体静置24小时后，各种测量数据上报监控组，确认其是否处于平衡状态。
⑩2#墩、临时墩上限位装置设置好。
转体范围内障碍清除干净。
作业天气要求风力小于5m/s，无雨。
以上准备工作完毕，经检查无误后，报请监理工程师及设计代表签认。
在铁路部门批准的时段内进行转体。
（2）启动：
①同步张拉牵引千斤顶（ZTD2000型），吨位达到计算动摩阻力。
牵引索布置图见“图1-403#主塔墩转体牵引索布置图”。
②助推千斤顶分级加力，按100KN一级分级加力，直至撑脚走板水平位移观测确定启动，并记录静摩阻力。
（3）平转：
①同步张拉牵引索匀速平转，主梁端部水平线速度控制在1.2m/min以内，平转过程中测量人员反复观测塔柱轴线偏位，梁端部位高程变化。
②匀速转动，平转基本到位（距设计位置约1m处）减速，降低平转速度，距设计位置0.5m处，采取点动操作，并与测量人员配合确认点动后梁端弧长。
在距设计位置0.1m处停转，测量轴线，根据差值，精确点动控制定位，防止超转。
设置止动装置，详见“图1-413#主塔墩转体系统止动装置布置图”。
（4）定位：
①转体就位后，精确调整转体倾斜位置，并用型钢将上下转盘抄死。
辅助墩墩顶与梁底先行抄死。
防止梁体在外力作用下摆动。
②利用辅助墩墩顶上设置的千斤顶，精确地调整梁体端部标高，并采取措施抄垫。
③安装2#墩墩顶支座，及辅助墩支座。
（江苏桥）
转体过程是通过主墩下部的铰来完成的，铰由现浇的普通钢筋混凝土做成,俗称“磨盘”。
下磨盘称磨心,上磨盘称磨盖。
北津桥磨心顶面以弧曲线向上凸起,矢高10cm,磨心直径1.9ｍ,承受磨盖以上的全部转体重量。
磨盖直径5.88ｍ,周边下面对称设置4个钢筋混凝土支撑脚,借以控制转体不平衡引起的倾斜,并作为转体驱动的传力支点（见图1）。
图1北津桥为钢筋混凝土连续刚构箱梁结构,荷载等级汽-20、挂-100,主跨跨径65ｍ,全桥长329.46ｍ,桥面宽10m,转体自重为1200ｔ。
转体结构施工程序为:
下部（桩）基础→浇筑桩顶承台→磨心制作（同步预埋监测传感器）磨盖制作→球铰研磨、上黄油→墩壁和刚构箱梁制作→转体→合拢（先测定并调整好桥的纵轴线和箱梁顶标高）→混凝土封盘（控制好封盘时间和天气温度）北津桥转体驱动力采用2台150ｔ的普通液压卧式千斤顶,千斤顶一端靠在临时后座上（在承台表面沿着磨盖支撑脚的环道上预留了许多缺口,用作设置千斤顶后座）,另一端对着支撑脚。
转体时,最大起动驱动力为700kN,最小驱动力175kN左右,转体过程中产生最大倾斜时的桥面高差7ｃｍ,显示整个转体工艺平衡、安全。
（北盘江大桥）
大桥由南北两岸的半跨钢管拱、交界墩、扣索、背索、上盘及平衡重、转台、球铰保险支撑脚、转体牵引系统组成，转体结构高68.128m，前臂长度115.87m，平衡端长度14.83m，合拢段长度2.6m，单铰转体净重量10230t，北岸水平逆转135°，南岸水平逆转180°。
1.半跨钢管拱：
旋转臂长115.87m，重量11267KN，拱脚以临时铰（铸钢支座）与上盘支承，在膺架上分19个节段进行拼装焊接，线型、高程均按设计图制造坐标控制，钢管拱前端设扣索锚点的锚梁。
2.交界墩：
为矩形空心桥墩，高59.253m，底面尺寸为7.194m×7.155m，按40：
1（纵向）、50：
1（横向）设坡，墩帽下尺寸为4.5×5.0m，壁厚60～80cm，墩帽尺寸4.9×7.4m，总重量25780KN。
3.上盘结构：
平面尺寸20.03×26.00m，厚6m，呈十字形，500#混凝土，重59608KN；按三向预应力进行配筋，以能承受在球铰反力、自重、交界墩重量，扣索、背索、钢管拱自重的外力作用下各工况的强度。
4.转动球铰：
设在上盘与下盘之间，基本上转体重量的中心。
其平面直径3.5m，球面半径8.0m，上下球铰均由36mm钢板车制做成，球铰凹面镶嵌610块Φ60×18mm聚氟乙烯滑动片与上球铰钢板密贴，作为转体时的滑动接触面。
上下球铰中心设Φ210mm圆轴控制相对位置不错动。
5.背索：
设在交界墩顶与上盘底之间，束倾角5.02°，布设42-19Φ15.24钢绞线，束长66.5m，张拉力42×2285.7=96000KN，应力0.46δb，伸长量327mm。
由于束有5.02°倾角可平衡部分交界墩在扣索作用下产生的弯矩。
6.扣索：
设在交界墩墩帽一侧面与钢管拱前端之间，以作为平衡钢管拱悬臂状态下的束力。
扣索为8-12Φ15.24钢绞线，束长122m，张拉应力0.38δb，总拉力8×1187.5=9501KN，计算伸长量458mm。
扣索前端通过上锚梁到下锚梁，设P锚作为锚固端，桥墩顶后侧面为张拉端，当张拉扣索使钢管拱达到设计高程时，采用双锚具进行锚固，以策安全。
7.转台及平衡支撑脚：
在上盘底面以下除设有球铰外，尚有缠绕牵引钢绞线的Φ8.5m转台及沿Φ7m圆环设置6个支撑腿，每个支腿平面尺寸2.25×1.10m，底面设有30mm的钢靴板以便旋转时的滑动。
支撑腿与下盘混凝土面留有8~12mm间隙，以便铺设不锈钢板与四氟板作为滑动面。
8.平衡重：
在距球铰中心12.827m的上盘后端加载2500KN，以调整转体重量的偏心值。
9.牵引设备：
转动牵引索采用4束12Φ15.24钢绞线，一端缠绕在Φ8.5m转台上，另一端为牵引束引入QDCL-L200-200千斤顶，每岸配置4台QDCL-L200-200牵引千斤顶，为了达到牵引同步，牵引千斤顶的输油泵进行并联。
图3、转体结构
三）1.转体结构的稳定计算：
稳定系数按K≤1.5进行控制；转体重量的偏心值以球铰中心为基准向交界墩方向偏心值e=0.1~0.2进行计算，计算时假定条件如下：
1）风力按Fw=800Pa计算；
2）钢筋混凝土容重按2.5t/m3计，素混凝土按2.3t/m3计；
3）钢管拱焊缝重量按1.5%计。
计算结果：
纵向稳定系数=1.561（计入风力）
横向稳定系数=12.583（计入风力）
转体结构偏心值e=0.149
转体稳定计算表计算示意图
序号
项目部位
重量（KN）
到前撑脚中心水平距离
力矩（KN-m）
说明
1
钢管拱桁架
11267
39.939
449992.7
2
前集中荷载含合拢桁架
100
111.969
11196.9
3
前下扣点锚梁
150
101.676
15251.4
4
前上扣点锚梁
250
94.160
23540.0
5
扣索
130
44.562
5793.0
6
主管施工荷载
133
54.904
7302.2
1KN/m
倾覆力矩Mp合计
12030
513076.2
7
交界墩纵向风力
361.768
8415.7
风力0.8KN/㎡
含风力倾覆力矩Mf合计
521491.9
1
转台
1500
3.031
4546.5
2
上转盘
59608
8.805
524848.4
3
交界墩
25780
10.261
264528.6
4
背索
680
12.965
8816.2
5
平衡重
2800
15.858
44402.4
平衡力矩Mw合计
90368
847142.1
以上总计
102398
偏心距（m）
稳定系数:
Kp=Mw/Mp
1.651
0.231
334065.9
稳定系数:
Kw=Mw/Mf
1.624
0.149
325650.2
不压重
0
-0.123
289663.5
2.交界墩计算：
根据设计计算结果在扣索、背索张拉完毕后，交界墩的纵向变位应为43mm。
施工时以此变形值作为控制交界墩的应力值。
3.牵引力计算：
1）球铰摩阻牵引计算：
T1=（R×N×μ）/（3×D）
T1:
牵引力
D:
转台直径8.5m，R=3.5/2=1.75m
N:
转体重量104000KN
μ:
摩阻系数，μ静=0.1，μ动=0.06
T1=（1.75×104000×0.1）/（3×8.5）=722KN
2）支腿与滑道引起的牵引力：
转体重量104000KN，偏心值e=0.149m
支撑腿反力F=（104000×0.149）/3.5=4430KN
牵引力T2=（3.5/4.25）×4430×0.1=365KN
牵引力合计T=T1+T2=1444+365=1809KN
每台牵引千斤顶=1809/2=904.5KN
动力系数：
η=904.5/2000=0.45
、管拱的质量控制：
1.钢管拱的线型：
设计文件中钢管拱成桥后的线型坐标=制造坐标（空管无重量时）+预拱度值（各恒载条件下产生的变位）。
因此钢管在制造、工厂预拼及在工地膺架上预拼都是以制造坐标为准进行线型控制。
半跨钢管拱在膺架上焊接完成后在背索、扣索张拉时主要是控制钢管拱前端合拢口的高程，以达到可精确合拢及所要求的合拢误差。
按设计要求拱肋在膺架上拼装焊接后平面轴线偏差应≤L/5000=23600/5000=48mm的要求，在施工中由于严格控制实际误差为25mm.
设计要求合拢口高程（Z垂直方向）误差应≤L/4000=236000/4000=59mm,本桥在实施中考虑到扣索的松驰，交界墩徐变等因素，转体结构在脱拱到合拢过程中竖向下垂的可能性较大，因此本桥在实施进程中将钢管拱前端较设计高程抬高59mm，本桥考虑到合拢口调整垂直高程上工艺操作上的安全性，采取在拱管端加载10t万能杆件重量作为“法码”，以便在需要上调高程时采取卸载的办法进行调整（根据计算每卸1t可上调8mm）。
2.转体结构的线型调整方法
（1）在进行背索、扣索张拉前，交界墩与上盘是原始状态，应测出此工况下的X、Y、Z轴线，依此作为转体到位后进行调整的基线。
（2）背索、扣索张拉完毕，钢管拱端高程达到规定控制高程后，拆除上盘后端砂箱，测出相应的X、Y、Z轴线及管口高程，及交界墩的变位。
（3）两岸转体结构通过牵引旋转到桥平面中心上，测量两转体结构的X、Y、Z值作为调整误差的依据。
（4）桥梁平面中线偏差（Y方向）的调整：
在上盘后端两侧距球铰中心6.5m处对称各布置有一个钢筋砼水平墩并配置有YCW400水平千斤顶，进行桥平面中线的调整，其调整量的比例值为：
Δ1=6.5/115.87×ΔY,其中ΔY为钢管拱前端的偏差值。
（5）转体横向高程偏差（X方向）的调整：
在两翼拱脚上盘底面对称于桥轴线两侧12M各设两台5000KN千斤顶，其调整的比例值为：
Δ2=12/66.25ΔX。
其中66.25M为交界墩高，ΔX为交界墩墩顶的横向变位值。
（6）转体结构的纵向偏差（Z方向）的调整：
在球铰中心后方13M的上盘对称于桥轴线6M各布置一台5000KN千斤顶，若上盘基线需向拱跨方向倾斜，可通过5000KN千斤顶起顶达到上盘X轴基线的水平，相应钢管拱端的调整比例值为Δ3=13/115.87Δz,Δ3为相应的调整值。
（7）以上方法将上盘及交界墩调整到原始状态的X、Y、Z轴线后才可进行合拢口钢管拱的调整，合拢顺序先进行外侧管口的调整，再进行内侧管口的调整，工艺措施可用卸载及倒链对拉
的办法来解决。
（8）合拢调整到位后用合拢支撑架将合拢口尺寸“锁死”，再分别进行精确测量长度，下料，安装，电焊，此时合拢工作不受温度条件的影响。
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