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橋梁轉體施工方法及應用

1.0概述

橋梁轉體施工是指在非設計軸線位置制作(澆築或拼接)橋梁結構,然後轉體就位的壹種施工方法。它可以將越障作業轉化為岸上或近地面作業。根據橋梁結構的旋轉方向,可分為垂直旋轉施工法、水平旋轉施工法(簡稱垂直旋轉法和水平旋轉法)和水平旋轉與垂直旋轉相結合的方法,其中水平旋轉法應用最為廣泛。

與傳統施工方法相比,橋梁轉體法具有以下優點:

(1)施工所需機械設備少,工藝簡單,操作安全。

(2)結構合理,受力明確,力學性能良好。

(3)轉體法能較好地克服在高山峽谷、水深湍急或通航頻繁的河流中架設大跨度結構的困難,特別適用於交通繁忙的城市立交橋和鐵路跨線橋的施工。

(4)施工速度快,成本低,節省投資。在同等條件下,與傳統的懸拼法、桁架支腿法和架設法相比,拱橋轉體法具有顯著的經濟效益和社會效益。如湖南省資興市龍龍大橋與懸拼法和架設法相比,造價降低11.5 ~ 17.4%。

2.0轉體施工方法的關鍵技術

轉體施工法的關鍵技術問題是轉體設備和轉體能力、施工過程中的結構穩定性和強度保證、結構合攏和體系轉換。

2.1垂直旋轉法

豎向轉體法主要用於肋拱橋。拱肋壹般在較低位置澆築或拼裝,然後拉起至設計位置,再合攏。

垂直旋轉系統壹般由牽引系統、索塔和纜繩組成。豎向旋轉索的索力拆離時,由於此時索的水平角最小,豎向分力也最小,拱肋要實現從多跨支撐到扣支點鉸支和索支的過渡,結構本身的變形和應力轉換要在拆離時完成。為了使垂直旋轉順利脫架,有時需要在升降索點放置千斤頂。

設計垂直旋轉施工方案時,應合理布置垂直旋轉系統。塔高支架高(組裝位置高)時,水平交角也大,取下支架的升力相對較小,但塔和組裝支架的受力(尤其是抗壓穩定性問題)也大,材料消耗也大;反之亦然,達拉斯到觀眾席在豎向旋轉過程中,索塔和拱肋的受力,特別是風的作用,都要考慮。

在施工工藝中,豎轉鉸、索鞍及牽引動力裝置、索塔及錨固系統的施工安裝精度是保證豎轉質量、順利、安全轉體的關鍵點。中國的拱橋基本都是無鉸的,豎鉸是臨時建築結構。因此,應綜合考慮豎鉸的結構和精度,滿足施工要求,降低成本。跨度較小時,可采用螺栓式,跨度較大時,可采用滾輪式。當纜索牽引系統跨度較小時,可用絞車牽引;當跨度較大,需要牽引,牽引索較多時,應采用千斤頂液壓同步系統。

2.2翻譯方法

平移法的旋轉系統主要包括旋轉支撐系統、旋轉牽引系統和平衡系統。

旋轉支撐系統是水平轉體法施工的關鍵設備,由上轉臺和下轉臺組成。上轉盤支撐旋轉結構,下轉盤與底座連接。通過上轉盤相對於下轉盤的轉動,達到翻轉的目的。旋轉軸承系統必須考慮轉動、軸承和平衡等多種功能。根據回轉支承的平衡條件,回轉支承可分為磨心軸承、斜撐軸承和磨心斜撐軸承三種類型。

磨削中心由中心支撐壓力面支撐所有的旋轉重量,通常在磨削中心插入壹根定位軸。為了保證安全,支撐轉盤周圍通常有滾輪或者支撐腳正常轉動時,滾輪或者支撐腳不與滑道面接觸,壹旦有傾覆的傾向,就會起到支撐作用。轉體施工的橋梁,壹般要求縫隙在2 ~ 20 mm,縫隙越小,滑面高度差越高。研磨中心由鋼結構和鋼筋混凝土結構支撐。在中國,主要采用鋼筋混凝土結構。上下轉盤弧形接觸面的混凝土應打磨光滑,然後塗上二硫化銅或四氟黃油粉等潤滑劑,以降低摩擦系數(壹般在0.03-0.06之間)。

下轉盤為支腳形式的環形道,上轉盤上有四個或四個以上的支腳,以保持水平旋轉時的穩定性。旋轉過程中支撐範圍大,抗傾穩定性好,但阻力矩也增大,對環道和支撐腳的施工精度要求高。支撐腳形式包括滾輪和柱腳。軋輥水平旋轉時是滾動摩擦,摩擦阻力小,但加工難度大,經常因為加工精度不夠或變形導致軋輥不滾動。當柱腳水平轉動時,是滑動摩擦。通常不銹鋼板加四氟板再塗黃油之類的潤滑劑。其加工精度比滾子更容易保證。通過精心建設,已經有了很多成功的例子。轉體結構懸臂較大,抗傾覆穩定性要求突出時,常采用這種結構,廣州丫髻沙大橋平轉采用這種體系。

第三種支撐是研磨中心和支撐腳。大李營立交橋采用具有支撐腳和打磨中心功能的旋轉系統,在支撐腳和打磨中心連線的垂直方向有防護支撐腳。如果有壹個以上的斜撐,則有兩個以上的支撐點,上轉盤類似於超靜定結構,在施工工藝上很難保證各支撐點的受力基本滿足設計要求。廣州丫髻沙大橋原采用多支承腳、磨芯* *支座體系。考慮到這壹困難,降低了研磨芯的壓縮比,並將其簡化為支腳系統。

在水平轉體施工中,能否旋轉是壹個關鍵的技術問題。壹般情況下,啟動摩擦系數可以設置在0.06-0.08之間。有時候為了保證足夠的啟動力,啟動力是按照0.1配置的。因此,減少摩擦阻力和提高旋轉力矩是保證平移順利實施的兩個關鍵。旋轉力通常布置在上轉盤之外,以獲得更大的力臂。旋轉力可以是推力或張力。推力由千斤頂施加,但千斤頂行程短,旋轉時千斤頂安裝工作量很大。為了保證翻譯過程的連續性,少用千斤頂單獨推動翻譯。旋轉力通常是拉力。旋轉重量較小時使用絞車,旋轉重量較大時使用牽引千斤頂,有時輔以助力千斤頂,用於克服啟動時靜摩擦阻力與動摩擦阻力之間的增量。

翻譯過程中的平衡問題也是壹個關鍵問題。對於斜拉橋、T型橋、帶懸臂的中承式拱橋,上部恒載在橋墩軸線方向基本對稱。壹般以橋墩軸線為旋轉中心,為了降低重心,轉臺壹般布置在墩底。用於單跨拱橋、斜腿剛架等。,水平旋轉施工可分為平衡重和不平衡重旋轉兩種。有配重時,上部結構和橋臺作為轉體結構,上部結構懸臂長而輕,橋臺則相反。設置轉軸中心時,應盡可能遠離上部結構方向,以達到平衡。如果還是不平衡,就要在橋臺後面加壹個配重塊。不加配重,只轉動上部結構部分,用後索平衡,這樣結構轉動部分始終是索和鉸處兩點支撐的簡支結構。

2.3旋轉施工應力

轉體施工應力分析的目的是保證結構的平衡,防止傾覆;確保應力在允許值內,防止結構損壞;確保錨固系統的可靠性。翻轉過程持續時間短,幾十分鐘到不超過壹天,所以主要考慮施工荷載。在多風地區,根據常見的風力,通常不考慮地震荷載和臺風影響,這主要是通過選擇施工工期來保證的。此外,轉體結構的變形控制、封閉結構和體系轉換也是轉體施工中需要考慮的重要問題。

3.0橋梁旋轉施工的應用

3.1國外申請

旋轉施工法最初是作為垂直旋轉法出現的。20世紀50年代,意大利用這種方法建造了70米跨度的多姆斯河大橋;。德國的Argentobel橋,跨度為150m,就是用這種方法建造的壹座跨橋梁。它利用地形或腳手架在垂直位置澆築混凝土拱肋,然後從兩側逐漸將拱肋放下,重疊形成壹個拱。2001年底,日本神原谷大橋采用豎轉體法施工,為混凝土拱橋,跨度為135米。這種豎向轉體法主要用於鋼筋混凝土肋拱橋。跨度增大時,拱肋過長,豎向架設過高,旋轉難以控制,壹般只用於中小跨度。

翻譯方法最早應用於1976奧地利維也納多瑙河運河大橋。該橋為斜拉橋,跨徑布置為55.7m+119m+55.7m,轉體重量為4000t,此後該翻譯方法在法國、德國、日本、比利時、中國等國家得到應用。除斜拉橋外,還有T型橋、鋼桁橋、預應力連續橋、拱橋等。到目前為止,是比利時的本扭轉了局面。艾因大橋該橋為斜拉橋,跨徑布置為3×42m+168m,轉體重量為19500 t,於1991年建成。

3.2國內應用

1975年,中國橋梁工作者開始研究拱橋轉體施工技術,並於1977年在四川省遂寧縣首次建成跨度70m的鋼筋混凝土箱形肋拱。此後,水平轉體法在山區鋼筋混凝土拱橋中得到推廣應用。

20世紀70年代末80年代初,我國水平轉體法施工的拱橋跨度均在100m以下,且全部采用平衡重轉體法施工。為解決大跨度拱橋轉體重量大的問題,我國橋梁專家提出了不平衡重轉體施工方法,並於. 1987年成功進行了跨度為122m的四川巫山龍門大橋實驗橋施工。1988年,四川涪陵烏江大橋采用該方法成功轉體,使我國拱橋跨徑首次躍上200米大關。

隨著轉體施工技術的進步,主要是轉體結構中摩擦系數的降低和牽引能力的提高,這種方法在我國的斜拉橋和剛構橋中也得到了應用,並從山區向平原地區推廣,特別是在跨線橋的施工中。如1980,四川省金川縣曾大橋(獨塔斜拉橋,轉體重量L344t);1985江西貴溪跨線橋(斜剛構橋,轉體重量1100t);1990四川綿陽大橋(T型橋,轉體重量2350T);1997山東大李營立交橋(剛性斜拉橋,轉體重量3040t);1998貴州都拉營大橋(T型橋,轉體重量7100t)。

2003年8月6日,北京石景山混凝土斜拉橋竣工,這是北京五環的標誌性工程。位於北京石景山南站咽喉地帶。電氣化鐵路7線,遠期規劃1l線。交通密度高,平均每3分鐘就有壹列火車通過。為避免頻繁幹擾鐵路,采用轉體法施工的預應力混凝土曲線斜拉橋方案。該橋主橋為45m+65m+95m+40m連續獨塔單索面四跨預應力混凝土部分斜拉橋。轉體結構總重量為140000kN。轉體由主牽引系統直接實現,定位準確,最終閉合誤差為2mm。

近10年來,鋼管混凝土拱橋在我國的應用和發展十分迅速。為拱橋向輕型化、大跨度發展提供了可能,轉體施工法也廣泛應用於這壹橋型。在豎向轉體方面,雖然我國在80年代初就將這種方法應用於鋼筋混凝土桁架拱的施工中,但其應用壹直沒有得到推廣。1996施工的三峽蓮沱鋼管混凝土拱橋(主跨114m)和1999施工的沅江鋼管混凝土拱橋(主跨65438+235m)采用豎轉法,後者豎轉系統采用液壓同步提升技術,使豎轉技術躍上新臺階。2001貴州北盤江大橋首次在鐵路橋上采用鋼管拱結構,跨度236m,轉體重量102300kNo。在水平轉體方面,該方法應用於黃白河和三峽下勞溪的兩座鋼管混凝土上承式拱橋的施工,施工於1996。兩橋主跨均為160米,轉體重量達到。

更重要的是,豎向轉體和平面轉體相結合的方法在鋼管混凝土拱橋中的應用,使橋梁轉體施工方法進入了壹個新的發展時期。1995安陽文峰路135m鋼管混凝土拱橋首次采用該方法成功轉體。

廣州丫髻沙大橋也於6月1999+10月65438采用此方法成功合龍,並於2000年6月建成通車。丫髻沙大橋主跨360m(凈跨344m),平移重量為13685t。

4.0摘要

轉體施工是壹種比較成熟的橋梁施工方法。隨著新技術、新工藝的不斷出現及其在工程中的應用,這種方法將更安全、更可靠、操作更簡單、實施更快、成本更低。它將在橋梁建設中發揮越來越重要的作用,產生更好的社會效益和經濟效益。

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