一种钢管混凝土转铰装置、转动系统及确定转动系统参数的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及桥梁设计施工技术，特别涉及一种钢管混凝土转铰装置、转动系统及确定转动系统参数的方法。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，在跨越运营繁忙的铁路、公路时，转体法施工由于对既有线运营影响干扰最小，得到越来越广泛的应用。转体适用的桥梁跨度范围较广，转体重量从几百吨到上万吨，因此对于不同重量转体的参数选择与设计就显得尤为重要。
[0003]转铰是转体系统中的重要构件。在现有技术中，早期的转铰一般都是采用混凝土球铰，但其承载力较低、摩擦系数较大，使用受到限制。近年来，钢转铰由于良好的转动性能及较高的承载能力而被越来越广泛地使用。钢球铰主要有平铰、球铰及球面平铰，主要由上下转铰钢板、加强肋板、环形加强肋板、中心定位轴及上下转铰间的滑板等部件组成。但是，转铰的平面尺寸除了受到上下转铰间滑片应力的控制外，还受到转铰与上下接触混凝土的应力控制。目前，滑片在约束坑内容许压应力可达70MPa，但与上下转铰接触混凝土，以C50为例，中心受压容许应力仅有13.4MPa，因此需增加转铰平面直径或加大混凝土接触平面尺寸来满足受力要求，因此上下转盘尺寸也将相应增大，大大增加了建造成本和施工难度。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提供一种钢管混凝土转铰装置、转动系统及确定转动系统参数的方法，从而可以有效地减小转铰直径及上下转盘平面尺寸、方便安装、节省材料、节省造价、降低成本和施工难度，提高转铰使用的经济性及安全性。
[0005]本发明的技术方案具体是这样实现的:
[0006]—种钢管混凝土转铰装置，该钢管混凝土转铰装置包括:上球铰钢管、上球铰钢板、下球铰钢管、下球铰钢板和销轴；
[0007]所述上球铰钢板设置在所述上球铰钢管的底部，且所述上球铰钢板和上球铰钢管形成一个底部密封的第一容纳腔；
[0008]所述下球铰钢板设置在所述下球铰钢管的顶部，且所述下球铰钢板和下球铰钢管形成一个顶部密封的第二容纳腔；
[0009]所述第一容纳腔和第二容纳腔中均填充有混凝土；
[0010]所述上球铰钢板的下表面为凸球面;所述下球铰钢板的上表面为凹球面；
[0011 ]所述上球铰钢板的下表面与所述下球铰钢板的上表面之间设有滑片；
[0012]所述上球铰钢板和下球铰钢板的中心处开设有圆孔并设置有销轴套管;所述上球铰钢板和下球铰钢板通过穿过所述上球铰钢板和下球铰钢板的圆孔和销轴套管的销轴连接。
[0013]较佳的，该钢管混凝土转铰装置还进一步包括:上座板和下座板；
[0014]所述上座板设置在所述上球铰钢管的顶部;所述下座板设置在所述下球铰钢管的底部；
[0015]所述销轴套管和销轴的顶部伸入所述上座板中，所述销轴套管和销轴的底部伸入所述下座板中。
[0016]较佳的，所述上球铰钢板和下球铰钢板中设置有多个支撑肋板；
[0017]每个支撑肋板上设置有多个可供钢筋穿过的钢筋孔。
[0018]较佳的，所述上座板通过螺栓与上转盘上的预埋钢板连接，所述下座板通过螺栓与下转盘上的预埋钢板或预埋套筒连接。
[0019]较佳的，该钢管混凝土转铰装置还进一步包括:下座板；
[0020]所述下座板设置在所述下球铰钢管的底部；
[0021 ]所述销轴套管和销轴的底部伸入所述下座板中。
[0022]较佳的，所述上球铰钢管的顶部伸入到上转盘中。
[0023]较佳的，所述上球铰钢管和/或下球铰钢管的内壁上设置有多个用于固定钢筋的钢筋孔。
[0024]本发明还提供了一种转铰装置的转动系统，该转动系统包括:上述的钢管混凝土转铰装置、至少两个撑脚、环道、上转盘和下转盘；
[0025]所述转铰装置的顶部与所述上转盘连接;所述转铰装置的底部与所述下转盘连接；
[0026]所述上转盘的底面的两端均分别对称地设置有撑脚；
[0027]所述环道设置在所述下转盘的上表面，用于支撑所述撑脚。
[0028]较佳的，当进行转动时，所述撑脚沿着所述环道滑动。
[0029]本发明还提供了一种确定上述的转动系统的参数的方法，该方法包括:
[0030]根据转体重量G确定转铰平面直径D，根据转体重量G和转铰平面直径D确定转铰滑动球面半径r;
[0031]按照转动体系的平面位置计算得到转铰承担的重量内及撑脚分担的重量P1;
[0032]根据撑脚与环道间的摩擦系数以及上下转铰之间的摩擦系数，计算得到撑脚的静摩阻矩和转铰的静摩阻矩；
[0033]根据静摩阻矩与牵引力矩平衡的关系，计算得到转体启动状态时的启动牵引力F0以及正常状态时的正常牵引力^;
[0034]计算转体称重时的静起顶力和动起顶力。
[0035]较佳的，所述转铰球面直径r为:
[0036]当6<2万吨时4 = 1?30;当6>2万吨时4 = 3?60。
[0037]较佳的，使用如下公式计算PjPP2:
[0038]p1 = Ge/L;
[0039]P2=(L-e)G/L；
[0040]其中，e为上转盘结构重心距转动中心的距离，L为滑道中心到转体中心的距离。
[0041]较佳的，使用如下公式计算撑脚的静摩阻矩和转铰的静摩阻矩:
[0042]Tmoi=UoPiL;
[0043]Tm02=yoP2D/3；
[0044]其中，TmQ1为撑脚的静摩阻矩，TmQ2为转铰的静摩阻矩，μο为静摩擦系数。
[0045]较佳的，使用如下所述的公式来计算总的牵引力矩Tq0:
[0046]Tm0 = Tm01+Tm02 ；
[0047]Tqo = 2FoR；
[0048]其中，Tm0为总静摩阻矩，TqQ为总的牵引力矩，Fo为启动牵引力，R为上转盘半径。
[0049]较佳的，使用如下公式计算启动牵引力Fo和正常牵引力F1:
[0050]Fo = W(2R)；
[0051 ] Fi = W(2R)；
[0052]其中，Tml为总动摩阻矩。
[0053]较佳的，当起顶设备设置在滑道处时，使用如下公式计算静起顶力和动起顶力:
[0054]Tmj = UoGr;
[0055]Tmd = UiGr;
[0056]Pj = yoGr/L；
[0057]Pd = yiGr/L；
[0058]其中，Tmj为静摩阻矩，Tmd为动摩阻矩，m为动摩擦系数，Pj为静起顶力，Pd为动起顶力。
[0059]较佳的，上下转铰间采用滑片时的静摩擦系数为0.02?0.025，而动摩擦系数则为
0.005 ?0.015。
[0060]如上可见，本发明所提供的钢管混凝土转铰装置及其转动系统，由于在上、下转铰外包钢管，因而可以有效提高混凝土的局部承压能力，既能提高混凝土局部应力，又可大大地减小转铰直径及上下转盘平面尺寸、节省材料、降低成本和施工难度，尤其是在墩顶转体空间受限的场景下体现更为明显。而且，在进行实际设计时，钢管混凝土转铰可根据具体工程需要和现场安装条件，增设转铰上下座板与上下钢管相连形成封闭的钢管混凝土转铰，上下座板通过螺栓与上下转盘预埋钢板相连，从而避免了与转铰接触混凝土振捣不密实等问题，增强了转铰的安全性及稳定性。
【附图说明】
[0061]图1为本发明实施例中的钢管混凝土转铰装置的结构示意图。
[0062]图2为本发明实施例中的支撑肋板的示意图。
[0063]图3为本发明另一个实施例中的钢管混凝土转铰装置的结构示意图。
[0064]图4为本发明实施例中的转动系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0065]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0066]本实施例提供了一种钢管混凝土转铰装置及其转动系统。
[0067]图1为本发明实施例中的钢管混凝土转铰装置的结构示意图。如图1所示，本发明实施例中的钢管混凝土转铰装置包括:上球铰钢管11、上球铰钢