不等跨转体斜拉桥称配重方法与流程

本申请涉及桥梁施工技术领域，特别涉及一种不等跨转体斜拉桥称配重方法。

背景技术：

近年来我国桥梁事业发展迅速，为了满足大跨度、高强度的通行需求，新建桥梁的跨径和结构形式越来越复杂，斜拉桥施工技术及转体施工方法越来越常见于当前桥梁设计及施工中。为了保证不等跨斜拉桥转体过程中，斜拉桥体系平稳转动，要求预先调整斜拉桥体系的质量分布，使其斜拉桥左右两边的质量处于平衡状态。通常，以球铰为中心，顺时针、逆时针转动力矩之和为零，从而使转动体系平衡转动，在目前的施工过程中，通过球铰两侧简单的称配重施工实现转动体系的“平衡转动”，使得斜拉桥的平衡精度较低，斜拉桥转体施工难以精确就位，严重影响斜拉桥的施工质量。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种不等跨转体斜拉桥称配重施工方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种不等跨转体斜拉桥称配重方法，包括：步骤s101、确定不等跨转体斜拉桥的平衡状态；步骤s102、根据不等跨转体斜拉桥的平衡状态，在选定断面处安装多个千斤顶及多个位移传感器：步骤s103、初步称配重：通过多个千斤顶及多个位移传感器确定不等跨转体斜拉桥的初步荷载位移曲线，并根据初步荷载位移曲线对不等跨转体斜拉桥进行初步称配重；步骤s104、二次称重及精确配重：通过多个千斤顶及多个位移传感器确定不等跨转体斜拉桥初步称配重后的二次荷载位移曲线，并根据二次荷载位移曲线对不等跨转体斜拉桥进行二次称重及精确配重。

在本申请的任一可选实施例中，在步骤s101中，不等跨转体斜拉桥的砂箱拆除前，在不等跨转体斜拉桥的撑脚处布置位移传感器，并通过位移传感器连续记录砂箱拆除过程中的撑脚位移，确定撑脚是否随砂箱拆除连续向一侧下沉，判定不等跨转体斜拉桥的平衡状态。

在本申请的任一可选实施例中，在步骤s102中，根据不等跨转体斜拉桥的平衡状态，沿不等跨转体斜拉桥的长度方向，在不等跨转体斜拉桥的球铰的两侧对称布置两组千斤顶，以及，在球铰上转盘四周对称布置四个位移传感器；其中，每组千斤顶中的两个千斤顶沿不等跨转体斜拉桥的宽度方向对称布置；沿不等跨转体斜拉桥的宽度方向对称布置的两个千斤顶之间均布置有位移传感器。

在本申请的任一可选实施例中，步骤s103包括：步骤s113、调整多个千斤顶，使多个千斤顶均处于初始顶压状态；步骤s123、根据预设加载机制对多个千斤顶进行逐级加载，并记录多个位移传感器的位移，直至位移传感器的位移出现突变；步骤s133、根据千斤顶的加载及位移传感器对应的位移，绘制不等跨转体斜拉桥的初步荷载位移曲线，并根据初步荷载位移曲线，对不等跨转体斜拉桥进行初步称配重施工。

在本申请的任一可选实施例中，在步骤s123中，预设加载机制为：开始加载时采用每级加载20吨，在千斤顶加载达到80吨后每级加载10吨，在千斤顶加载达到100吨后每级加载5吨。

在本申请的任一可选实施例中，在步骤s133中，根据初步荷载位移曲线，确定不等跨转体斜拉桥转体时的初始配重参数，初始配重参数包括：初始配重重量和初始配重位置；其中，

式中，gp为初始配重重量，mg为不等跨转体斜拉桥的不平衡力矩，l为初始配重位置，初始配重位置定义为不等跨转体斜拉桥的初始配重距离不等跨转体斜拉桥的球铰中心的距离，且初始配重位置根据不等跨转体斜拉桥的悬臂长度确定。

在本申请的任一可选实施例中，在步骤s104中，对不等跨转体斜拉桥进行二次称重，确定不等跨转体斜拉桥初步称配重施工后的二次荷载位移曲线，并根据二次荷载位移曲线确定不等跨转体斜拉桥转体时的配重精调参数，以对不等跨转体斜拉桥进行精确配重施工，配重精调参数包括：配重精调重量和配重精调位置。

在本申请的任一可选实施例中，采用固定重量的配重块进行初步配重施工，并通过调整配重块在不等跨转体斜拉桥的上的位置对不等跨转体斜拉桥进行精确配重。

在本申请的任一可选实施例中，配重块的实际重心相对理论重心偏向不等跨转体斜拉桥的边跨5厘米。

在本申请的任一可选实施例中，位移传感器采用百分表。

有益效果：

在本申请实施例提供的不等跨转体斜拉桥称配重方法中，针对不等跨斜拉桥转体施工中称配重的问题，在初步称配重施工完成后进行了二次称重，对已完初步配重进行了二次调整，制定出不等跨转体斜拉桥称配重采用恒配重条件下，通过调节力矩达到转体平衡状态，充分保证配重精度，配重精度高且操作过程安全可控，省去了既有铁路线大型吊装设备及大体量配重块的投入和使用，经济效益优势明显，实现了不等跨斜拉桥称、配重施工高效、经济、安全可控的目标。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：

图1为根据本申请的一些实施例提供的不等跨转体斜拉桥称配重方法的流程示意图；

图2为根据本申请的一些实施例提供的不等跨转体斜拉桥称配重方法中千斤顶及位移传感器的布置主视图；

图3为图2所示实施例的俯视图；

图4为根据本申请的一些实施例提供的不等跨转体斜拉桥称配重方法中步骤s103的流程示意图；

图5为根据本申请的一些实施例提供的转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时转动体重心偏向边跨的称重试验示意图；

图6为根据本申请的一些实施例提供的转动体球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩时转动体重心偏向主跨的称重试验示意图；

图7为根据本申请的一些实施例提供的转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩时球铰发生微小转动的瞬间的称重试验示意图；

图8为根据本申请的一些实施例提供的转动体球铰摩阻力矩小于转动体不平衡力矩时千斤顶回落过程中的称重试验示意图；

图9为根据本申请的一些实施例提供的转动体球铰转动摩擦系数的计算示意图。

附图标记说明：

100-千斤顶；200-位移传感器。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本申请实施例中，以昆山西路与304国道连通-高架桥工程，主桥为(155+120)m钢箱梁转体斜拉桥，转体主跨悬臂长度为147.2m，边跨悬臂长度为115.6m，转体总重量为15000吨，转体角度为逆时针45°，转体施工上跨11条既有铁路营业线为例，针对不等跨转体斜拉桥施工中的称配重方法进行说明。本申请实施例提供的不等跨转体斜拉桥方法，在整个称配重过程中对施工条件要求低、通过调节配重块力矩进行配重的施工，省去了既有铁路线大型吊装设备及大体量配重块的投入和使用，配重精度高且操作过程安全可靠，适用于跨河流、湖泊、公路、铁路等各种转体桥梁的称配重施工

在本申请实施例中，称重施工是指在梁下特定位置利用千斤顶100进行等力、不等力反顶称重，对观测数值进行分析，确定不平衡重调整值，并在梁面采用配重块加载配重，使转体结构达到平衡状态，从而达到转体过程平稳的目的。

在本申请实施例中，不等跨转体斜拉桥转体施工的关键构件是承载整个转动体重量的转动球铰，转动球铰摩擦系数的大小直接影响转体时所需牵引力的大小。在转体过程中，转动体的自平衡对施工的安全性至关重要，为保证桥梁转体的顺利进行，在转体施工前进行转动体称重实验，测试转体结构的不平衡力矩、偏心距、摩阻力矩及摩阻系数，将称重结果与理论计算值进行比较，确定不平衡调整值，进而通过二次精确配重，保证转体施工的顺利进行及精确就位。

图1为根据本申请的一些实施例提供的不等跨转体斜拉桥称配重方法的流程示意图；如图1所示，该不等跨转体斜拉桥称配重方法包括：

步骤s101、确定不等跨转体斜拉桥的平衡状态；

在本申请实施例中，通过观测不等跨转体斜拉桥的结构是否倾斜以及倾斜方向，确定不等跨转体斜拉桥的平衡状态。具体的，在不等跨转体斜拉桥的砂箱拆除前，在不等跨转体斜拉桥的撑脚处布置位移传感器200，并通过位移传感器200连续记录砂箱拆除过程中的撑脚位移，确定撑脚是否随砂箱拆除连续向一侧下沉，判定不等跨转体斜拉桥的平衡状态。

步骤s102、根据不等跨转体斜拉桥的平衡状态，在选定断面处安装多个千斤顶100及多个位移传感器200：

在本申请实施例中，如图2、图3所示，采用靠近撑脚处施力方案进行，即根据不等跨转体斜拉桥的平衡状态，沿不等跨转体斜拉桥的长度方向，在不等跨转体斜拉桥的球铰的两侧对称布置两组千斤顶100，以及，在球铰上转盘四周对称布置四个位移传感器200；其中，每组千斤顶100中的两个千斤顶100沿不等跨转体斜拉桥的宽度方向对称布置；沿不等跨转体斜拉桥的宽度方向对称布置的两个千斤顶100之间均布置有位移传感器200。在本申请实施例中，位移传感器200采用百分表。

在本申请实施例中，以昆山西路(155+120)m非对称独塔钢箱斜拉桥为基础，结合现场条件，确定该不等跨转体斜拉桥的重力约为为n＝117000kn，根据经验，摩阻系数取μ＝0.05，可知，该桥的设计静摩擦力矩为0.98×0.05×n×8＝65856kn·m。在距转体中心线5.8m处，每侧布置2台600吨千斤顶100，每台千斤顶100需要的顶力约为：65856kn·m÷(2×5.8m)＝5677kn，因而，采用600吨千斤顶100。

步骤s103、初步称配重：通过多个千斤顶100及多个位移传感器200确定不等跨转体斜拉桥的初步荷载位移曲线，并根据初步荷载位移曲线对不等跨转体斜拉桥进行初步称配重；

在本申请实施例中，不等跨转体斜拉桥平衡式表现为两种方式：

一、转动体球铰摩阻力矩(mz)大于转动体不平衡力矩(mg)，此时，梁体不发生绕球铰的刚体转动，体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持；

二、转动体球铰摩阻力矩(mz)小于转动体不平衡力矩(mg)，此时，梁体发生绕球铰的刚体转动，直到不等跨转体斜拉桥的撑脚参与工作，体系的平衡由球铰摩阻力矩(mz)、转动体不平衡力矩(mg)和撑脚对球心的力矩所保持。

在本申请实施例中，考虑到转动体球铰摩阻力矩(mz)小于转动体不平衡力矩(mg)时，千斤顶100逐渐回落过程中球铰发生微小转动时的力测量较为困难，在称重试验中采取随时增设配重，调整不平衡力矩(mg)，确保转动体球铰摩阻力矩(mz)大于转动体不平衡力矩(mg)。

图4为根据本申请的一些实施例提供的不等跨转体斜拉桥称配重方法中步骤s103的流程示意图；如图4所示，步骤s103包括：

步骤s113、调整多个千斤顶100，使多个千斤顶100均处于初始顶压状态；

在本申请实施例中，通过调整多个千斤顶100，多个千斤顶100均处于初始顶压状态，对转体结构进行顶放，使不等跨转体斜拉桥的主梁脱架，便于对不等跨转体斜拉桥进行称重试验，为不等跨转体斜拉桥的转体施工提供基础。

步骤s123、根据预设加载机制对多个千斤顶100进行逐级加载，并记录多个位移传感器200的位移，直至位移传感器200的位移出现突变；

在本申请实施例中，称重试验在本桥主、边跨两侧上转盘底部布置4台600吨级千斤顶100，用以对转体结构进行顶放，每台千斤顶100需准确标定以便测定实际支点反力大小，在球铰上转盘四周对称布置4个百分表以观测称重过程中的微小转动。

在本申请实施例中，预设加载机制为：开始加载时采用每级加载20吨，在千斤顶100加载达到80吨后每级加载10吨，在千斤顶100加载达到100吨后每级加载5吨。籍此，通过逐步缩小每级的加载重量，以对位移传感器200的位移进行精准监测，实现位移传感器200的位移突变的精确控制。

步骤s133、根据千斤顶100的加载及位移传感器200对应的位移，绘制不等跨转体斜拉桥的初步荷载位移曲线，并根据初步荷载位移曲线，对不等跨转体斜拉桥进行初步称配重施工。

在本申请实施例中，通过初步何在位移曲线确定不等跨转体斜拉桥转体时的临界力、不平衡力矩、摩阻力矩、偏心距等，实现对不等跨转体斜拉桥进行初步称配重施工。

在本申请实施例中，在称重试验时，当转动体球铰摩阻力矩(mz)大于转动体不平衡力矩(mg)时，

当转动体重心偏向边跨，在边跨侧实施顶力(p1)，如图5所示，当顶力(p1)逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：

p1l1+mg＝mz………………………………(1)

当转动体重心偏向主跨，在主跨侧实施顶力(p2)，如图6所示，当顶力(p2)逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：

p2l2＝mz+mg………………………………(2)

其中，l1、l2分别为顶力(p1)、顶力(p2)距离不等跨转体斜拉桥的球铰中心的距离。

由(1)、(2)可得到不等跨转体斜拉桥的不平衡力矩(mg)为：

摩阻力矩(mz)为：

在本申请实施例中，在称重试验时，当转动体球铰摩阻力矩(mz)小于转动体不平衡力矩(mg)时，

在转动体重心偏向主跨，在主跨侧实施顶力(p2)，如图7所示，当顶力(p2)(由撑脚离地的瞬间算起)逐渐增加到使球铰发生微小转动的瞬间，有：

p2l2＝mz+mg………………………………(3)

当顶升到位(球铰发生微小转动)后，使千斤顶100回落，千斤顶100逐渐回落过程中球铰发生微小转动时的力为(p2′)，如图8所示，有：

p2′l2＝mg-mz………………………………(4)

由(3)、(4)可得到不等跨转体斜拉桥的不平衡力矩(mg)为：

摩阻力矩(mz)为：

在本申请实施例中，在称重试验时，转动体球铰在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小角度的竖向转动。摩阻力矩为摩擦面每个微面积上的摩擦力对球铰中心竖直法线的力矩之和，如图9所示，将球铰分为多个微圆环，微圆环面元与球铰中线的夹角为θ，半径为r，圆环宽度为ds，则，

其中，r为球铰半径，单位为米(m)，α为球铰中心角的一半，单位为度(°)；n为转动体重量，单位为千牛(kn)，μ为球铰静摩擦系数。

在本申请实施例中，以昆山西路(155+120)m非对称独塔钢箱斜拉桥为基础，结合现场条件，确定该不等跨转体斜拉桥的重力约为为n＝117000kn。

在本申请实施例中，r＝8m；α＝13.739°，n＝11700kn，因而，静摩擦系数

该计算结果与将摩擦面按平面考虑计算结果(根据经验摩阻系数取μ＝0.05)极其接近，误差小于2％。

在本申请实施例中，采用四氟乙烯片并填充黄油的球铰静摩阻系数和偏心距为：

转动体偏心距(e)为：

在一些可选实施例中，在步骤s133中，根据初步荷载位移曲线，确定不等跨转体斜拉桥转体时的初始配重参数，初始配重参数包括：初始配重重量和初始配重位置；其中，初始配重重量(gp)为：

式中，gp为初始配重重量，mg为不等跨转体斜拉桥的不平衡力矩，l为初始配重位置，初始配重位置定义为不等跨转体斜拉桥的初始配重距离不等跨转体斜拉桥的球铰中心的距离，且初始配重位置根据不等跨转体斜拉桥的悬臂长度确定。初始配重位置布置于距悬臂梁端4m处，则l＝悬臂长度-4m，籍此，有效减小配重，便于吊装及布置。

步骤s104、二次称重及精确配重：通过多个千斤顶及多个位移传感器确定不等跨转体斜拉桥初步称配重后的二次荷载位移曲线，并根据二次荷载位移曲线对不等跨转体斜拉桥进行二次称重及精确配重。

在本申请实施例中，在初步称配重完成后，对不等跨转体斜拉桥进行二次称重，并对初始配重效果进行检验，通过二次荷载位移曲线，对已完成的初始配重进行二次调整，以充分保证配重精度，有效提高不等跨转体斜拉桥称配重的施工质量。

在一些可选实施例中，在步骤s104中，对不等跨转体斜拉桥进行二次称重，确定不等跨转体斜拉桥初步称配重施工后的二次荷载位移曲线，并根据二次荷载位移曲线确定不等跨转体斜拉桥转体时的配重精调参数，以对不等跨转体斜拉桥进行精确配重施工，配重精调参数包括：配重精调重量和配重精调位置。

在本申请实施例中，对箱梁体系完成配重施工后，随即进行二次称重试验，对初始配重效果进行具体验证并重新计算，并出具配重精调参数，指导二次配重精调施工。具体的，采用固定重量的配重块进行初步配重施工，并通过调整配重块在不等跨转体斜拉桥的上的位置对不等跨转体斜拉桥进行精确配重。籍此，通过调节配重力矩达到转体平衡状态，充分保证配重精度，配重精度高且操作过程安全可控，省去了既有铁路线大型吊装设备及大体量配重块的投入和使用。

在本申请实施例中，配重块采用固定重量的预制混凝土块进行配重施工，通过叉车调整配重块在梁面位置的方式增大或减小配重块的力臂实现箱梁精确配重。

在本申请实施例中，配重块的实际重心相对理论重心偏向不等跨转体斜拉桥的边跨5厘米。籍此，可有效降低配重重量，转体时启动所需的牵引力相对较小，使转体过程安全平稳。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。