多点支撑转体系统球铰受力特性模型试验研究

球铰作为桥梁转体系统的关键承力构件,其受力特性对桥梁转体安全至关重要。该文以跨襄阳北编组站大桥为对象,开展多点支撑转体系统球铰受力特性模型试验,详细分析承力支腿数量、桥梁转动速度、轨道平顺性和风荷载对球铰应力的影响,探讨不同工况下球铰应力的变化规律。试验结果表明：增加承力支腿数量可以使上、下球铰受力更为均匀;在转动加速阶段,球铰受加速度效应影响显著,在匀速转动阶段,上球铰的应力变化随着转体角度的增大逐渐增大,而下球铰受力较为均匀,建议转速控制为0.02～0.04 rad/min;轨道不平顺会增大球铰应力变化,随着不平顺度的增大,球铰应力变化也随之增大;在风荷载作用下,下球铰受力较为均匀,而上球铰应力变化随着转动角度的增大而增大,应避免在高风速下进行转体。     

桥梁转体施工中球铰接触应力分析研究

转体施工是桥梁建造中重要的方法之一。转体施工中,其转动装置处于高应力状态。因此,对转动装置的接触应力分析是确保结构安全、转动顺利完成的关键性工作。获得准确的接触应力分布,亦是后续计算摩擦力、摩擦力矩的基础。以茂湛铁路跨线桥为例,建立了两种有限元接触模型,对转动球铰进行数值分析,获得了球铰表面接触应力分布规律。数值分析表明:球铰表面接触应力呈现出中间向两边逐渐增大的分布特征。两种有限元模型的结果基本一致,其中弹簧模型有更高的计算效率。按照获得的接触应力分布计算摩擦力,比规范方法更接近试验值。采用的有限元模型及得到的接触应力分布规律,可以在转体施工接触应力分析中应用与推广。     

基于非赫兹接触理论下的转体施工过程抗倾覆分析

以往转体桥球铰受力分析均基于《公路桥涵施工技术规范》,即简化为平面来进行协调接触应力计算,其转体过程中转动系统的抗倾覆能力由球铰的竖向摩阻力矩提供。文中基于非赫兹接触理论进行球铰接触应力的计算,进而推导球铰的抗倾覆力矩,并通过与实际测量结果与计算倾覆力矩的比较,得出相对于《公路桥涵施工技术规范》的简化算法,基于非赫兹接触理论下转体施工的桥梁抗倾覆能力算法的优越性,结果显示该算法的精度较基于简化算法的计算精度更高。     

桥梁T型悬臂转体施工的钢球铰节点应力研究

桥梁转体施工整个工程最重要的核心设备是转动球铰,转动球铰承担着整个桥体旋转过程中载荷传递的重任,转动球铰制作和操控精度,事关整个工程质量甚至工程施工的成败。对桥梁T型悬臂转体施工的钢球铰节点应力进行专题研究。     

转体施工中转动体系有限元分析

以广深沿江高速公路深圳段二期工程深中通道深圳侧接线H匝道大曲率钢箱梁转体施工中转动体系为研究对象,利用ANSYS软件分析该转动体系在偏载、摩擦力和牵引力作用下的挠度变形、应力分布状态及转动主体桥梁偏心、总质量对其的影响。结果表明,该桥转动系统整体受力合理,结构安全。     

桥梁平转施工中球铰界面的摩擦力精确计算方法及验证

转体施工是桥梁施工中的重要方法,中国已成功将该技术应用于数百座大跨桥梁的施工。大吨位转体施工中,摩擦力的计算至关重要,但现有工程实践中给出的近似计算方法与工程试验值有较大差距。因此,精确的摩擦力和摩阻力矩计算理论,是转体施工中亟待解决的问题。首先采用称重原理获得竖向摩阻力矩,然后利用接触理论求得接触面的应力分布规律,并推导出竖向摩阻力矩理论公式,进而求得摩擦因数。之后,利用获得的摩擦因数,根据接触面的应力分布规律,获得了平转过程中的水平摩阻力矩和牵引力。最后,进一步将前述方法推广到带滑块的转体装置中,获得统一的摩擦因数、摩阻力矩计算方法。将该方法和有限单元法的计算结果进行对比,两者高度吻合;和实际工程数据对比,显示所提方法的结果更加合理、准确。主要结论如下：①根据称配重方法计算摩擦因数时,现有近似计算方法获得的摩擦因数,随着球铰参数α的增加误差逐渐增大。②球铰表面接触应力呈现出中间向两边逐渐增大的分布特征,现有计算方法假设均匀的法向接触应力分布与实际应力分布差距较大。无滑块转体装置中,有限元模型计算所得水平转动摩阻力矩比现有近似方法计算的大14.3%;而该方法计算值与有限元结果误差仅为3.0%。③在带滑块转体装置中,与工程实测值相比,现有近似方法和该改进方法获得的水平转动摩阻力矩误差分别为31.4%和23.7%。由此可见,该方法进一步提高了计算准确度。     

考虑不平衡力矩作用下的转体球铰设计方法研究

针对平转法转体桥梁转体球铰常规设计法忽略不平衡力矩造成球铰设计安全储备不足或后期转体困难等问题,提出考虑不平衡力矩作用下的转体球铰设计方法,以成都某T构转体桥为背景进行研究。采用MIDAS FEA软件建立转体球铰部分有限元模型,分析钢制球铰半径改变对结构受力的影响规律;然后推导不平衡状态下球铰应力计算公式,通过转体结构的受力关系,根据撑脚是否着地的设计目标,按结构对称与非对称,给出球铰半径的确定方法,进而确定启动力矩等其他设计参数;最后结合转体桥梁工程实例验证该方法的适用性及准确性。结果表明：考虑不平衡力矩作用下的球铰设计方法适用于当前不同转体工程实例,其适用范围更广、安全性更好;转体球铰设计时应预先考虑不平衡力矩对球铰设计的影响。     

基于声发射技术的转体桥转动球铰内部受力状态监测

为了掌握桥梁在转体过程中球铰内部受力状态,优化转动球铰的参数设计,根据声发射技术的特点,提出转体过程声发射技术的基本思路和方法,设计声发射装置和传感器布置方案。通过监测信号频率分析,评价转动球铰内部是否出现异常情况。结果表明,基于各向量组相识程度MAC取值的异常判别准则,认为当实时MAC0.5时存在声信号异常。同时根据声信号时间差确定声异常信号的发生位置。通过工程实例,证明监测方法简便可行。     

转体施工工艺

为减少上跨结构施工对运输繁忙的通航河流(或铁路)的影响,采用转体施工工艺,转体结构由转体下盘、球铰、上转盘、转动牵引系统组成。     

武汉长丰大道高架桥不平衡重称重试验

武汉长丰大道高架桥为(55+90+90+55) m预应力混凝土连续刚构桥,位于曲线上。38号、39号墩上部箱梁采用先支架浇筑后平转的施工方法,转体重量分别约155 000 kN、135 000 kN。为指导该桥正式转体,采用球铰竖向转动法进行不平衡重称重试验。首先通过理论分析称重过程中球铰受力,推导球铰处于静、动摩擦状态之间的极限状态时最大静摩阻力矩、不平衡力矩、重心偏心量及静摩擦系数公式;然后分析顶升力与位移试验结果,确定极限状态时的顶升力并代入公式,推算转动相关参数值。该桥横向、纵向重心偏心量分别设置为0 m、0.050 m;根据不平衡力矩,设置纵横向配重;试转时38号、39号墩转动体启动牵引力实测值分别为674 kN、531 kN,与计算值较接近,满足平转牵引要求。