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。     

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。     

平转桥梁转动体系受力分析

转动体系在转体施工过程中受力集中且往往存在偏心现象,其受力安全性直接攸关转体施工的成败,分析转动体系受力状态对确保桥梁转体施工具有重要意义。在明确桥梁转体工程转动体系常见受力状态的基础上,以实际工程为背景建立转动体系局部仿真模型,对上转盘、下转盘、球铰及球铰加劲肋进行详细的受力分析。结果表明:无偏心状态球铰接触应力由内向外先增大后减小,最大接触应力出现在球铰边缘附近;各部分Von Mises应力及下转盘竖向正应力随偏心程度的加剧呈一侧增大一侧减小;下转盘偏心方向两侧的混凝土竖向正应力差值随偏心程度的增大而增大,工程上可据此估计不平衡力矩。     

竖转施工钢-混凝土组合拱桥转动铰力学性能分析

转动铰是连接拱桥拱座与拱肋的临时施工构造,在放张式竖转合龙过程中,转动铰是全桥转体施工成功与否的关键.针对重庆万盛藻渡大桥,建立该桥转动铰实体接触有限元模型,研究转动铰局部应力分布.结果表明:施工过程中转动铰结构整体处于较低的应力状态,局部存在应力集中现象,并据此提出2个控制因素.     

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。     

某跨铁路大吨位转体斜拉桥球铰设计研究

转体铰是转体施工中的核心部件,目前使用最多的转体铰是平铰和球铰,选择和设计合理的转体铰对保证工程质量和节省工程成本具有重大的意义[1]。某跨铁路转体斜拉桥,其转体重量约为8万吨,远远超过了已有的工程实践。文章以该大桥项目为工程背景,主要通过平铰和球铰物理特性的比较,以及预应力混凝土和钢材两种转体铰材料的比选,选择合理的转体铰类型和材料进行设计分析,并通过有限元分析软件Midas Civil来分析转体铰的强度和刚度是否满足承载要求,为本工程超大吨位转体施工选择和设计合理的转体铰提供依据。     

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。     

基于球铰应力差法的T构转体桥不平衡力矩预估

为对T形刚构转体桥转体前的平衡配重提供依据,对该类桥梁转体时的不平衡力矩预估方法进行研究。根据偏心受压构件应力分布规律,推导出该类桥梁基于球铰下应力差的不平衡力矩理论计算公式,进而运用通用有限元软件建立球铰细部分析模型,对不平衡力矩的数值进行预估,并结合称重试验实测数据,对比分析预估方法的可行性和预估数值的工程精度。通过工程实例分析表明:基于应力差法预估T形刚构桥转体时的不平衡力矩,方法简便可行,且预估数值具有足够的工程精度,可根据预估结果对该类桥梁转体进行平衡配重。     

桥梁极不对称转体齿轮驱动体系设计

武汉市常青路跨汉口火车站立交为(95+105)m连续钢箱梁,采用转体法施工。受城区作业场地限制,现场采用(91.4+43.8)m极不对称转体结构,转体重量约86 000kN,球铰两端重量相差30 000kN。为满足桥梁结构受力要求,在长臂端设置辅助支撑并结合短臂端配重,使转体结构达到平衡状态;在销轴与上球铰间预留足够的间距,以避免上球铰与销轴接触;取消转台处牵引索,在2处辅助支撑下部设置滚轮小车和驱动装置,由驱动装置带动滚轮小车及其上部的辅助支撑、梁体实现桥梁转体。制作1∶5实体试验模型并进行模型试验。试验结果表明:各指标试验值与有限元模型计算值吻合良好,当转体角速度控制在0.02rad/min以内时,各指标试验值基本不发生变化,验证了该齿轮驱动体系的可行性、平稳性和安全性。     

桥梁转体施工中球铰静摩擦系数计算方法

为得到桥梁转体施工中球铰静摩擦系数的准确值,对其计算方法进行研究。根据球铰法不平衡称重试验测试球铰摩阻力矩,对桥梁转体施工的不平衡称重进行数学分析,建立新的球铰摩阻力矩计算数学模型,推导了球铰摩阻力矩和静摩擦系数计算公式。采用常规公式和新公式对2个工程实例称重试验过程中的静摩擦系数进行了计算,并与实测值进行比较,对比结果表明,在称重试验过程中,按照常规公式计算的静摩擦系数与实际牵引力反推计算的静摩擦系数存在较大的偏差,按新公式计算的静摩擦系数与实际牵引力反推计算的静摩擦系数吻合较好,验证了新公式的准确性。对桥梁转体施工中球铰静摩擦系数设计取值提出了合理化建议。     

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。     

转体施工连续刚构桥主墩群桩基础受力分析

转体施工连续刚构桥在跨铁路桥型中具有施工干扰小、工期短的突出优点,其在中国应用日益广泛。桥梁转体施工时,上部结构及主墩自重全部由球铰传递至墩底承台,承台受力状态与成桥阶段差异显著。该文结合武汉市长丰大道跨汉宜铁路、汉丹铁路转体施工连续刚构桥群桩基础设计,建立承台-桩-土整体分析模型,分析转体球铰集中荷载作用下群桩基础的受力性能。结果表明:考虑桩-土接触的数值分析方法模拟球铰集中荷载作用下群桩基础荷载传递机理是可行的,并据此验证了承台结构设计的合理性。     

桥梁竖转施工转动铰力学性能有限元分析

针对竖转施工桥梁转动铰受力特性复杂的特点,依托重庆万盛藻渡大桥实体工程建立转动铰实体有限元接触模型。结果分析揭示了转动铰应力分布特性,据此提出2点设计要求,且推荐了转动铰的承载力验算公式。     

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。     

RPC球铰的应用

为了保证转体施工的质量、进度和使用的安全性,采用RPC(活性粉末混凝土)球铰。对比了混凝土球铰、钢球铰、RPC球铰之间的优劣性,并验证了其安全性。以实际的工程为例,分析了RPC球铰在转体施工中的应用过程。结果表明:工程中使用的RPC球铰承载力大、加工工序简单、成本投入小,在保证转体施工的质量、进度和施工安全性方面都有积极的作用。     

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。     

桥梁水平转体平衡称重试验测试原理及方法

由于桥梁水平转体施工的误差极易造成转体墩两侧梁体重量不平衡,对转体球铰产生不平衡力矩,使桥梁在转体过程中可能发生倾覆,故转体前应对梁体进行平衡称重试验。从理论上对球铰结构的不同受力阶段进行力学分析,推导出桥梁转体球铰平衡受力原理,结合工程实例,开展了平衡称重试验测试方法研究。实践证明,以上方法测试精度较高,成本较低,可以保证桥梁转体过程的平稳性和安全性。     

T型刚构桥梁转体系统设计理论研究

本文结合杨凌大道上跨陇海铁路转体施工工程,对公路转体系统的设计、转体球铰的计算方法进行了详细的研究,并给出了一些经验性参数。在实际应用中,该转体系统设计安全、有效,为转体施工工程设计提供了依据。     

桥梁水平转体平衡称重试验测试原理及方法

由于桥梁水平转体施工的误差极易造成转体墩两侧梁体重量不平衡,对转体球铰产生不平衡力矩,使桥梁在转体过程中可能发生倾覆,故转体前应对梁体进行平衡称重试验。从理论上对球铰结构的不同受力阶段进行力学分析,推导出桥梁转体球铰平衡受力原理,结合工程实例,开展了平衡称重试验测试方法研究。实践证明,以上方法测试精度较高,成本较低,可以保证桥梁转体过程的平稳性和安全性。     

跨沪宁高速公路大吨位钢球铰转体施工工艺

以无锡市高浪路跨沪宁高速公路箱梁成功转体为背景,详细介绍用大吨位钢球铰转盘及预埋牵引索进行连续牵引跨线的转体工艺。与传统混凝土球铰转体相比,能克服球铰加工制作、磨合等工艺烦琐复杂、控制精度低等缺点,可使整个转体施工更加快速、简便、安全、易控,是一种值得推广的新型转体工艺。