预应力混凝土转体连续梁平转施工关键技术分析

边向平

（中铁十七局集团第一工程有限公司，山东 青岛 266555）

0 引言

混凝土连续梁指的是两跨以上的连续桥梁，并且该桥梁属于超静定体系，具有刚度大、整体性能好、承载力高等特点[1]。该类桥梁在恒活载作用下，会形成支点负弯矩，对跨中正弯矩形成卸载作用，可极大程度保证桥梁内力状态均匀[2]。混凝土连续梁具有上述优势的同时，也存在一定不足[3]，由于其跨数较多，因此在施工过程中，会导致桥面线性结果、合拢段两悬臂标高与设计结果之间偏差加大[4]，影响结构的内力状态，不满足工程设计要求。预应力是为提升结构服役能力[5]，在施工过程中，添加至结构中的压应力，以此抵消结构荷载导致的拉应力，避免结构发生损坏[6]。因此，预应力混凝土连续梁在桥梁工程中被广泛应用。桥梁施工环境均较为复杂，正常情况需面临深水、峡谷等复杂环境，因此，为保证其施工效果，减少施工成本，转体施工法则被重点研究。

转体施工法是在两侧河岸的合理位置进行半桥预制，并以桥梁结构自身作为转动体，利用相关设备将两个半桥同时转体至桥位轴线处，进行合拢处理后成桥。该施工法具有装置简单、不影响交通、施工工序复杂程度较低等优势。为详细分析该施工法对预应力混凝土转体连续梁的施工效果，本文以西苕溪左线特大桥63＃～66＃墩（72+128+72）m单线预应力混凝土转体梁为例，对平转施工关键技术展开相关研究和分析。

1 工程概况

西苕溪左线特大桥63＃～66＃墩为（72+128+72）m单线预应力混凝土转体梁上跨双线铁路，铁路和线路大里程之间夹角为162.7°，主梁的施工在线路两侧完成，桥梁整体长度为273.5m，桥梁建筑宽度为7.7m，转体长度由两部分组成，分别为主梁和边跨，其总长度为63m+63m，转体总重量为8000t，转体墩号分别为64#和65#，两者的转体角度分别为逆时针旋转14°和19°，旋转过程中悬臂梁总长为126m，0#段以支架现浇进行施工，其余阶段则采用挂篮悬臂浇筑施工，形成T构后转体到位，再进行合拢段施工。转体施工立面设计结构如图1所示；主墩桩基、承台工程结构参数如表1所示。

表1 主墩桩基、承台工程结构参数

图1 预应力混凝土连续梁转动体系结构示意图

2 转体施工关键技术

2.1 转体牵引体系

本文为实现连续梁的平转施工，采用平转牵引体系，该牵引体系主要包含动力系统、牵引索、牵引反力座，其体系结构如图2所示。

图2 平转牵引体系结构

转体施工过程中，使用的设备为全液压以及自动运行系统，同时需保证其较好的牵引力以及平衡性，保证在转体施工时不会发生冲击颤动现象。

2.2 转动系统平面结构

桥梁的转体过程比较复杂、技术难度较大、精度要求高，是全桥施工的关键步骤，本文结合工程的实际情况以及设计方案，制定预应力混凝土转体连续梁的转体施工方案。转体结构整体由多个部分组成，分别为下转盘、球铰、上转盘、转体牵引系统、助推系统、轴线微调系统等，转动系统整体平面结构如图3所示。

图3 转动系统整体平面结构

2.3 转体施工步骤

（1）转体下转盘施工。

整体转动系统中，主要依据下转盘完成支撑，下转盘是由多个部分组成，例如下球铰、撑脚的环形滑道等多个部分。其实现支撑的核心为八边形的桩基承台，在承台顶端10.5m的直径范围内，进行厚度为0.5m的混凝土后浇施工；并且为保证下转盘的稳定性，在该部分中安装受力钢筋网，同时在球铰下面位置处安装加强钢筋。下转盘施工过程中，核心施工内容为上下球铰施工，该施工的效果直接影响转体的整体施工质量，因此其施工精度标准较高。

骨架定位需在混凝土浇筑前完成，为保证滑道、球铰平面的施工精度，通过调整螺栓对其进行精确调整，保证每一个平面之间的相对高差均在0.5mm以内。在此基础上，进行等级为C50混凝土后浇施工。转体施工后，下转盘和上转盘之间通过封铰进行连接，形成共同承台。

（2）球铰施工。

球铰是整个转动系统的核心，也是决定转体施工质量的重要部分，因此，需保证球铰的制作精度，文中使用的球铰结合工厂需求确定，为半径77.7m、80000kN钢球铰，其包含上、下两片。

（3）上转盘撑脚与下转盘滑道施工。

转动系统施工时，结构的平稳性和上转盘撑脚之间存在直接关联，因此，本文结合工程实际设计方案以及施工需求，采用6个撑脚设计，将其布置在上转盘周围；同时将宽度为1.2m的滑道安装在撑脚下方位置。安装时保证滑道的中心半径为4.25m，转体时撑脚的滑动范围则在该半径内，以此保证转体结构的稳定性；同时，须确保滑道面位于同一个水平面上，相对高差不可超过0.5mm。撑脚平面布置图如图4所示。

图4 撑脚平面布置图

在设计撑脚时，其整体为2根Φ900mm×16mm 双圆柱形钢管；并且将厚度为2cm的后钢板安装在其下方，将等级为C50、具有微膨胀特性的混凝土浇灌在钢管内。撑脚的安装需在下转盘混凝土灌注以及上球铰安装完成后进行；将厚度为2cm的钢板作为转体结构和滑道之间的间隙，完成上转盘混凝土灌注施工后，将该钢板去除。与此同时，为降低转体在转动过程中的摩擦力，将厚度为0.3cm的四氟滑板安装在下滑道的支撑腿下面。

（4）转体上转盘施工。

转动系统重量大，上转盘的主要作用是承压，因此，上转盘施工时需安装多层钢筋网以及抗剪钢筋；由于上转盘是实现球铰、撑脚、桥墩之间连接的核心，因此在施工时需安装牵索，并且牵索的安装需严格按照相关标准完成。上转盘施工时，也需对其进行混凝土后浇，并且浇筑后其养护强度满足设计强度后，完成整个转体系统支撑体系的转换。将转台和球铰之间的钢板取出，施加转动力矩，以球铰中心轴支撑进行转动，以此判断球铰是否正常运转，并计算在转动过程中的摩擦系数，为转体施工提供数据参考。

（5）T构转体施工。

对T构箱梁进行混凝土浇筑，养护强度满足设计强度后，进行张拉压浆处理，处理完成后将支架拆除，拆除顺序为由两端至中间。并安装牵引系统，用2套连续千斤顶牵引系统绕T构转动轴拽拉，使两幅桥分别逆时针转体14°、19°，转体到位后浇注上、下转盘间混凝土，形成梁、墩、承台固结体系。

（6）转体T构精确调整。

在T构转体施工基础上对T形箱梁的高程、中线位置进行精准确定，如果存在偏差，采用连续千斤顶进行调整，为避免发生结构超转现象，T形箱梁和精准位置之间距离在0.5m内时，则停止自动处理，换成人工调整，当结构轴线位置满足需求时停止。

（7）T构合拢施工。

通过转体T构精确调整，当主梁转体到设计线位后，再将两部分连接，完成合拢施工。

3 球铰受力分析

转体施工时，其下部结构中的球铰部分受力情况直接影响转体的施工效果，因此，分析球铰的受力情况尤为重要。但是实际施工过程中，梁体的中心偏移、钢束张拉等操作，均会导致球铰发生位移变形，进而影响转体施工效果。因此，需精准掌握球铰的受力情况，保证转体的施工效果。

文中采用Midas∕Civil有限元软件，构建球铰有限元模型，该模型在构建过程中，需先进行结构离散化处理，并完成结构的划分，形成有限的一定数量的单元，该划分主要依据面划分或者线划分完成。划分后位于单元边界处的点即为结点，依据该结点即可完成相邻单元的连接，形成以单元为单位的整体结构。依据该模型分析球铰的接触面处的变形和受力情况。

接触面的竖向位移计算公式为：

式中：

p0——接触面接触中心部位的竖向压应力；

a——接触半径；

r——接触面上任意点和接触中心之间的距离；

d——节点位移总列阵；

r0——中心面接触位置。

接触面平均压力计算公式为：

依据上述公式即可计算球铰的竖向位移和应力变化情况，以此分析转体的施工效果。

依据构建的有限元模型分析球铰接触面的竖向位移和竖向压应力结果，如图5所示。

图5 球铰接触面受力分析结果

依据图5测试结果可知：本文采用转体施工后，球铰的竖向位移和竖向应力均呈现均匀分布，满足《铁路桥涵施工规范》等有关规定标准。因此，可确保转体的施工效果。

4 结束语

连续梁的平转施工工艺具有较好的施工优势，工程在修建过程中，如果需要跨越既有线路、河流湖泊或者建筑障碍物时，平转施工可在不影响正常交通的情况下，完成桥梁工程施工。本文针对预应力混凝土转体连续梁的平转施工展开相关研究，并对其施工效果进行相关验证，证明该施工方法具有较好的施工效果，能在不影响线路正常交通的情况下，实现连续梁可靠施工。