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发布时间：2021-12-20 14:58所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
[摘要]陇漳高速公路渭河特大桥上跨陇海铁路，采用先悬浇后转体方式施工。其主墩位于渭河河槽内，承台基坑深9.5m，采用拉森钢板桩进行围护。依托该工程转体施工，探索了一种快捷、高效的转体施工工艺，即为确保安装精度、压缩安装时间，将原设计分离式球铰优化为整体式
[摘要]陇漳高速公路渭河特大桥上跨陇海铁路，采用先悬浇后转体方式施工。其主墩位于渭河河槽内，承台基坑深9.5m，采用拉森钢板桩进行围护。依托该工程转体施工，探索了一种快捷、高效的转体施工工艺，即为确保安装精度、压缩安装时间，将原设计分离式球铰优化为整体式球铰，该球铰将传统聚四氟乙烯滑片调整为耐磨滑板，在工厂内加工组拼，现场整体吊装。该工艺不仅缩短工期，而且可保障安装精度，同时在球铰防水止污方面可进行优化，效果明显。
[关键词]桥梁工程;球铰;转体球铰;聚四氟乙烯滑片;耐磨滑板;防水装置
引言
桥梁转体施工是20世纪40年代发展起来的一种新型桥梁施工工艺，可充分利用桥墩(台)附近的有利地形进行桥梁上部结构施工，能有效解决跨越深谷、河流、既有线等特殊条件下桥梁施工难题，具有不干扰交通、降低施工难度和风险等优点[18]。
球铰的加工技术愈趋成熟，无论是钢筋混凝土球铰、RPC球铰还是钢球铰，都有着成熟的技术和经验。国内许多学者对球铰的性能进行了研究，如张翔[9]通过有限元方法对在均布荷载条件下的桥梁转体支座进行研究，明确了转体支座的受力特性，为下一阶段转体支座的结构优化设计提供了理论指导和依据;薛飞等[10]通过建立ABAQUS实体有限元模型对某一转体施工工程中球铰接触应力分别采用国家规范的计算方法、非赫兹接触理论、弹性力学解析法进行计算校核，提出了球铰应力计算修正建议。
颜惠华等[11]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并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，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;许照春[12]以某70m+70mT构转体梁为工程背景通过称重试验和数值模拟针对RPC混凝土混合球铰转体桥提出采用不平衡桩体的控制方法并加以验证，提高了转体过程的稳定性，为RPC球铰转体桥转体控制提供了极大的技术支持。本文以陇漳高速公路渭河特大桥为例，对整体式钢球铰的优化进行分析研究，总结其应用前景。
1工程概况
陇西—漳县高速公路渭河特大桥全长2782.92m，为本项目重难点工程，其中上跨陇海铁路为41.4m+70m+41.4m连续梁，桥面宽25.5m，主墩采用双薄壁墩，墩高18m，墩底接转盘，其中上转盘尺寸为10.8m×10.8m×3m，下转盘尺寸为15.7m×15.7m×3.5m。桥面投影距回流线最小距离为2m，先平行于陇海铁路进行悬浇施工，然后进行桥梁转体。转体桥位于R=830m曲线上，最大风速达24m/s。
考虑施工中风荷载及施工误差等因素，导致转体结构失去平衡需进行平衡配重，球铰设计竖向承载力为85000kN，选用工厂生产的8500t级转体成品球铰，设计最大静摩擦系数0.1，最大动摩擦系数0.06。环形滑道由工厂预制，现场分节段拼装，转体时确保撑脚可在滑道内滑动，转体前在滑道上铺设3mm厚不锈钢板及5mm厚聚四氟乙烯板。转体过程中采用4台ZLD型连续千斤顶，配合泵站、主控台，组成连续牵引系统，理论启动牵引力为918kN。
2球铰选型及优化
球铰转动体系主要由承重系统、顶推牵引系统和平衡系统组成，承重系统由上转盘、下转盘和转动球铰构成，通过上转盘相对于下转盘转动，达到转体目的。传统球铰形式为分离式结构，上、下转盘间为若干个聚四氟乙烯滑片，在工厂内组拼，然后拆分运至工地后进行二次拼装，工期长、安装精度低[1314]。为缩短安装时间、确保安装精度，对原设计球铰进行优化，采取场内组装、整体吊装，提高生产效率。
2.1分离式球铰结构与施工
分离式球铰分为上盘与下盘，中心设销轴，上、下盘间球形滑面安装聚四氟乙烯滑片，聚四氟乙烯滑片与沉孔编号一一对应。下盘底部设支撑骨架，在浇筑下承台时进行预埋。
分离式结构球铰制造完成后，需先在工厂内预拼装，检验合格后再拆分运至施工现场。由于球铰尺寸较大，运输难度加大，且须采取有效措施防止球铰变形。现场安装时，首先将支撑骨架置于下承台预留槽内，调平固定。安装下盘，精确定位后进行锁定，在混凝土浇筑前将下盘中心销轴的套管精确定位并固定。
下盘混凝土凝固后，将下盘凹球面清理干净，球形表面及沉孔内不得有任何杂物及积水，将表面吹干，逐一对应安装聚四氟乙烯滑片，然后将销轴(钢锭)插入下盘中心套管内。检查合格后，在球面上各滑片间涂抹黄油聚四氟乙烯粉，并略高于滑片。然后吊装上盘，在凸球面上均匀涂满1层黄油聚四氟乙烯粉，最后将上盘中心孔对准中心销轴，使之水平安装并固定。
分离式球铰虽一直被沿用，但由于其工艺特点，在现场组拼延长安装时间，且精度不易保障，寻求一种安装快捷、精度高、全工厂化作业新型球铰势在必行。
2.2整体式球铰设计与施工优化
2.2.1整体式球铰结构设计
为解决分离式球铰的不足之处，设上球摆和下球摆，上球摆底面具有凸球面，上球摆底面中心设置有销孔;下球摆顶面具有与上球摆的凸球面相配合的凹球面，下球摆顶面中心设置有与销孔相配合的销轴;销孔侧壁与销轴侧壁形成具有夹角的间隙;上球摆的凸球面上设置有镀铬面层，下球摆的凹球面上设置有耐磨板。
上球摆与下球摆形成球形弧面接触的摩擦面，且镀铬面层与耐磨板间的摩擦系数小，保证了水平转动的稳定性[15]。桥梁转体支座竖向转动的倾斜角度通过销轴侧壁与销孔侧壁间的间隙实现，达到设定角度时通过销轴对竖向转动进行定位，防止桥梁超出预设角度，并同时保证水平转动的稳定性。经理论建模分析研究，并通过模拟试验，将传统的聚四氟乙烯滑片改为耐磨滑板，场内组拼，整体运输安装。下盘支撑骨架优化为地脚螺栓，不仅缩短球铰安装时间，而且缩短支撑骨架安装时间，通过地脚螺栓固定并传力。
2.2.2整体式球铰施工
通过对传统加工工艺的改进，整体式球铰在工厂内组装，耐磨滑板代替传统的聚四氟乙烯滑片，采用螺栓固定，组装完成后，利用临时连接装置连接成整体，在桥梁最终转动前不得拆解和松动临时连接装置。球铰安装前，应检查球铰连接状况是否正常，球铰支撑承台高程是否符合设计要求，螺杆是否紧密固定，凿毛并清理基面，整体吊装。安装时，用楔块支承四周，调整中心及高程，使球铰底面与支撑承台间留有20～30mm空隙，便于灌浆填充。整体式球铰采用锚固螺杆与上下承台连接，为确保球铰定位精度，减少对下承台顶面受力钢筋的干扰，施工下承台和支撑承台时预留锚栓孔，深度比螺杆加长70～100mm。
2.2.3止水装置优化
转体桥转体装置多数位于基坑内，施工中经常面临雨水(洪水)倒灌风险，同时施工过程中由于压浆、混凝土浇筑过程中冲洗等原因导致水泥浆进入转体装置内，影响转体。为防止泥砂、水泥浆等杂物进入转体装置，在球铰加工过程中，上下盘预留凹槽，球铰组装完成后，采用止水带进行包裹，内部填充油脂，在上、下凹槽处采用钢箍紧固，转体前拆除止水装置。
3效果对比
3.1经济效益对比
整体式球铰与传统分离式球铰相比，具有加工时间短、安装便捷、成本低等特点。
3.2结构形式对比
分离式球铰上、下盘间依靠聚四氟乙烯滑片减少摩阻力，但聚四氟乙烯滑片需一一对应进行现场安装，费工费时。整体式球铰依靠耐磨滑板减少摩阻力，全部在工厂内组装，精度高，工期短。
分离式球铰加工时，球铰球面板与肋板采用焊接工艺，焊接过程中易产生裂纹、咬边、气孔、夹渣等缺陷。焊接易产生残余应力，残余应力可改变材质性能。而整体式球铰上、下盘采用铸件形式，避免了在焊接过程中产生变形，精度较高，受力稳定性和整体性能优越。
4结语
陇漳高速公路上跨陇海铁路转体桥紧邻陇海铁路，基坑深，距离既有桥墩近，安全风险高，通过整体式球铰的应用，压缩工期，缩短基坑暴露时间，降低安全风险;分别于2020年4月16日、18日顺利完成球铰安装，单个球铰安装时间仅4h，受到各方一致好评，经济和社会效益显著。
参考文献：
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[10]薛飞,饶露,韦建刚,等.桥梁工程转体施工中球铰应力计算方法[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2020,36(6):10471054.
作者：朱建锋
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《整体式球铰在转体桥中的应用》