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转体施工桥梁RPC球铰关键技术及受力特征研究

摘要：摘要：为确保RPC球铰转体桥梁施工过程安全、顺利地进行，以某70+70mT构转体梁为工程背景，通过称重试验和数值模拟对其转体施工关键技术进行了研究。根据现场称重试验，进行了合理的配重确保了采用RPC球铰桥梁的顺利转体。在对比钢球铰和RPC混凝土混合球铰的

　　摘要：为确保RPC球铰转体桥梁施工过程安全、顺利地进行，以某70+70mT构转体梁为工程背景，通过称重试验和数值模拟对其转体施工关键技术进行了研究。根据现场称重试验，进行了合理的配重确保了采用RPC球铰桥梁的顺利转体。在对比钢球铰和RPC混凝土混合球铰的静摩擦系数后，针对RPC混凝土混合球铰转体桥提出了采用不平衡桩体的控制方法，提高了转体过程的稳定性。数值分析结果验证了RPC混凝土混合球铰转体桥采用不平衡配重法转体过程中的安全性。研究成果为RPC球铰转体桥转体控制提供了技术支持。

　　关键词：RPC球铰;转体施工桥梁;钢球铰;关键技术;数值模拟

桥梁建设

　　1 引言

　　活性粉末混凝土(RPC)是一种新型工程材料，具有高强度、高耐久性、高韧性的特点，相比于钢材具有更好的性价比。早期的转体桥梁球铰主要是采用钢球铰，随着RPC材料的发展，RPC混凝土混合球铰逐渐应用于转体桥梁中。与钢球铰相比，RPC混凝土混合球铰增加了RPC预制的上座板和下座板，撑脚的钢管内填充RPC。上、下座板表面的钢板与RPC浇筑成一体，使表面平整度得到充分保证，大大减小球铰安装的难度。撑脚钢管内填充RPC可有效减小球铰的尺寸，提高承载能力，因此相对于钢球铰，称重同吨位的转体桥时，RPC混凝土混合球铰的尺寸明显小于钢球铰。

　　翟鹏程[1]对三种不平衡力的估算方法进行了对比分析，认为球铰转动法受力明确，而且只考虑刚体作用，结果比较准确。颜惠华[2]等为了得到桥梁转体施工中球铰静摩擦系数的准确值，对其计算方法进行了研究。车晓军[3]对T形刚构转体桥转体时的不平衡力矩预估方法进行了研究。现阶段国外的研究主要是针对普通的钢球铰进行的，对于尺寸小、强度高的RPC球铰较少。目前的研究成果是否适用于安装RPC球铰转体桥，计算结果能否满足此类桥梁的安全稳定形要求，未有研究结果。基于以上研究背景，以呼市三环路与京包客专、唐呼铁路交叉工程70+70mT构转体梁为工程依托，对安装RPC混凝土混合球铰转体桥的转体施工关键技术及受力特征进行了深入研究。

　　2 称重试验

　　(1)工程概況

　　该桥为双幅，采用自平衡重水平转体法施工，转体角度为逆时针79°，转体重量约为10000吨。上盘直径为9.5m，转体支座平面直径为1.95m，定位中心转轴直径为φ200mm。球铰上、下盘均采用钢-超高强混凝土结构，球铰上盘底面具有凸球面，球铰上盘底面中心设置有销孔，球铰下盘顶面具有与球铰上盘的凸球面相配合的凹球面，球铰下盘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。球铰上、下盘均通过连接钢板与上、下座板焊接连接，球铰下盘凹球面上设置有耐磨板。球铰构造见图1。

　　(2)称重试验方法

　　根据解除梁体临时约束后桥梁的姿态可以判定，该桥的平衡处于球铰摩阻力矩(Mz)小于不平衡力矩(MG)状态。此时，只需在转体桥着地端施加顶梁力与落梁力，即可通过测定数据判断突变点来得出转动体纵桥向不平衡力矩及静摩阻系数。

　　(3)测点布置

　　千斤顶及百分表测试位置见图2。

　　(4)测试结果

　　通过千斤顶施加顶升力，得到北侧和南侧转体桥千斤顶顶升力与位移之间的关系曲线，见图3和图4所示。

　　由图3可知，当顶升荷载P1逐级加载到4800kN时，随着力的增大，位移发生突变，即转动力矩大于摩阻力矩。随后使千斤顶回落，当载荷逐级降低至2000KN时，出现不平衡力矩大于摩阻力矩，设P2为千斤顶逐渐回落过程中球铰发生微小转动时的力，则;

　　不平衡力矩：

　　MG=(P1×L1+P2×L2)/2=(4800+2000)×4.5/2=15300 kN·m

　　摩阻力矩：

　　MZ=(P1×L1-P2×L2)/2=(4800-2000)×4.5/2=6300kN·m

　　偏心距：