桥梁称重方案.docx
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桥梁称重方案.docx
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桥梁称重方案
1.试验目的与内容
转体桥梁在沿梁轴线的竖平面内,由于球铰体系的制作安装误差和梁体质量分布差异以及预应力张拉的程度差异,可能导致桥墩两侧悬臂梁段质量分布不同及刚度不同,从而产生不平衡力矩。
为了保证桥梁转体的顺利进行,及时为转体阶段的指挥和决策提供依据,有必要在转体前进行转动体称重试验,并进行配重。
称重试验在施工支架完全拆除后和转体前进行,测试内容主要包括:
1转动体部分的纵桥向不平衡力矩和纵向偏心距;
2转体球铰的摩阻力矩及静摩擦系数
3完成转体桥梁的配重方案。
2.试验原理
2.1测试方法
把解除临时固结措施,拆除支架、砂箱及撑脚下的沙盘后的球铰上方整个T构体系当作一个刚体,通过施加逐步均匀增大的转动力矩,使球铰发生转动位移,当位移发生突变时,认为体系克服了静摩擦力发生转动,这是个临界状态。
处于临界状态的T构,由此时施加的转动力矩,转动体球铰摩阻力矩(MZ)和转动体不平衡力矩(MG)三者维持一种静力平衡关系。
由此可计算出转动体球铰摩阻力矩(MZ)和转动体不平衡力矩(MG)。
2.2静摩擦力矩(MZ)和转动体不平衡力矩(MG)的计算
当脱架完成后,整个T构的平衡表现为两种形式:
⑴如果所有撑脚均未与滑道钢板接触,说明转动体球铰摩阻力矩(MZ)大于转动体不平衡力矩(MG),T构没有发生绕球铰的刚体转动。
此时,T构的平衡由MZ和MG所保持。
⑵如果有撑脚与滑道钢板完全接触,相对应的另一侧撑脚与滑道钢板相距缝隙变大,说明转动体球铰摩阻力矩(MZ)小于转动体不平衡力矩(MG),T构已发生绕球铰的刚体转动,直到撑脚参与工作。
此时,T构的平衡由MZ、MG和撑脚对球心的力矩所保持。
2.2.1转动体球铰摩阻力矩(MZ)大于转动体不平衡力矩(MG)
此时进行不平衡称重试验,分别从转动体东、西侧支点顶升梁,使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动,记录转动过程中千斤顶油压读数和千分表读数。
顶升时分几级加载,此过程中,千分表发生位移突变时即表明球铰发生转动,达到临界状态。
用此时的顶升力P进行下列计算。
图1从东侧顶升
图2从西侧顶升
图1,图2中假定不平衡力矩MG向东偏,而转动体球铰摩阻力矩MZ总是与转动方向相反,根据转动平面内力矩平衡关系,
由图1可得
⑴
由图2可得
⑵
由⑴式和⑵式可得
转动体不平衡力矩
⑶
摩阻力矩
⑷
式中P东、P西——梁体发生微小转动时东侧、西侧的支点反力(kN);
L东、L西——东、西侧支点力臂(m)。
2.2.2转动体球铰摩阻力矩(MZ)小于转动体不平衡力矩(MG)
此时,支架拆除后,转动体部分在自身的不平衡力矩(MG)作用下发生转动。
此时进行不平衡称重试验,假定不平衡力矩MG向东偏,先从转动体东侧支点升顶,使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针方向微小转动。
然后从东侧支点落顶,使转动体发生顺时针方向微小转动。
记录转动过程中千斤顶油压读数和千分表读数。
同前,分别用千分表发生位移突变时的顶升力P进行下列计算。
图3东侧顶升
图4东侧落顶
图中假定不平衡力矩MG向东偏,转动体球铰摩阻力矩MZ总是与转动方向相反,根据转动平面内力矩平衡关系
由图3可得
⑸
由图4可得
⑹
由⑸式和⑹式可得
转动体不平衡力矩
⑺
摩阻力矩
⑻
式中P落、P升——梁体东侧落顶、升顶时的支点反力(kN);
2.3球铰静摩擦系数和转动体偏心距计算公式
称重试验时,转动体球铰在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动即微小角度的竖转。
摩阻力矩为摩擦面每个微面积上的摩擦力对过球铰中心竖转法线的力矩之和。
图5转动体球铰静摩擦系数计算示意图
⑼
静摩擦系数:
⑽
转动体偏心距:
⑾
式中F——集中力大小
R——球铰圆弧半径
R1——球铰支承半径
2.4配重原理
2.4.1梁体绝对平衡配重方案
该配重方案的思路是:
转体梁在静力状态保持平衡,即通过在偏心距的反方向一侧配重,使转体梁的重心线通过球铰竖轴线。
配重可按下式计算:
⑿
该方案的好处是配重重量小,启动所需牵引力相对较小;但该方案中转动体为一点支承,在转动过程中容易导致转体梁在竖平面内的晃动。
因此,若采取该方案,应尽量减小撑脚与滑道间的间隙。
2.4.2梁体纵向倾斜配重方案
该配重方案的思路是:
在转体过程中转体梁应在梁轴线方向略呈倾斜态势,即梁轴线上桥墩一侧的撑脚落下接触滑道,另一侧的撑脚抬起离开滑道。
这样做的好处:
使转动体形成两点竖向支承,增加了转动体在转动过程中竖平面内的稳定性。
配重可按下式计算:
⒀
⒁
为了保证配重卸载的安全,配重应设置在非跨铁路孔一侧,配重的大小应保证新的偏心距满足
的要求。
配重确定之后,应验算悬臂根部应力和箱梁顶板的局部应力,确保梁体不受损害。
3.试验实施
3.1试验准备
测试仪器主要有千斤顶、压力传感器、千分表等。
3.1.1千斤顶与压力传感器吨位预估
按以往工程实际取静摩擦系数
,
,
由图纸给出球铰支承半径
,弦高0.229m,可算出球铰半径
;
据公式⑼可预估静摩擦力矩
。
本试验拟于上盘承台施加顶力,在距转体中心线约5.5m处设置四台千斤顶,分别对转体梁进行顶放,同时在上转盘底四周布置。
每台千斤顶需要的顶力预计:
44000/(2*5.5)=4000kN
61000/(2*5.5)=5550kN
因此考虑到加载的对称性要求及安全度,需要7000kN的千斤顶两台,同时配置7000kN力传感器2套。
3.1.2测试仪器布置
在桥梁转动体两侧的桥梁中心线处布置两台千斤顶,用以在称重试验时对转动体进行顶放,在每台千斤顶上设置荷载传感器,测试试验过程中临时支点的反力值。
在解除临时固结措施和拆除砂箱及撑脚下的沙盘以前,在上承台四周埋设千分表,记录初始读数。
布置方法如图6,图7所示。
图6称重试验测试仪器布置图图7(a)以往工程千斤顶布置
图7(b)以往工程千斤顶布置图7(c)以往工程千分表布置
3.1.3解除临时固结措施,拆除砂箱及撑脚下的沙盘
在解除临时固结措施和拆除砂箱及撑脚下的沙盘以前,在上承台四周埋设千分表,记录初始读数。
拆除过程中注意每拆除一组支撑,观察千分表并记录读数,
并观察撑脚是否随砂箱拆除连续向一侧下沉。
完全拆除后测定撑脚与滑道之间间隙变化和梁体竖向位移,判断转体体系的平衡状态,确定是否需要进行称重试验,采取何种称重方案。
⑴清理梁面荷载,卸落梁下支架等;
⑵将上下转盘间的临时固结措施锁定工字钢剪断,拆除顺序为:
先同时拆除1号和3号,后同时拆除2号和4号。
⑶砂箱拆除顺序:
先同时拆除1#,2#和7#,8#;再同时拆除3#,4#和9#,10#;最后同时拆除5#,6#和11#,12#。
⑷撑脚沙盘拆除顺序:
先同时拆除1#和4#;再同时拆除2#和5#;最后同时拆除3#和6#。
图8临时固结措施拆除顺序图9砂箱及撑脚沙盘拆除顺序
3.2试验步骤
3.2.1判定转动体系的平衡状态
当所有支撑完全拆除后测定撑脚与滑道之间间隙变化和梁体竖向位移,判断转体体系的平衡状态。
⑴如果所有撑脚均未与滑道钢板接触,说明转动体球铰摩阻力矩(MZ)大于转动体不平衡力矩(MG)。
此时,分别从转动体东、西侧支点顶升梁,使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针、顺时针方向微小转动。
⑵如果有撑脚与滑道钢板完全接触,相对应的另一侧撑脚与滑道钢板相距缝隙变大,说明转动体球铰摩阻力矩(MZ)小于转动体不平衡力矩(MG)。
假定不平衡力矩MG向东偏,先从转动体东侧支点升顶,使转动体在沿梁轴线的竖平面内发生逆时针方向微小转动。
然后从东侧支点落顶,使转动体发生顺时针方向微小转动。
3.2.2试验实施
第一种平衡状态:
⑴将千斤顶置于撑脚与滑道间隙较小的那一侧;
⑵调整千斤顶,使所有顶升千斤顶处于初始顶压状态,对加载体系进行预顶;记录此时油表读数;
⑶千斤顶回油卸落,千斤顶与转动体稍微脱离,对压力传感器、千分表调零;
⑷千斤顶逐级加力,级差大约控制为300~500kN,记录各级的力值,并记录相应的千分表位移;加载一直持续到位移出现明显突变。
绘制力—位移(P-△)曲线,找出临界状态的拐点。
⑸每侧加载平行测试两次,若两次结果相差悬殊,应重新进行试验;
⑹移动设备至另一侧,重复以上试验;
第二种平衡状态:
⑴将千斤顶置于撑脚落地的那一侧;
⑵~⑷同第一种平衡状态;
⑸同一侧千斤顶逐级卸力,级差大约控制为300~500kN,记录各级的力值,并记录相应的千分表位移;加载一直持续到位移出现明显突变。
绘制力—位移(P-△)曲线,找出临界状态的拐点。
⑹重复步骤⑵~⑸;
若两次结果相差悬殊,应重新进行试验。
4试验结果与配重
4.1试验数据处理
根据上述称重试验结果,分析力—位移(P-△)曲线,找出临界状态的拐点,确定临界状态顶升力(P)。
若是第一种平衡状态,称重完毕,由公式⑶和公式⑷可计算出不平衡力矩(MG)和摩阻力矩(MZ)。
若是第二种平衡状态,称重完毕,由公式⑺和公式⑻可计算出不平衡力矩(MG)和摩阻力矩(MZ)。
进而根据公式⑽算出静摩擦系数(
),根据公式⑾算出偏心距(e)。
4.2配重
根据上述试验数据,制定梁体纵向倾斜配重方案,计算配重重量、位置及新偏心距等。
方案⑴:
采取梁体绝对平衡配重方案
根据公式⑿可算出配重
;对于该工程,配重拟设置在距球铰中心55m处,则
方案⑵:
采取梁体纵向倾斜配重方案
根据公式⒀可算出配重
,根据公式⒁可算出新偏心距e新。
对于该工程,同前,配重拟设置在距球铰中心55m处,
方案⑴的配重重量小,启动所需牵引力相对较小;但该方案中转动体为一点支承,在转动过程中容易导致转体梁在竖平面内的晃动。
方案⑵的配重一般较大,且导致新偏心距可能超出15cm上限值,造成悬臂根部应力和箱梁顶板的局部应力过大,有可能使梁体受到损害。
所以工程中采用较多的配重方案是:
为了保证配重卸载的安全,配重应设置在非跨铁路孔一侧。
若不平衡力矩MG偏向于非跨铁路孔一侧,且偏心距满足5cm≤e≤15cm的要求,则无需配重。
若不平衡力矩MG偏向于跨铁路孔一侧,则需进行配重,选择配重后的新偏心距为非跨铁路一侧5cm。
则
以上是初拟定配重方案,到时会根据现场实测结果,加以调整。
选择好配重后,根据现场条件许可,进行吊装配重,如图10所示。
图10配重吊装
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