CN107700369A - 一种极不对称状态下桥梁转体的设计及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种极不对称状态下，通过设置辅助支撑系统来完成桥梁转体的设计及施工方法，主要针对转体桥不平衡弯矩较大，仅靠在梁端配重难以解决转体平衡问题的情况。该方法除了转体中心球铰外，在转体长臂侧梁底，距离中心球铰一定距离处设置一种辅助支撑系统，配合转体短臂侧梁顶配重共同作用，以保持不平衡结构转体过程中的平衡和稳定。辅助支撑系统布置在其对应位置的主梁下，梁底支撑柱设置在滚轮小车上方，通过台车架连接主梁和滚轮小车；滚轮小车支撑于弧形轨道梁上，齿条焊接在轨道梁上；由变频电机和减速机提供动力驱动，通过齿轮、齿条传动，由减速机架带动台车架，台车架带动滚轮小车沿弧形轨道梁移动，从而带动主梁进行转动。

Description

一种极不对称状态下桥梁转体的设计及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁设计和施工技术领域，具体的说是一种极不对称状态下通过设置辅助支撑系统来完成桥梁转体的设计及施工方法。

背景技术

随着我国社会与经济的发展，汽车保有量不断增加，由此带来的大中城市的交通拥堵也日益严重，成为制约城市发展的一个瓶颈。为缓解城市交通拥堵的现状，市政基础设施建设近年来也相应进入一个建设高潮期。

对于大型中心城市，其铁路交通一般也较为发达，往往形成铁路围城之势。在铁路带来便利的同时，也给城市的建设发展造成一定的影响，市政道路建设由于铁路的阻隔，其交叉处往往是城市交通的制约点。由于铁路运输的特殊性，对保证施工期间的铁路运输安全有着极其严格的要求，因此与既有铁路交叉位置立交的设计和施工往往难度较大，是市政道路工程的控制点。而转体桥以其对既有铁路运营影响小、安全风险低等优点，在跨越铁路立交桥的施工得到了广泛应用。

目前转体桥基本都是平衡转体，有的转体球铰两侧设计成对称结构，重量相等进行平衡转体，有的球铰两侧不对称，存在不平衡弯矩，往往通过锚固体系或配重即可保持平衡转体。随着现代桥梁的发展，尤其市政跨铁路线桥梁越来越多，由于受城市交通、铁路运营以及周边建筑、场地限制等原因影响造成转体长度不对称，从而出现转体结构存在较大不平衡弯矩的情况也势必增多，若转体长度极不对称，则转体的不平衡弯矩往往很大，这类转体桥通过配重很难保持平衡，且现场通常不具备设置锚固体系，因此有必要研究出一种新方法实现该类桥梁的转体。

发明内容

本发明的目的是针对由于球铰两侧转体梁段不对称，长度相差悬殊，造成不平衡弯矩较大，然而仅通过配重无法平衡不平衡弯矩，而且现场不具备设置锚固体系进行平衡的转体桥，为了实现这种不平衡转体，提出了一种极不对称状态下桥梁转体的设计及施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种极不对称状态下桥梁转体的设计及施工方法，包括如下步骤：

（1）在需要跨越铁路段附近设置用于支撑转体梁转体的转体墩，在转体墩墩顶布置转体中心球铰；

（2）在转体墩两端的地面上设置支架系统，支架系统平行于所跨越的铁路线，在该支架系统的支架上拼装转体梁，使转体梁置放于转体中心球铰上并通过转体中心球铰与转体墩转动连接；所述转体梁由跨铁路侧转体梁段和非跨铁路侧转体梁段组成，跨铁路侧转体梁段和非跨铁路侧转体梁段位于转体中心球铰两侧，其中跨铁路侧转体梁段的重量是非跨铁路侧转体梁段重量的两倍以上；

（3）在转体墩和铁路之间的空档位置临时设置以转体墩转体中心为圆心的弧线轨道梁；

（4）在转体梁的梁底设置辅助支撑系统，所述辅助支撑系统包括梁底支撑柱、台车架和滚轮小车，梁底支撑柱与转体梁固定连接，滚轮小车设在梁底支撑柱和台车架下方并通过台车架与梁底支撑柱固定连接，滚轮小车位于弧形轨道梁上；

（5）在弧形轨道梁上布置动力系统，动力系统包括齿条、与齿条啮合的齿轮、驱动齿轮转动的变频电机和减速机、与支撑系统台车架连接的减速机架，齿条焊接在弧形轨道梁上，变频电机和减速机通过减速机架固定在台车架上；

（6）拆除支架系统；由变频电机和减速器提供动力驱动齿轮，通过齿轮、齿条传动，带动滚轮小车沿弧形轨道梁移动，从而带动转体梁沿转体墩转体中心转动直至跨铁路侧转体梁段跨越铁路与设计桥梁中线吻合。

本发明可在步骤（6）之前，在非跨铁路侧转体梁段端部布置预估配重，以控制辅助支撑系统的支撑力在设计允许范围内，拆除支架系统后进行称重试验，根据试验结果对预配重进行调整。

本发明所述极不对称状态是指：单纯通过在短臂侧梁端配重难以解决转体平衡问题，且配重块在梁端布置较多有较大安全风险和结构的受力风险。为此本发明在短臂侧梁端配重平衡一部分不平衡弯矩的基础上，在长臂端采取轨道梁辅助支撑的措施来平衡剩余的不平衡弯矩。

本发明中所述跨铁路路转体桥梁，同样适用于类似工程中跨越既有公路、河道、沟渠、峡谷的转体桥梁。所述转体中心球铰可采用现有技术中的常规转体装置中的转体球铰。

本发明极不对称状态下通过设置辅助支撑系统来完成桥梁转体的设计及施工方法的优点是：

1、为了保证跨铁路侧能一跨跨越铁路既有线，采用不对称布置转体长度，避免了在铁路安全距离内的施工，极大的减小了施工对铁路运输的安全风险。

2、解决了无法通过配重或锚固达到平衡的这类桥梁的不平衡转体问题；

3、辅助支撑系统与转体钢箱梁底板之间采用高强螺栓连接，一方面高强螺栓的定位精度较高，可以保证辅助支撑系统达到精度要求，从而使转体比较顺畅；另一方面便于转体完成后辅助支撑系统的拆除。

4、由于弧形轨道梁半径相对常规转体施工的中心球铰转台半径扩大了一定倍数，相应辅助支撑系统在轨道梁处的摩阻力对应中心球铰转台也扩大对应倍数，进而导致常规转体施工方法中采用仅在中心球铰转台处牵引钢绞线进行转体的牵引力很大，放大倍数较大时将导致转体无法进行。在辅助支撑系统处设置动力装置，可避免摩阻力的放大效应，使转体能顺利进行。

5、常规转体的转台和球铰中心是固定不变的，通过钢索牵拉可使转台沿球铰中心进行圆周运动，进而带动梁体进行转动。但对于设置辅助支撑系统的桥梁转体，由于辅助支撑是沿轨道梁进行弧线运动，若设置钢索直接牵拉辅助支撑，因其运行轨迹的切线方向在时刻变化，导致钢索的牵拉方向也在时刻变化，在实际工程上很难实现。本发明通过在辅助支撑系统处设置齿轮、齿条传动系统，有效解决了沿弧形轨道梁常规钢索牵引方向难以调节的难题。

6、通过控制电机的开启，可实现桥梁转体的一键式自动化控制。

7、本发明通过电气控制系统设定电机的频率、转动方向、运行时长可控制桥梁转体的速度、转体方向、自动刹车就位等功能，实现桥梁转体的精确就位。

8、通过该种方式转体，可大量减少房屋拆迁，节省工程投资。

附图说明

图1为本发明极不对称状态下桥梁转体平面布置示意图。

图2为本发明极不对称状态下桥梁转体施工立面结构示意图。

图3为本发明辅助支撑系统立面结构示意图。

图4为本发明辅助支撑系统平面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步说明。如图1至图4所示，极不对称状态下通过设置辅助支撑系统来完成桥梁转体的设计及施工方法，具体实施方法如下：

1）在需跨铁路11边设置用于支撑跨铁路的转体梁段转体的转体墩14，在转体墩14墩顶布置转体中心球铰10；

2）在转体墩14两端的地面上设置支架系统如支撑用脚手架，支架系统平行于所跨铁路11，在该支架系统的支架上拼装转体梁9，并使转体梁9置放于转体中心球铰10上并通过转体中心球铰10与转体墩14转动连接；所述转体梁由跨铁路侧和非跨跨铁路侧转体梁段组成，跨铁路侧转体梁段和非跨铁路侧转体梁段位于转体中心球铰两侧，其中跨铁路侧梁段的重量是非铁路侧梁段重量的两倍以上；

3）在距离球铰中心一定距离（最好以离铁路最近的可施工点到球铰中心的距离为半径）上沿转动轨迹设置弧形轨道梁1，并在对应的转体梁底板位置设置辅助支撑系统13，支撑于轨道梁顶面；

4）在辅助支撑系统13和轨道梁1上设置动力系统，齿条5焊接在轨道梁上，由变频电机和减速机8提供动力驱动；

5）转体前在非铁路侧梁端布置预估配重，控制长臂端梁底辅助支撑系统的支撑力在设计允许范围内，拆除支架系统后进行称重试验，根据试验结果对预配重进行调整；

6）转体时启动变频电机动力系统，通过齿轮、齿条传动，带动滚轮小车沿弧形轨道梁移动，进而带动梁体以球铰中心为圆心转动一定角度达到设计位置；

7）桥梁合龙后，顶升梁体，拆除辅助支撑系统和墩顶球铰，将梁体转换支撑于永久支座上，完成不平衡转体施工。

如图3和图4所示，本发明的结构主要包括：辅助支撑系统13、轨道梁1、齿轮5、齿条6、减速机架7、变频电机及减速机8、转体梁9。所述辅助支撑系统13包括梁底支撑柱3、台车架4和滚轮小车2，梁底支撑柱3与转体梁9固定连接，滚轮小车设在梁底支撑柱下方并通过台车架与梁底支撑柱固定连接，滚轮小车位于弧形轨道梁上。

走形轨道板1.1与轨道梁1焊接，滚轮小车2支撑于走形轨道板1.1之上，台车架4与滚轮小车2和梁底支撑柱3分别采用螺栓连接，梁底支撑柱3与转体钢箱梁9采用螺栓连接，齿条6与走形轨道板1.1采用焊接，齿轮5与齿条6通过咬合进行传动，减速机架7与台车架4焊接，变频电机及减速机8固定在减速机架7上并与齿轮5通过转动轴连接。转体时启动变频电机及减速机8，带动齿轮5进行转动，通过齿条6的传动， 由减速机架7带动台车架4，台车架4带动滚轮小车2沿弧形轨道梁移动，从而带动转体梁进行转动。

实施例：

某桥采用95+105m转体钢箱梁跨越铁，桥面总宽51m。进行不等跨钢箱梁水平转体施工，转体长度为43.8+91.4m，转体重量约8600吨。

为了实现极不对称跨度的桥梁转体，除了在墩顶布置传统的转体中心球铰外，在91.4m长臂端距球铰中心23.6m位置设置辅助支撑系统。

弧线轨道梁为钢箱结构，在一般位置为2m高的等截面钢箱，过门洞区域梁高加高至3m，轨道梁下设钢管柱和混凝土桩基础。走形轨道板与轨道梁进行焊接连接成整体。滚轮小车支撑于走形轨道板之上，台车架与滚轮小车和钢支撑柱分别采用螺栓连接，钢支撑柱与转体钢箱梁采用螺栓连接，齿条与走形轨道板采用焊接，齿轮与齿条通过咬合进行传动，减速机架与台车架焊接，变频电机及减速机固定在减速机架上并与齿轮通过转动轴连接。

梁段在平行于铁路线的支架上拼装完成后，在非跨铁路侧转体梁段端部布置预估配重，以控制辅助支撑系统的支撑力在设计允许范围内，拆除支架系统后进行称重试验，根据试验结果对预配重进行调整。

转体时启动变频电机及减速机，带动齿轮进行转动，通过齿条的传动，带动滚轮小车沿轨道梁移动，进而带动梁体转动，实现极不对称状态下的桥梁转体。

Claims (2)

1.一种极不对称状态下桥梁转体的设计及施工方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）在需要跨越铁路段附近设置用于支撑转体梁转体的转体墩，在转体墩墩顶布置转体中心球铰；

（2）在转体墩两端的地面上设置支架系统，支架系统平行于所跨越的铁路线，在该支架系统的支架上拼装转体梁，使转体梁置放于转体中心球铰上并通过转体中心球铰与转体墩转动连接；所述转体梁由跨铁路侧转体梁段和非跨铁路侧转体梁段组成，跨铁路侧转体梁段和非跨铁路侧转体梁段位于转体中心球铰两侧，其中跨铁路侧转体梁段的重量是非跨铁路侧转体梁段重量的两倍以上；

（3）在转体墩和铁路之间的空档位置临时设置以转体墩转体中心为圆心的弧线轨道梁；

（4）在转体梁的梁底设置辅助支撑系统，所述辅助支撑系统包括梁底支撑柱、台车架和滚轮小车，梁底支撑柱与转体梁固定连接，滚轮小车设在梁底支撑柱和台车架下方并通过台车架与梁底支撑柱固定连接，滚轮小车位于弧形轨道梁上；

（5）在弧形轨道梁上布置动力系统，动力系统包括齿条、与齿条啮合的齿轮、驱动齿轮转动的变频电机和减速机、与支撑系统台车架连接的减速机架，齿条焊接在弧形轨道梁上，变频电机和减速机通过减速机架固定在台车架上；

（6）拆除支架系统；由变频电机和减速器提供动力驱动齿轮，通过齿轮、齿条传动，带动滚轮小车沿弧形轨道梁移动，从而带动转体梁沿转体墩转体中心转动直至跨铁路侧转体梁段跨越铁路与设计桥梁中线吻合。

2.如权利要求1所述的设计及施工方法，其特征在于：在步骤（6）之前，在非跨铁路侧转体梁段端部布置预估配重，以控制辅助支撑系统的支撑力在设计允许范围内，拆除支架系统后进行称重试验，根据试验结果对预配重进行调整。