CN111236082A - 一种球铰转体桥梁的反拉称重方法 - Google Patents

Abstract

一种球铰转体桥梁的反拉称重方法，包括：步骤一，施工反拉称重装置；步骤二，确定球铰的球心；步骤三，当M_G＜＜M_z时，顶升球铰一侧的穿心千斤顶，对上转盘施加顶力F₁；步骤四，测出球心与顶力F₁的力臂L₁；步骤五，顶升球铰另一侧的穿心千斤顶，对上转盘施加顶力F₂；步骤六，测出球心与顶力F₂的力臂L₂；步骤七，得出不平衡力矩和球铰的最大静摩擦力矩；步骤八，计算球铰的摩擦系数和转体结构竖向转动的牵引力，对桥面进行配重，使配重力矩PL与M_G平衡抵消。本发明解决了传统称重方法所需千斤顶数量多，尺寸较大，上下转盘之间放置千斤顶空间不足，千斤顶安装操作难度大以及上转盘底部受压力过大易造成转盘结构局部破坏的技术问题。

Description

一种球铰转体桥梁的反拉称重方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁的称重方法，特别是涉及一种球铰转体桥梁的反拉称重方法。

背景技术

随着转体桥梁设计跨度和转体重量不断增加，转体重量已达到了4.6万吨，如何顺利简便的完成转体前的称重尤为重要。

对于吨位较大的转体桥梁，传统的称重方法是在上下转盘之间设置千斤顶进行称重，千斤顶的顶起力方向为竖直向上，顶起力的相对于球铰球面中心的力臂L较小，所需的顶起力F较大，高达3～5千吨。这种称重方法所需千斤顶数量较多，尺寸较大，转盘下放置千斤顶的空间不足，千斤顶安装操作难度大；此外，上转盘下方受压力过大，易造成转盘结构局部破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种球铰转体桥梁的反拉称重方法，要解决传统的称重方法所需千斤顶数量较多，尺寸较大，上下转盘之间放置千斤顶的空间不足，千斤顶安装操作难度大以及上转盘底部受压力过大易造成转盘结构局部破坏的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种球铰转体桥梁的反拉称重方法，采用反拉称重装置对转体结构进行称重；所述反拉称重装置设置在转体结构与承台之间，包括有上转盘、球铰、钢绞线、穿心千斤顶、压力传感器、百分表；所述上转盘托接在转体结构的底部；所述球铰安装在承台与上转盘之间，包括有上球铰单元和下球铰单元；所述上球铰单元安装在上转盘的底部；所述下球铰单元安装在承台的顶部；所述承台的顶部、位于下球铰单元的外侧设有一圈滑道；所述上转盘的底部、沿环向间隔设置有竖向的限位撑；所述限位撑与滑道对应设置，并且限位撑的底部与滑道之间留有间距；所述钢绞线对称布置在球铰的左右两侧，且每侧的钢绞线由下而上逐渐向外倾斜设置；所述钢绞线拉设在上转盘与承台之间，所述钢绞线的下端锚固在承台中，钢绞线的上端穿过上转盘；在上转盘中、对应钢绞线穿过的位置处设置有套管；在上转盘的顶部、对应钢绞线穿出的位置处垫设有混凝土垫块；所述穿心千斤顶设置在混凝土垫块的顶部，并且穿心千斤顶的顶升端垂直压设在混凝土垫块的斜面上；所述压力传感器设置在穿心千斤顶与混凝土垫块之间；所述钢绞线的上端依次穿过混凝土垫块、压力传感器和穿心千斤顶，且锚固在穿心千斤顶上；所述百分表设置在上转盘的左右两端，以测量上转盘的左右两端与承台之间的竖向距离；所述反拉称重方法包括步骤如下。

步骤一，在转体结构与承台之间施工反拉称重装置。

步骤二，确定球铰的球心，球铰的球心与转体结构的重心之间存在间距。

步骤三，当M_G＜＜M_Z时，即上球铰单元与下球铰单元之间的摩阻力矩大于等于转体结构的重力相对于球铰产生的不平衡力矩时，顶升球铰一侧的穿心千斤顶，对上转盘的对应一侧施加顶力F₁，当顶力F₁逐渐增加到使百分表出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升。

步骤四，测出球心与顶力F₁之间的力臂L₁，从而得出等式F₁·L₁＝M_G+M_Z；M_G为转体结构的重力相对于球铰产生的不平衡力矩；M_Z为球铰转动时，上球铰单元与下球铰单元之间的摩阻力矩。

步骤五，顶升球铰另一侧的穿心千斤顶，对上转盘的对应一侧施加顶力F₂，当顶力F₂逐渐增加到使到使百分表出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升。

步骤六，测出球心与顶力F₂之间的力臂L₂，从而得出等式F₂·L₂+M_G＝M_Z。

步骤七，根据步骤四和步骤六中的等式，

从而得出转体结构的不平衡力矩：

球铰的最大静摩擦力矩：

步骤八，根据步骤七中的球铰的最大静摩擦力矩M_z，计算得出球铰的摩擦系数，从而计算转体结构竖向转动所需的牵引力；同时，根据步骤七中的转体结构的不平衡力矩M_G对桥面进行配重，直至配重产生的力矩PL与M_G平衡抵消；P为配重的重量，L为配重位置到球铰中心的水平距离。

优选的，所述混凝土垫块的截面为直角三角形，所述混凝土垫块与上转盘一体成型。

优选的，所述穿心千斤顶与钢绞线同轴。

优选的，所述钢绞线在球铰的每侧各设有一组，并且每组钢绞线沿纵向间隔设置；所述钢绞线的倾斜角度为3O°～9O°。

优选的，所述限位撑的底部与滑道之间的间距为2cm～3cm。

优选的，当步骤三中的M_G＞M_Z，即上球铰单元与下球铰单元之间的摩阻力矩小于转体结构的重力相对于球铰产生的不平衡力矩时，转体结构沿着M_G的方向转动，位于偏心一侧的限位撑支撑在滑道上；此时，步骤三至步骤六的过程为：

步骤三，顶升偏心对侧的穿心千斤顶，对上转盘的对应一侧施加顶力F₃，当顶力F₃逐渐增加到使百分表出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升；

步骤四，测出球心与顶力F₃之间的力臂L₃，从而得出等式F₃×L₃＝M_G+M_Z；M_G为转体结构的重力相对于球铰产生的不平衡力矩；M_Z为球铰转动时，上球铰单元与下球铰单元之间的摩阻力矩；

步骤五，使穿心千斤顶逐渐卸力，穿心千斤顶在卸力过程中的顶力为F′₁，球铰发生与步骤三中转动方向相反的转动时，得出F′₁L₁+M_z＝M_G；

步骤六，由步骤五与步骤四中的等式得出：

最大静摩擦力矩：

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。

1、本发明的球铰转体桥梁的反拉称重方法，在转体结构的下转盘(承台)中预埋张拉用的钢绞线，钢绞线通过预埋波纹管穿至上转盘的上方，在钢绞线穿过上转盘的部位上采用穿心千斤顶和压力传感器对转体结构进行称重；这种称重方法千斤顶安装操作方便、称重过程安全性高，同时可以有效解决大吨位转体桥转盘下放置千斤顶空间不足的问题。

2、本发明的称重方法采用反拉称重装置对转体结构进行称重，配合钢绞线上端的千斤顶前端的压力传感器以及上下转盘之间的竖向百分表，可以准确地对转体结构进行称重，这种称重方法避免了在上下转盘之间放置千斤顶，解决了上下转盘之间放置千斤顶的空间不足，千斤顶安装操作难度大以及上转盘底部受压力过大易造成转盘结构局部破坏的技术问题。

3、本发明中的球铰转体桥梁的反拉称重方法，可以增大称重力臂，有效减少所需的千斤顶的吨位、数量；而且能够有效避免对转盘混凝土结构的局部破坏。同时避免了在上下转盘之间狭窄的空间进行称重作业，操作简便、高效。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明中反拉称重装置的竖向剖面结构示意图。

附图标记：1－转体结构、2－承台、3－上转盘、4－球铰、4.1－上球铰单元、4.2－下球铰单元、5－钢绞线、6－穿心千斤顶、7－压力传感器、8－百分表、9－套管、1O－混凝土垫块、11－滑道、12－限位撑、O－球心。

具体实施方式

如图1所示，这种球铰转体桥梁的反拉称重方法，采用反拉称重装置对转体结构1进行称重；所述反拉称重装置设置在转体结构1与承台2之间，包括有上转盘3、球铰4、钢绞线5、穿心千斤顶6、压力传感器7、百分表8；所述上转盘3托接在转体结构1的底部；所述球铰4安装在承台2与上转盘3之间，包括有上球铰单元4.1和下球铰单元4.2；所述上球铰单元4.1安装在上转盘3的底部；所述下球铰单元4.2安装在承台2的顶部；所述承台2的顶部、位于下球铰单元4.2的外侧设有一圈滑道11；所述上转盘3的底部、沿环向间隔设置有竖向的限位撑12；所述限位撑12与滑道11对应设置，并且限位撑12的底部与滑道11之间留有间距；所述钢绞线5对称布置在球铰4的左右两侧，且每侧的钢绞线5由下而上逐渐向外倾斜设置；所述钢绞线5拉设在上转盘3与承台2之间，所述钢绞线5的下端锚固在承台2中，钢绞线5的上端穿过上转盘3；在上转盘3中、对应钢绞线5穿过的位置处设置有套管9；在上转盘3的顶部、对应钢绞线5穿出的位置处垫设有混凝土垫块1O；所述穿心千斤顶6设置在混凝土垫块1O的顶部，并且穿心千斤顶6的顶升端垂直压设在混凝土垫块1O的斜面上；所述压力传感器7设置在穿心千斤顶6与混凝土垫块1O之间；所述钢绞线5的上端依次穿过混凝土垫块1O、压力传感器7和穿心千斤顶6，且锚固在穿心千斤顶6上；所述百分表8设置在上转盘3的左右两端，以测量上转盘3的左右两端与承台2之间的竖向距离；所述反拉称重方法包括步骤如下：

步骤一，在转体结构1与承台2之间施工反拉称重装置。

步骤二，确定球铰4的球心O，球铰4的球心O与转体结构1的重心之间存在间距。

步骤三，当M_G＜＜M_Z时，即上球铰单元4.1与下球铰单元4.2之间的摩阻力矩大于等于转体结构1的重力相对于球铰4产生的不平衡力矩时，顶升球铰4一侧的穿心千斤顶6，对上转盘3的对应一侧施加顶力F₁，当顶力F₁逐渐增加到使百分表8出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升；此时，压力传感器7显示的读数不再增加，但百分表8显示的位移继续变化(一侧的百分表8读数增加、另一侧的百分表8读数减少)。

步骤四，测出球心O与顶力F₁之间的力臂L₁，从而得出等式F₁·L₁＝M_G+M_Z；M_G为转体结构1的重力相对于球铰4产生的不平衡力矩，根据不平衡力矩的方向可以知道转体结构1的重心偏向哪一侧，我们需要在另一侧的桥面进行配重，假设配重的重量P以及配重位置到球铰4中心的水平距离L，那么为了使配重后的转体结构1重心刚好在球铰4的中心上方，则需要PL＝M_G，即配重产生的力矩PL与M_G平衡抵消；M_Z为球铰4转动时，上球铰单元4.1与下球铰单元4.2之间的摩阻力矩，由M_Z经过相关计算可以得出球铰4的摩擦系数，从而计算转体结构1所需的牵引力。

步骤五，顶升球铰4另一侧的穿心千斤顶6，对上转盘3的对应一侧施加顶力F₂，当顶力F₂逐渐增加到使到使百分表8出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升。

步骤六，测出球心O与顶力F₂之间的力臂L₂，从而得出等式F₂·L₂+M_G＝M_Z。

步骤七，根据步骤四和步骤六中的等式，

从而得出转体结构1的不平衡力矩：

球铰4的最大静摩擦力矩：

步骤八，根据步骤七中的球铰4的最大静摩擦力矩M_Z，计算得出球铰4的摩擦系数，从而计算转体结构1竖向转动所需的牵引力；同时，根据步骤七中的转体结构1的不平衡力矩M_G对桥面进行配重，直至配重产生的力矩PL与M_G平衡抵消；P为配重的重量，L为配重位置到球铰4中心的水平距离。

本实施例中，所述混凝土垫块1O的截面为直角三角形，所述混凝土垫块1O与上转盘3一体成型。

本实施例中，所述套管9为预埋的波纹管。

本实施例中，所述穿心千斤顶6与钢绞线5同轴。

本实施例中，所述钢绞线5在球铰4的每侧各设有一组，并且每组钢绞线5沿纵向间隔设置；所述钢绞线5的倾斜角度为3O°～9O°，为了使钢绞线5的作用力的对于球铰4的球心的力臂尽可能大，当球铰4的球面半径较大时角度取较小值，当球铰4的球面半径较小时角度取较大值。

本实施例中，所述限位撑12的底部与滑道11之间的间距为2cm～3cm。

本实施例中，当步骤三中的M_G＞M_Z，即上球铰单元4.1与下球铰单元4.2之间的摩阻力矩小于转体结构1的重力相对于球铰4产生的不平衡力矩时，转体结构1沿着M_G的方向转动，位于偏心一侧的限位撑12支撑在滑道11上；此时，步骤三至步骤六的过程为：

步骤三，顶升偏心对侧的穿心千斤顶6，对上转盘3的对应一侧施加顶力F₃，当顶力F₃逐渐增加到使百分表8出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升；

步骤四，测出球心O与顶力F₃之间的力臂L₃，从而得出等式F₃×L₃＝M_G+M_z；M_G为转体结构1的重力相对于球铰4产生的不平衡力矩；M_Z为球铰4转动时，上球铰单元4.1与下球铰单元4.2之间的摩阻力矩；

步骤五，使穿心千斤顶6逐渐卸力，穿心千斤顶6在卸力过程中的顶力为F′₁，球铰4发生与步骤三中转动方向相反的转动时，得出F′₁L₁+M_Z＝M_G；

步骤六，由步骤五与步骤四中的等式得出：

最大静摩擦力矩：

本实施例中，在对转体结构1进行正式转体时，还会在滑道11的钢板上铺设聚四氟乙烯滑块，减小转体结构1平转时的摩擦力。

Claims (6)

1.一种球铰转体桥梁的反拉称重方法，其特征在于：采用反拉称重装置对转体结构(1)进行称重；所述反拉称重装置设置在转体结构(1)与承台(2)之间，包括有上转盘(3)、球铰(4)、钢绞线(5)、穿心千斤顶(6)、压力传感器(7)、百分表(8)；所述上转盘(3)托接在转体结构(1)的底部；所述球铰(4)安装在承台(2)与上转盘(3)之间，包括有上球铰单元(4.1)和下球铰单元(4.2)；所述上球铰单元(4.1)安装在上转盘(3)的底部；所述下球铰单元(4.2)安装在承台(2)的顶部；所述承台(2)的顶部、位于下球铰单元(4.2)的外侧设有一圈滑道(11)；所述上转盘(3)的底部、沿环向间隔设置有竖向的限位撑(12)；所述限位撑(12)与滑道(11)对应设置，并且限位撑(12)的底部与滑道(11)之间留有间距；所述钢绞线(5)对称布置在球铰(4)的左右两侧，且每侧的钢绞线(5)由下而上逐渐向外倾斜设置；所述钢绞线(5)拉设在上转盘(3)与承台(2)之间，所述钢绞线(5)的下端锚固在承台(2)中，钢绞线(5)的上端穿过上转盘(3)；在上转盘(3)中、对应钢绞线(5)穿过的位置处设置有套管(9)；在上转盘(3)的顶部、对应钢绞线(5)穿出的位置处垫设有混凝土垫块(1O)；所述穿心千斤顶(6)设置在混凝土垫块(1O)的顶部，并且穿心千斤顶(6)的顶升端垂直压设在混凝土垫块(1O)的斜面上；所述压力传感器(7)设置在穿心千斤顶(6)与混凝土垫块(1O)之间；所述钢绞线(5)的上端依次穿过混凝土垫块(1O)、压力传感器(7)和穿心千斤顶(6)，且锚固在穿心千斤顶(6)上；所述百分表(8)设置在上转盘(3)的左右两端，以测量上转盘(3)的左右两端与承台(2)之间的竖向距离；所述反拉称重方法包括步骤如下：

步骤一，在转体结构(1)与承台(2)之间施工反拉称重装置；

步骤二，确定球铰(4)的球心(O)，球铰(4)的球心(O)与转体结构(1)的重心之间存在间距；

步骤三，当M_G＜＜M_Z时，即上球铰单元(4.1)与下球铰单元(4.2)之间的摩阻力矩大于等于转体结构(1)的重力相对于球铰(4)产生的不平衡力矩时，顶升球铰(4)一侧的穿心千斤顶(6)，对上转盘(3)的对应一侧施加顶力F₁，当顶力F₁逐渐增加到使百分表(8)出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升；

步骤四，测出球心(O)与顶力F₁之间的力臂L₁，从而得出等式F₁·L₁＝M_G+M_Z；M_G为转体结构(1)的重力相对于球铰(4)产生的不平衡力矩；M_Z为球铰(4)转动时，上球铰单元(4.1)与下球铰单元(4.2)之间的摩阻力矩；

步骤五，顶升球铰(4)另一侧的穿心千斤顶(6)，对上转盘(3)的对应一侧施加顶力F₂，当顶力F₂逐渐增加到使到使百分表(8)出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升；

步骤六，测出球心(O)与顶力F₂之间的力臂L₂，从而得出等式F₂·L₂+M_G＝M_Z；

步骤七，根据步骤四和步骤六中的等式，

从而得出转体结构(1)的不平衡力矩：

球铰(4)的最大静摩擦力矩：

步骤八，根据步骤七中的球铰(4)的最大静摩擦力矩M_Z，计算得出球铰(4)的摩擦系数，从而计算转体结构(1)竖向转动所需的牵引力；同时，根据步骤七中的转体结构(1)的不平衡力矩M_G对桥面进行配重，直至配重产生的力矩PL与M_G平衡抵消；P为配重的重量，L为配重位置到球铰(4)中心的水平距离。

2.根据权利要求1所述的一种球铰转体桥梁的反拉称重方法，其特征在于：所述混凝土垫块(1O)的截面为直角三角形，所述混凝土垫块(1O)与上转盘(3)一体成型。

3.根据权利要求1所述的球铰转体桥梁的反拉称重方法，其特征在于：所述穿心千斤顶(6)与钢绞线(5)同轴。

4.根据权利要求1所述的球铰转体桥梁的反拉称重方法，其特征在于：所述钢绞线(5)在球铰(4)的每侧各设有一组，并且每组钢绞线(5)沿纵向间隔设置；所述钢绞线(5)的倾斜角度为3O°～9O°。

5.根据权利要求1所述的球铰转体桥梁的反拉称重方法，其特征在于：所述限位撑(12)的底部与滑道(11)之间的间距为2cm～3cm。

6.根据权利要求1所述的球铰转体桥梁的反拉称重方法，其特征在于：当步骤三中的M_G＞M_Z，即上球铰单元(4.1)与下球铰单元(4.2)之间的摩阻力矩小于转体结构(1)的重力相对于球铰(4)产生的不平衡力矩时，转体结构(1)沿着M_G的方向转动，位于偏心一侧的限位撑(12)支撑在滑道(11)上；此时，步骤三至步骤六的过程为：

步骤三，顶升偏心对侧的穿心千斤顶(6)，对上转盘(3)的对应一侧施加顶力F₃，当顶力F₃逐渐增加到使百分表(8)出现3mm～5mm的读数变化时，停止顶升；

步骤四，测出球心(O)与顶力F₃之间的力臂L₃，从而得出等式F₃×L₃＝M_G+M_Z；M_G为转体结构(1)的重力相对于球铰(4)产生的不平衡力矩；M_Z为球铰(4)转动时，上球铰单元(4.1)与下球铰单元(4.2)之间的摩阻力矩；

步骤五，使穿心千斤顶(6)逐渐卸力，穿心千斤顶(6)在卸力过程中的顶力为F′₁，球铰(4)发生与步骤三中转动方向相反的转动时，得出F′₁L₁+M_Z＝M_G；

步骤六，由步骤五与步骤四中的等式得出：

最大静摩擦力矩：

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