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摘要：转体施工是一种先进的桥梁施工方法，转体施工的关键构件就是承载整个转动重量的转动球铰，其设计的合理性将直接影响到施工质量及安全性。本文以现有有限元计算理论为指导，结合工程实例，利用有限元分析程序MIDAS建立了该桥转台的空间有限元模型，给出了球铰在特定荷载工况下的计算结果，并对计算结果进行了对比分析，为以后同类结构球铰的设计提供参考。
关键词：转体施工；关键构件；球铰；有限元模型；参考
随着新技术、新工艺的不断出现以及在工程中的应用，转体施工已经发展一种成为比较成熟的桥梁施工方法，该方法施工工艺科学、造价经济、加快了施工进度，随着该方法的进一步探索和推广，在桥梁建设中将发挥越来越大的作用，产生越来越好的社会和经济效益。
选择平面转体法施工“T”形连续梁横跨既有构筑物，其主桥下部结构、箱梁现浇以及转体施工等过程，对既有构筑物的正常使用影响较小，从而减小了因本桥的修建引起的既有构筑物的中断使用带来的经济损失。这种施工方法的转盘部分是施工的关键部位，转轴的定位精度直接影响上部结构位置的准确性，下转盘表面的平整度是影响转动过程中摩擦力大小的关键因素，转盘混凝土的密实与否，决定着转动系统能否正常转动。因此在转体施工中必须抓好这三方面的质量要求，进而保证转体的成功。通过对下转盘施工、球铰加工、运输及安装、滑道安装和上转盘施工等施工精度的有效控制，确保转体桥梁按照设计要求及施工规范顺利转体；通过施工过程中的高程、应力等的控制，保证施工质量并使合龙后的桥梁偏差控制在规范和设计要求之内，确保了整个桥梁线形的美观。
1 工程概况盘锦至营口客运专线盘锦特大桥124＃～127＃墩设计为（80.6＋128＋80.6）m 现浇连续梁，其中124# ～125＃墩跨林丰路、125＃～126＃墩跨既有沟海线和电厂专用线，与沟海线斜交角度为167°10′、126# ～127＃墩跨石油管廊。该梁平面位于半径5500m 的圆曲线上，纵断面位于半径25000m 的竖曲线上，线路纵坡为-12.7‰，为抵消转体时曲梁的横向不平衡弯矩，转动中心横向偏心9.7cm。
为减少上部结构施工对铁路行车安全的影响，该桥采用平衡转体的施工方法。即先在铁路两侧浇筑梁体，然后通过转体使主梁就位、调整梁体线形、封固球铰转动体系的上、下盘，最后浇筑合龙段，使全桥贯通。转体段梁长63m+63m；转体角度125#墩为12°23＇、126#墩为12°10＇，转体重量为12000t。
本桥转体结构上、下转盘均为六边形，上转盘厚2.0m，下转盘厚5.0m，下转盘为支承转体结构全部重量的基础，转体完成后，与上转盘共同形成基础。转盘采用C50 混凝土。上转盘设纵横向预应力筋，纵向设24 根12-7φ5 钢绞线，横向设纵向设28 根12-7φ5 钢绞线。纵、横向钢绞线均采用单端张拉，张拉端、锚固端交错布置，张拉端采用OVM15-12 锚具，固定端采用OVM15-12P 锚具。管道采用内径φ90 金属波纹管。
球铰由上、下球铰、球铰间镶嵌四氟乙烯片、上下球铰的固定钢销轴、下球铰定位钢定位架组成，设计竖向承载力12000kN，上球铰平面直径4.1m，下球铰平面直径3.8m，球铰球径为8.0m。在对应滑道位置上转盘内共设有6 对双φ800x24mm 的撑脚，撑脚高0.9m（含底部3cm 的走板），撑脚钢管内灌注C50 微膨胀混凝土。
2 局部应力分析2.1 有限元模型本文应用有限元分析软件MIDAS 进行分析计算，该软件单元种类丰富，功能强大，基本上可以满足工程需要。取桥墩底面以上3 米到桩底范围建立有限元模型，并采用网格自动划分功能划分单元，采用空间块体单元、弹簧单元以及接触面单元等对转动球铰、上、下承台、墩身及桩基础建立空间有限元模型。有限元计算模型如图1 所示。
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3 工况二转盘应力云图（单位：MPa）由图2、3 应力云图可以看出：在工况一作用下，上下球铰接触部位竖向压应力大部分在1.634~6.198MPa 之间，应力集中部位达到11.753MPa。
群桩竖向应力呈现中间大，四周小的趋势。在工况二作用下，上下球铰接触部位竖向压应力大部分在1.762~6.374MPa 之间，应力集中部位达13.755MPa，临时支墩处局部应力最大为10.987MPa，群桩竖向应力同样呈现中间大，四周小的趋势。因此，应加大下转盘的刚度，使桩基受力趋向均匀，并且在桩基检算时应考虑转体施工阶段中荷载在桩基中的分布。
通过比较发现：两种工况下球铰处竖向应力相差不大，群桩的竖向应力分布趋势相同。施加预应力后，预应力钢束能够提高上转盘的刚度，有效减小竖向应力峰值，使得上部结构的力更均匀的向下传递，因此设计中在上转盘配置纵、横向预应力钢束是合理的，这对改善球铰上转盘的应力分配具有积极的作用。
2.3 球铰偏心对转盘应力的影响球铰的精确定位与安装是转体施工的关键工序，其施工质量直接决定转盘的受力状况与转体施工能否顺利进行。为分析球铰偏心对转盘受力及位移的影响，本文在第一种荷载工况下假定四种偏心距进行有限元分析，分别为0.05m、0.1m、0.2m 和0.3m，计算结果如图4 所示。
通过图4 可以看出，随着球铰偏心距的逐步增大，球铰处的最大竖向应力也明显增加，从球铰不偏心最大竖向应力11.753MPa 到偏心0.3m 时的16.749MPa，并且应力在球铰断面呈一侧大一侧小，差值最大约为14MPa。
由此可见，球铰偏心对球铰的受力产生不利影响，使得球铰局部受力过大，并且分布不均。
3 结论（1）通过有限元计算：球铰部分有较高压应力水平，应力分布呈中间小、四周大的趋势，边缘处存在应力集中现象。
（2）在转体施工阶段，群桩竖向受力呈现中间大、四周小的分布规律，对中间桩基受力较为不利，在设计中可通过加大下转盘的厚度，使桩基受力趋向均匀。
（3）通过对上转盘施加纵、横向预应力，增加了上转盘的刚度，有效减小竖向应力峰值，显著改善了球铰的应力分布，从理论上验证了在上转盘配置预应力钢束的必要性。
（4）研究了纵向不平衡偏心距对转盘受力的影响，结果表明：随着球铰偏心距的增大，球铰处的最大竖向压应力也明显增加，使得球铰局部受力变大，分布更加不均，对球铰的受力产生不利影响。
参考文献：[1]张海文.矮塔斜拉桥索鞍局部混凝土应力分析.西南交通大学硕士学位论文.2008.[2]张解放.T 形刚构桥转体施工技术[J].石家庄铁道学院学报.2006（12）.[3]吴鸿庆，任侠.结构有限元分析[M].北京：中国铁道出版社，2000.[4]王立中.转体施工的公路T 型刚构桥梁转动结构设计[J].铁道工程学报.2006（9）.[5]薛军.大纵坡弯斜桥梁水平转体施工转盘工艺革新与安装[J].铁道勘察.2007（5）.
论文作者:王磊
论文发表刊物:《基层建设》2015年2期供稿
论文发表时间:2015/9/2
标签：应力论文; 转盘论文; 偏心论文; 受力论文; 有限元论文; 工况论文; 预应力论文; 《基层建设》2015年2期供稿论文;