公路桥梁V形刚构转体设计关键技术研究

王飞杰,何妙猜

(1.武汉信达雅路桥技术有限公司,武汉 430000；2.西南交通大学设计研究院有限公司中南分院,武汉 430000)

随着我国交通事业的迅猛发展，交通路网日益复杂，跨线桥的设计、施工日趋频繁，在不影响桥下路线通行的条件下，对跨线桥的设计、施工提出了更高的要求。我国目前所采用的跨线桥的施工方法主要有悬浇挂篮施工法、顶推施工法、转体施工法。悬浇挂篮施工法的优点是施工场地小、施工机具简单，缺点是施工周期长，施工工序复杂。顶推施工法具有施工工期短的优点，但对施工场地的要求高，对施工的精度要求高，且顶推跨径不宜过大。转体施工法也具有施工周期短的优点，转体施工施工机具较少，对施工精度要求相对较小，成桥线形易控制，但转体要求主墩承台的尺寸足够大，有足够的施工场地。该文主要对转体施工方法进行研究。

根据转动方向的不同，转体施工方法主要分为竖向转体施工法和水平转体施工法以及平转和竖转相结合的方法。竖向转体主要应用于中小跨径的钢筋混凝土拱桥，在桥跨两侧搭竖向支架完成拱肋浇筑，然后再竖向转向到位。平面转体除了应用在钢筋混凝土拱桥上，也在钢管混凝土拱桥、斜拉桥、刚构桥、连续梁桥中得到了很好的应用。平转施工主要是将主体结构在桥址附近不影响通行的施工场地进行浇筑、焊接之后，通过水平转动至设计桥位处。平转和竖转相结合的施工方法则主要应用于钢管混凝土拱桥中[1]。论文主要介绍平转法在公路V构转体中的应用。

1 V形刚构的特点

V形刚构桥作为连续刚构桥的一个分支，继承了连续刚构主梁刚度大、结构变形小、行车平顺、抗震性能好等优点，同时还具备了结构形式美观、受力更合理等优点。

从受力角度分析，V形刚构由于斜腿的存在，将中墩处的一个支点固结转变为两个支点固结，从而将中墩墩顶的负弯矩进行了一个削峰处理，大大减小了中墩墩顶的负弯矩，同时由于斜腿之间的间距使V构两侧的跨径也相应减小，跨中弯矩也相应减小。但是，由于采用倾斜的V形桥墩，使原本主要承受轴向压力的压弯构件转变为一个偏心受压构件，特别是在活载和温度的作用下，V形桥墩容易出现较大的偏心距。

从结构尺寸来看，由于V形支撑使桥梁跨度减小，则主梁结构尺寸也可以相应的减小，一般来说，V形刚构桥比连续梁桥要经济10%～15%左右。但是由于V腿与中支点处的主梁形成一个刚接的三角形区域，该区域内受力较为复杂，在外荷载作用下，主梁易出现拉应力而开裂，设计中应引起足够的重视。

2 V形刚构转体的关键技术

2.1 V形刚构转体系统的主要构成及工程简介

V形刚构的转体，一般采用平转。对于平转体系，通常由三部分构成，分别为承重体系，助推牵引体系和平衡体系。转体结构的承台分为上下两层，上层承台主要连接上转盘和V构，下层承台主要与下转盘相连，上下承台及转盘共同构成结构的承重体系，在下转盘位置设置环形滑道和助推支座，同时设置牵引设备，这三者共同构成牵引系统以达到上转盘和V构共同转动的目的[2]。而结构的平衡则主要靠结构自身的重量，以及上转盘底的球铰和钢撑角组成。对于V构平转系统而言，其主要技术关键在于转动过程中结构整体的稳定性以及转动体系的平稳、匀速转动，而这两者都与结构的支撑体系、不平衡弯矩、摩阻力、偏心距等有很大关系。

陕西省宝鸡市蟠龙塬上塬路上跨陇海铁路立交工程起点里程为ZXK0+698.000(20号墩中心线)，终点里程为ZXK0+873.0(桥台胸墙线)，该桥在既有陇海铁路里程K1239+180.207处与陇海下行线斜交，斜交角度为38.7°，交点处道路里程为ZXK0+817.839；主桥为75+75 m V型墩刚构，主桥位于平曲线半径R=250 m的圆曲线上，施工方式采用平面转体施工。主桥边墩下部结构形式采用双柱式盖梁结构，桥型图见图1。

2.2.V形刚构转体技术的设计要点

对于V形刚构而言，一般V形斜腿为钢筋混凝土的板式结构，由于受桥面纵坡的影响，两斜腿在立面上与墩中心线的夹角会存在一点偏差，对于普通的T构而言这点偏差的影响基本可以忽略不计，但是对于V构转体而言，这种偏差可能直接导致转盘受力不均，因此，设计中应充分考虑该偏差的影响。

由于该桥平面位于半径250 m的曲线上，转盘结构采用环道与中心支承相结合的球铰转动体系，转盘结构中心与道路中心线横桥向预设1.85 m(向曲线内侧)的预偏心，以抵消曲线梁在球铰处产生的横向不平衡弯矩。

对于平面转体系统而言，能否顺利转动到位，转动过程中球铰支座的选型尤为重要，此项目，上部转体总质量为86 200 kN，选用直径为φ3 900 mm的钢球铰，厚度为40 mm，分上下两片，球铰结构见图2。

球铰上下转盘混凝土的局部承压能力主要考虑转盘处混凝土所承受的包括上承台在内的转体部分的重量，计算该部分转体重量时，还应将转体过程中为保证转体平衡而加入的配重荷载考虑在内，其局部承压构件承载力则根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》5.7.2计算得到。设计中需考虑间接钢筋体积配筋率对于其局部承压的影响[3]。

计算撑脚所承受的最大应力时，需要充分考虑施工过程中的各种不平衡荷载，如：施工中梁体浇筑误差、施工设备重、风载等的作用，考虑荷载组合的最不利情况计算四氟滑板及撑脚最大应力。

对于转体结构其转动过程中的抗倾覆稳定性也是计算的一个重要内容，计算需考虑结构在各荷载作用下的最大不平衡弯矩，并与恒载所能产生的最大抵抗弯矩进行比较，保证结构在不平衡弯矩作用下不发生倾覆。

2.3 转盘局部模型分析

对于转体结构而言，转盘能否满足受力要求是整个转体过程能否顺利进行的关键所在，因此对于转盘的受力分析，也成为转体受力分析的关键所在。对于转盘而言，它主要是通过结构之间的接触传递荷载，在模型建立中主要考虑上下球铰之间的接触，按最不利考虑分析球铰处的局部受力是不是能满足受力要求[4,5]。

该桥球铰计算模型如图3所示，钢球铰直径为φ3 900 mm，厚度为40 mm，分上下两片，下转盘采用C55混凝土，模型中按底部采用固定约束，约束整个底面，球铰顶面考虑上部斜腿刚构的转体自重N=96 601 kN，及施工误差、风载及施工机具等产生的弯矩M=104 909 kN·m[6]。

计算考虑上下球铰之间的接触，接触面如图4所示。

经计算，上下转盘变形如图5所示。

从图5中可知，转盘最大变形值为3.9 mm，且主要出现在上转盘边缘处。

上、下转盘应力如图6、图7所示。

从图中可知，上转盘最大应力14.9 MPa，且最大应力出现在与下转盘接触边缘处，转盘中心处应力较小。下转盘最大应力12.7 MPa，最大应力出现位置为转盘边缘靠中心一点的位置，也是中心处应力最小。

3 结 语

对于转体施工的V形刚构而言，其转体过程中的主要关键在于转体部分在转动过程中能否承受各种施工荷载的作用，计算中应充分考虑各种施工荷载，各种不平衡弯矩，以保证球铰、撑脚、四氟滑板等的正常运作，保证转体的顺利进行。

[1] 陈宝春，孙 潮，陈友杰.桥梁转体施工方法在我国的应用与发展[J].公路交通科技,2001:24-28.

[2] 胡素敏.桥梁转体施工方法及发展应用[J].交通世界,2008(1):129-131.

[3] 王振东.大跨度连续梁水平转体施工关键技术研究[J].铁道建筑,2013(8):27-29.

[4] 徐芝纶.弹性力学·上册[M].4版.北京:高等教育出版社,2006.

[5] 单辉祖.材料力学[M].北京:高等教育出版社,2004.

[6] 左 敏,江克斌.转体桥平转球铰转体过程应力计算方法研究[J].铁道标准设计,2015(12):36-39.