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“神州大地上的空中芭蕾”——中国桥梁转体施工方法的应用与发展

已有 960 次阅读 2021-3-17 15:36 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

桥梁是重要基础设施之一,近些年来,随着中国城镇化的持续发展,越来越多的公路及铁路桥梁需要被修建在交通繁忙的城市或者山区峡谷地区。转体施工方法,作为一种无支架的施工方法,在跨越上述既有建筑、道路、河流和峡谷等障碍物时具有显著的优势,因而在我国的桥梁建设中取得了广泛的应用和发展。目前,中国已是世界上拥有转体施工桥梁最多的国家,向从事桥梁结构设计与施工的工程师和科研工作者们分享我国在桥梁转体施工技术领域相关信息和经验具有非常重要的意义。SCIENCE CHINA Technological Sciences在线发表综述,全面回顾和总结了中国桥梁旋转施工方法特点和关键施工技术。从(1)连续梁和连续刚构桥,(2)拱桥,和(3)斜拉桥三种体系桥梁的转体施工技术的应用进行了总结;对于每种结构体系,提供了过去二十年来中重要桥梁案例调查分析,并对其转桥梁体重量,最大悬臂跨度和转体时间等关键参数进行了比较和讨论。最后详细分析了平转法施工过程中的关键问题,包括称重试验技术与球铰的稳定性问题。


采用转体施工方法的桥梁一般首先在其需要跨越障碍物(如道路、河流等)的附近处修建,然后被转动至设计桥位完成施工。采用该施工方法可以减少施工过程对既有道路交通或河流通航的干扰,同时避免在原设计桥位处搭设支架施工。当需要跨越交通繁忙的高速公路、高速铁路和通航河流以及地形险要的山区峡谷时,转体施工方法是一种合理且经济的施工方案。转体施工方法在全世界各国都得到了广泛的应用,近些年来在中国更是得到了快速的发展,目前中国的转体施工桥梁在数量和转体重量上都居世界第一,图1显示了统计的转体重量的发展变化趋势。截止至2019年7月,已建成的具有最大转体吨位的桥梁为河北保定乐凯大街斜拉桥,转体重量约46000吨,该桥花费了约70分钟的转体过程完成了对21条既有铁路线的跨越。

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图1 转体施工桥梁重量发展趋势

转体施工方法根据桥梁的转动方向主要分为平转法,竖转法,有时又将这两种方法结合起来,即先竖转再平转或者先平转再竖转。平转法指的是将与桥地平面轴成一定角度的桥梁水平旋转至其设计位置,一般又可将其进一步分为有平衡重转体和无平衡重转体。平转法在转体施工桥梁中最为常见,在连续梁和连续刚构桥、拱桥和斜拉桥中都有应用。例如,河南郑州陇海路的“姊妹桥”,连续梁结构,跨径(70+70) m,转体过程中最大悬臂半径为131 m,转体重量12300吨,在88分钟内逆时针水平旋转87.3°跨越了桥下既有线路,见图2。而竖转法的基本原理是在桥轴线的某个高度制造或拼装结构,然后利用拉索将结构垂直旋转到设计高度位置,最后合拢结构完成施工,竖转法目前主要应用在拱桥中。例如,澜沧江特大桥,主跨342 m,两半主拱肋竖向旋转两次后合拢。

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图2 郑州陇海路的“姊妹桥”转体过程:(a)~(d)

对于转体桥梁的施工,如何保证转体过程的安全和结构的稳定性至关重要,其中称重试验是一项基本的技术手段。称重测试的目的在于获得转体结构的不平衡力矩、由球铰提供的摩擦力矩,球铰摩擦系数和转体结构的初始偏心距,确定转体过程中的平衡措施等。在移除现浇支架后,转体结构一般会出现转体结构的不平衡力矩小于球铰摩擦力矩(Case 1)或者转体结构的不平衡力矩大于球铰摩擦力矩(Case 2)两种情况。实际过程中可观察转动体系的撑脚有无受力来判断转动结构处于何种工况。称重试验一般通过测试刚体位移突变的方法进行测试,如图3所示,对于该桥,1800 kN和2600 kN即为获得的关键荷载值,根据称重试验的理论公式,可得出结构的初始偏心距和球铰的摩擦系数等。

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图3 Case 1 ((a), (b)) 与Case 2 ((c), (d))称重试验过程和某桥观察到的位移-荷载曲线(e)

目前我国的基础设施建设仍然在持续进行中,不可避免的会出现新建线路跨越既有线路,转体施工可将桥梁的施工过程对线路的影响降到最小,不中断交通,具有独特的优势。另外,在我国交通强国建设的战略实施中,在面对地形艰险复杂的峡谷深水的山区环境时,转体施工极大的降低了施工难度,减少工程造价,具有较大的现实意义。



文章信息:[点击下方链接可阅读原文]

Su M, Wang J, Peng H, et al. State-of-the-art review of the development and application of bridge rotation construction methods in China. Sci China Tech Sci, 2020, 63, https://doi.org/10.1007/s11431-020-1704-1


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