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摘 要结合该工程转体设计实例，探讨该桥所采用的转体设计技术，同时提出笔者在从事转体设计的一些体会，以供同类工程设计参考借鉴。
关键词钢管桁架；桁架拱桥；转体设计；转体施工
中图分类号U448.22文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)051-0200-01
1工程简介
某桥梁全长468.20m，主跨为236米上承式钢管砼单线铁路拱桥，孔跨布置为3×24m PC简支梁+236m上承式钢管混凝土提篮拱+5×24m PC简支梁，拱上支墩为空心钢筋混凝土刚架墩。转体结构高度48.128米，前臂长度95.87米，平衡端长度12.83米，合拢段长度2.1米，转体施工重量达到九千零四十吨。桥梁所采用的钢管拱桁架采用工厂单元制造，组成转体系统后南北两个同时转体合拢。本钢管拱架在支架上拼装焊接成型后，经过测量线型，检测焊缝，满足设计要求后，方可实施转体合拢作业。
2转体结构设计
2.1转体结构组成
本桥梁的转体系统由以下部分所组成：半跨钢管拱、交界墩索塔、扣索背索系统、上盘及平衡重、转台、撑脚和基础、拽拉牵引系统。半跨钢管拱拱脚以临时铰铸钢支座支承于转体上盘两翼，拱上端以扣索拉锚于交界墩顶部，交界墩顶部又以背索拉锚于转体上盘后端，交界墩底部与上盘固结；转体上盘座于转台上，以1.2万钢聚四氟乙烯盆式球铰支座支承于基础上，并以六组均布的撑脚辅助支撑于下盘顶面环道上，确保水平转动时三点支承和转体稳定；水平转动牵引索锚固端则预埋于转台侧面圆周上，张拉端以千斤顶传到预埋于下盘砼基础顶面的钢支撑上。合拢段长度2.1米，满足转体空间的需要。
2.2转动体系
本桥梁转动体系的核心结构是直接为Φ3.5m的钢聚四氟乙烯盆式球铰支座，其承担转体的全部重量，并绕球铰中心定位轴水平转动。每个球铰布置618块Φ6cm的聚四氟乙烯片，总面积为18180cm2，聚四氟乙烯片处于高压应力状态，平均计算压应力为49.7Mpa。球铰的摩擦面为钢与聚四氟乙烯片的摩擦，摩擦面间涂抹1：12黄油聚四氟乙烯粉润滑剂。采用磨擦力计算公式F＝W×u，取启动时静摩擦系数u＝0.1，则静摩擦力F＝W×u＝9040kN；取转动过程中的动摩擦系数u＝0.06，则动摩擦力F＝W×u＝5424kN。经计算，启动时所需最大牵引力
T＝2/3×（R·W·µ静）/D＝1444kN；转动过程中所需牵引力
T＝2/3×（R·W·µ动）/D＝867kN。
故本桥每个转体选用两套四台QDCLl200-200级液压、同步、自动连续牵引系统，形成水平旋转力偶，通过拽拉4束锚固且缠绕于直径8.4m上转盘转台圆周上的12Φ15.24钢绞线，使得转动体系转动。每套千斤顶承受牵引力为722kN。该牵引系统最大启动力4000kN，启动力矩可达33600kN·M；动力系数K＝1444/4000＝0.38，可满足施工要求。转动牵引索采用1860Mpa级12Φ15.24钢绞线，牵引力为722KN，钢绞线应力
σ＝438Mpa，应力系数K＝0.235。
2.3防倾保险体系
本桥梁转体的内环保险腿设于转台底Φ7.0m直径的圆周上，均匀布置六个钢撑脚的保险腿，每个钢撑脚保险腿由两根Φ1.0m焊接钢管并于钢管内填充C50微膨胀砼组成。钢撑脚之保险腿走板底预留间隙δ=12mm，在转体荷载作用下，确保钢撑脚保险腿底与下盘砼面的环行滑道有4~6mm的间隙。施工转体时应备足δ=3mm不锈钢板，将其空隙塞实。为确保转体结构的稳定，通过转体上盘尾部预压平衡重调节重心，使重心向后偏移。转体结构由钢球铰和其后的两个钢撑脚保险腿支承，形成三点支承，而两个后腿承受的荷载由计算确定。
2.4位控体系
1）转体限位和微调装置。针对桥梁采用转体设计时容易出现的偏差，分别对横向倾斜、水平偏转、纵向倾斜设置了成对限位和微调千斤顶装置。横向倾斜限位和微调主要是在两翼拱脚上盘底面对称于桥轴线12m各设置两台5000kN的千斤顶，一侧起顶，而另一侧预留限位。起顶限位值△＝12/7.16×△z，其中△z为悬臂端两外管顶实测高差，由实测计算确定。水平偏转限位和微调是通过在上盘尾部对称于桥轴线6.5m两侧各布置一个砼水平墩座，并在墩座与上盘盘尾之间各布置一台YCW400千斤顶。一侧起顶，而另一侧预留限位，起顶限位值
△＝6.5/115.87×△y，其中△y为悬臂端拱轴线横实测桥向偏位值，由实测计算确定。纵向倾斜限位和微调主要是通过在球铰中心后方13m处的上盘底对称于桥轴线6m各布置一台5000kN千斤顶。若拱肋悬臂前端的合拢口高程高于设计值，则起顶上盘尾部，起顶值△＝13/115.87×△z，其中△z为悬臂端管顶实测高程与设计高程之差，由实测计算确定。
2）临时转动铰。拱脚临时转动铰采用铸钢弧形支座，上弧形座板以大螺栓与拱脚实腹段相联；支承下座板则预埋在上盘砼两翼，其预埋精度务必满足设计要求，确保两翼的转动铰中心在垂直于桥轴线的同一直线上。由于拱脚有向外水平分力，为防止临时转动铰上弧形座板横向滑移，必须在上弧形座板两侧的下座板面上焊以钢挡板，挡板厚度不小于30mm，外侧焊缝高度不小于20mm，长度不小于400mm。转体结构平转到位后，若拱肋悬臂前端的合拢口高程低于设计值，可通过张拉扣索，使拱肋绕铸钢临时铰转动，以满足设计要求。
3转动体系验算
本钢管桁架拱桥转体总重量W为90400kN，作用于直径3.5m的钢聚四氟乙烯盆式球铰支座上。采用磨擦力计算公式F＝W×u，取启动时静摩擦系数u＝0.1，则静摩擦力F＝W×u＝9040kN；取转动过程中的动摩擦系数u＝0.06，则动摩擦力F＝W×u＝5424kN。转体拽拉力计算：
T＝2/3×（R·W·µ）/D，其中R－球铰平面半径，取R＝1.75m；
W－转体总重量，取W＝90400kN；D－转台直径，取D＝8.4m；µ－球铰摩擦系数，取µ静＝0.1，µ动＝0.06。则经计算，启动时所需最大牵引力T＝2/3×（R·W·µ静）/D＝1444kN；转动过程中所需牵引力
T＝2/3×（R·W·µ动）/D＝867kN。
故本桥每个转体选用两套四台QDCLl200-200级液压、同步、自动连续牵引系统，形成水平旋转力偶，通过拽拉4束锚固且缠绕于直径8.4m上转盘转台圆周上的12Φ15.24钢绞线，使得转动体系转动。而每套千斤顶承受牵引力为722kN，则该牵引系统最大启动力4000kN，启动力矩可达33600kN·M；动力系数取K＝1444/4000＝0.38，可满足施工要求。
4结语
本文结合该工程转体设计实例，探讨该桥所采用的转体设计技术，给出了转动体系计算步骤以验算转体体系设计的准确性与安全性，同时提出笔者在从事转体设计的一些体会，以供同类工程设计参考借鉴。
参考文献
[1]陈克坚.水柏铁路北盘江大桥主桥设计特色[J].铁道标准设,2004,23:09.
[2]何庭国,等.北盘江大桥拱圈单铰转体施工设计[J].铁道标准设计,2002,21:09.
关键词钢管桁架；桁架拱桥；转体设计；转体施工
中图分类号U448.22文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)051-0200-01
1工程简介
某桥梁全长468.20m，主跨为236米上承式钢管砼单线铁路拱桥，孔跨布置为3×24m PC简支梁+236m上承式钢管混凝土提篮拱+5×24m PC简支梁，拱上支墩为空心钢筋混凝土刚架墩。转体结构高度48.128米，前臂长度95.87米，平衡端长度12.83米，合拢段长度2.1米，转体施工重量达到九千零四十吨。桥梁所采用的钢管拱桁架采用工厂单元制造，组成转体系统后南北两个同时转体合拢。本钢管拱架在支架上拼装焊接成型后，经过测量线型，检测焊缝，满足设计要求后，方可实施转体合拢作业。
2转体结构设计
2.1转体结构组成
本桥梁的转体系统由以下部分所组成：半跨钢管拱、交界墩索塔、扣索背索系统、上盘及平衡重、转台、撑脚和基础、拽拉牵引系统。半跨钢管拱拱脚以临时铰铸钢支座支承于转体上盘两翼，拱上端以扣索拉锚于交界墩顶部，交界墩顶部又以背索拉锚于转体上盘后端，交界墩底部与上盘固结；转体上盘座于转台上，以1.2万钢聚四氟乙烯盆式球铰支座支承于基础上，并以六组均布的撑脚辅助支撑于下盘顶面环道上，确保水平转动时三点支承和转体稳定；水平转动牵引索锚固端则预埋于转台侧面圆周上，张拉端以千斤顶传到预埋于下盘砼基础顶面的钢支撑上。合拢段长度2.1米，满足转体空间的需要。
2.2转动体系
本桥梁转动体系的核心结构是直接为Φ3.5m的钢聚四氟乙烯盆式球铰支座，其承担转体的全部重量，并绕球铰中心定位轴水平转动。每个球铰布置618块Φ6cm的聚四氟乙烯片，总面积为18180cm2，聚四氟乙烯片处于高压应力状态，平均计算压应力为49.7Mpa。球铰的摩擦面为钢与聚四氟乙烯片的摩擦，摩擦面间涂抹1：12黄油聚四氟乙烯粉润滑剂。采用磨擦力计算公式F＝W×u，取启动时静摩擦系数u＝0.1，则静摩擦力F＝W×u＝9040kN；取转动过程中的动摩擦系数u＝0.06，则动摩擦力F＝W×u＝5424kN。经计算，启动时所需最大牵引力
T＝2/3×（R·W·µ静）/D＝1444kN；转动过程中所需牵引力
T＝2/3×（R·W·µ动）/D＝867kN。
故本桥每个转体选用两套四台QDCLl200-200级液压、同步、自动连续牵引系统，形成水平旋转力偶，通过拽拉4束锚固且缠绕于直径8.4m上转盘转台圆周上的12Φ15.24钢绞线，使得转动体系转动。每套千斤顶承受牵引力为722kN。该牵引系统最大启动力4000kN，启动力矩可达33600kN·M；动力系数K＝1444/4000＝0.38，可满足施工要求。转动牵引索采用1860Mpa级12Φ15.24钢绞线，牵引力为722KN，钢绞线应力
σ＝438Mpa，应力系数K＝0.235。
2.3防倾保险体系
本桥梁转体的内环保险腿设于转台底Φ7.0m直径的圆周上，均匀布置六个钢撑脚的保险腿，每个钢撑脚保险腿由两根Φ1.0m焊接钢管并于钢管内填充C50微膨胀砼组成。钢撑脚之保险腿走板底预留间隙δ=12mm，在转体荷载作用下，确保钢撑脚保险腿底与下盘砼面的环行滑道有4~6mm的间隙。施工转体时应备足δ=3mm不锈钢板，将其空隙塞实。为确保转体结构的稳定，通过转体上盘尾部预压平衡重调节重心，使重心向后偏移。转体结构由钢球铰和其后的两个钢撑脚保险腿支承，形成三点支承，而两个后腿承受的荷载由计算确定。
2.4位控体系
1）转体限位和微调装置。针对桥梁采用转体设计时容易出现的偏差，分别对横向倾斜、水平偏转、纵向倾斜设置了成对限位和微调千斤顶装置。横向倾斜限位和微调主要是在两翼拱脚上盘底面对称于桥轴线12m各设置两台5000kN的千斤顶，一侧起顶，而另一侧预留限位。起顶限位值△＝12/7.16×△z，其中△z为悬臂端两外管顶实测高差，由实测计算确定。水平偏转限位和微调是通过在上盘尾部对称于桥轴线6.5m两侧各布置一个砼水平墩座，并在墩座与上盘盘尾之间各布置一台YCW400千斤顶。一侧起顶，而另一侧预留限位，起顶限位值
△＝6.5/115.87×△y，其中△y为悬臂端拱轴线横实测桥向偏位值，由实测计算确定。纵向倾斜限位和微调主要是通过在球铰中心后方13m处的上盘底对称于桥轴线6m各布置一台5000kN千斤顶。若拱肋悬臂前端的合拢口高程高于设计值，则起顶上盘尾部，起顶值△＝13/115.87×△z，其中△z为悬臂端管顶实测高程与设计高程之差，由实测计算确定。
2）临时转动铰。拱脚临时转动铰采用铸钢弧形支座，上弧形座板以大螺栓与拱脚实腹段相联；支承下座板则预埋在上盘砼两翼，其预埋精度务必满足设计要求，确保两翼的转动铰中心在垂直于桥轴线的同一直线上。由于拱脚有向外水平分力，为防止临时转动铰上弧形座板横向滑移，必须在上弧形座板两侧的下座板面上焊以钢挡板，挡板厚度不小于30mm，外侧焊缝高度不小于20mm，长度不小于400mm。转体结构平转到位后，若拱肋悬臂前端的合拢口高程低于设计值，可通过张拉扣索，使拱肋绕铸钢临时铰转动，以满足设计要求。
3转动体系验算
本钢管桁架拱桥转体总重量W为90400kN，作用于直径3.5m的钢聚四氟乙烯盆式球铰支座上。采用磨擦力计算公式F＝W×u，取启动时静摩擦系数u＝0.1，则静摩擦力F＝W×u＝9040kN；取转动过程中的动摩擦系数u＝0.06，则动摩擦力F＝W×u＝5424kN。转体拽拉力计算：
T＝2/3×（R·W·µ）/D，其中R－球铰平面半径，取R＝1.75m；
W－转体总重量，取W＝90400kN；D－转台直径，取D＝8.4m；µ－球铰摩擦系数，取µ静＝0.1，µ动＝0.06。则经计算，启动时所需最大牵引力T＝2/3×（R·W·µ静）/D＝1444kN；转动过程中所需牵引力
T＝2/3×（R·W·µ动）/D＝867kN。
故本桥每个转体选用两套四台QDCLl200-200级液压、同步、自动连续牵引系统，形成水平旋转力偶，通过拽拉4束锚固且缠绕于直径8.4m上转盘转台圆周上的12Φ15.24钢绞线，使得转动体系转动。而每套千斤顶承受牵引力为722kN，则该牵引系统最大启动力4000kN，启动力矩可达33600kN·M；动力系数取K＝1444/4000＝0.38，可满足施工要求。
4结语
本文结合该工程转体设计实例，探讨该桥所采用的转体设计技术，给出了转动体系计算步骤以验算转体体系设计的准确性与安全性，同时提出笔者在从事转体设计的一些体会，以供同类工程设计参考借鉴。
参考文献
[1]陈克坚.水柏铁路北盘江大桥主桥设计特色[J].铁道标准设,2004,23:09.
[2]何庭国,等.北盘江大桥拱圈单铰转体施工设计[J].铁道标准设计,2002,21:09.