大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体影响因素研究

大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体影响因素研究

郭耀东 赵万秋 赵松阳 李新航 张婉颖

中国建筑第七工程局有限公司 河南省郑州市 450000

南阳方枣高速公路有限公司  河南省南阳市 473000

摘要：本文针对大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体影响因素进行深入研究，分析了多种影响因素及其对转体过程的影响程度。通过对国内外相关研究的梳理，总结了不平衡转体的主要影响因素，包括质量偏心、转动系统摩擦系数、风力作用、施工操作等。通过理论分析高速公路跨越国家一级水源保护区南水北调中线干渠工程实例分析，探讨了这些因素对转体桥梁稳定性、转体速度、转体精度等方面的影响。研究结果表明，不平衡转体将导致转体桥梁稳定性降低、转体速度波动增大、转体精度降低等问题，对桥梁施工安全性和工程质量带来不利影响。因此，针对这些影响因素进行有效控制和优化，对保证大吨位、长悬臂水平转体桥梁的施工安全性和精度具有重要意义。

关键词：大吨位；长悬臂；水平转体；不平衡

引言

随着我国交通事业的快速发展，大吨位、长悬臂水平转体桥梁在国内得到了广泛应用。这类桥梁具有施工速度快、对环境影响小、节省成本等优点，但其在转体过程中易出现不平衡转体现象，对桥梁施工安全性和工程质量带来不利影响。因此，研究大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体影响因素，对于保证桥梁施工安全性和精度具有重要意义。

一、大吨位、长悬臂水平转体桥梁概述

1.1 结构特点

大吨位、长悬臂水平转体桥梁是指在施工过程中，桥梁的主要承重结构在水平方向上进行转体，以实现对施工现场空间的合理利用和施工效率的提高。此类桥梁结构的主要特点如下：吨位大：此类桥梁能承受较大的荷载，适用于高速公路、城市高架等交通繁忙的地区。悬臂长：长悬臂设计可以减少对地面空间的占用，同时有利于桥梁美观和施工安全。水平转体：桥梁在水平方向上进行转体，便于施工和提高施工质量。

1.2 工作原理

大吨位、长悬臂水平转体桥梁的工作原理主要是利用桥梁自身的重量和施工设备的辅助作用，使桥梁在水平方向上实现转体。具体工作原理如下：利用桥梁自重：桥梁在施工过程中，通过合理的结构设计，使桥梁自身具有足够的重量，以实现转体。施工设备辅助：在转体过程中，施工设备（如千斤顶、滑轮组等）起到辅助作用，确保转体过程的顺利进行。

1.3 施工技术及要求

大吨位、长悬臂水平转体桥梁的施工技术及要求较为复杂，主要包括以下几个方面：施工准备：在施工前，要对桥梁结构进行详细的设计和计算，确保转体过程的安全可靠。同时，要对施工人员进行技术培训，确保施工顺利进行。

施工设备：选用合适的施工设备，如千斤顶、滑轮组、锚固设备等，确保其性能稳定，安全可靠。施工过程：在转体过程中，要严格控制桥梁的平衡，避免出现不平衡现象。同时，要密切观察桥梁结构的变化，发现异常情况要及时处理。施工完成后，要对桥梁进行验收，确保其符合设计要求和施工质量标准。

二、不平衡转体影响因素分析

2.1 转体系统不平衡力矩

转体系统的不平衡力矩是影响大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体的主要因素之一。这种不平衡力矩主要来源于转体系统的质量分布不均匀、转体轴线与重力轴线不重合、以及转体过程中各种外力的作用。不平衡力矩会导致转体过程中桥梁产生侧向位移和摆动，从而影响转体的稳定性和精度。

2.2 结构自重分布

桥梁结构的自重分布对不平衡转体有着直接的影响。由于桥梁结构在施工过程中可能会出现质量分布不均匀的情况，如混凝土浇筑的不均匀、钢筋布置的差异等，这些都会导致转体过程中的不平衡。此外，随着桥梁的施工和使用，桥梁结构可能会产生一定的变形，从而改变结构的自重分布，进一步影响不平衡转体。

2.3 施工误差与初始偏心

施工误差和初始偏心是大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体的另一个重要影响因素。施工误差可能来源于测量误差、施工工艺的不精确等，而初始偏心则是由于桥梁结构的初始安装位置与设计位置的不一致。这些因素都会导致转体过程中的不平衡，从而影响转体的稳定性和精度。

2.4 温度与风力影响

温度和风力也是影响大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体的重要因素。温度的变化会导致桥梁结构的尺寸发生变化，从而影响桥梁的质量分布和自重分布，进一步影响不平衡转体。而风力则会产生侧向力，使得转体过程中桥梁产生侧向位移和摆动，影响转体的稳定性。

2.5 其他影响因素

除了上述因素外，还有其他一些因素也可能影响大吨位、长悬臂水平转体桥梁的不平衡转体，如转体过程中的摩擦力、混凝土的收缩和膨胀、钢筋的应力松弛等。这些因素都可能导致转体过程中的不平衡，从而影响转体的稳定性和精度。

三、不平衡转体影响因素的数值模拟

3.1 模型建立与验证

本研究依托于某高速公路跨越国家一级水源保护区南水北调中线干渠转体桥梁，通过建立数值模型来研究大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体影响因素。模型主要包括桥梁结构、转体系统、支撑系统等部分。首先，根据实际桥梁参数，利用有限元软件建立全桥模型，并对模型进行验证。通过对比实际测量数据与模拟结果，确保模型的准确性和可靠性。在模型建立过程中，考虑桥梁的弹性、塑性、几何非线性以及材料非线性。转体系统主要包括转体支座、转动轴等部件，其力学性能需根据实际结构进行详细模拟。支撑系统则包括临时支撑和永久支撑，它们的刚度和稳定性对不平衡转体产生重要影响。为了验证模型的准确性，我们进行了模型试验。试验结果表明，模拟得到的桥梁变形、应力分布与实际测量值具有较好的一致性，从而验证了模型的有效性。

3.2 参数分析与讨论

在本节中，我们重点分析不平衡转体影响因素，包括转体质量、转体臂长、不平衡力等。通过数值模拟，研究这些参数对不平衡转体过程的影响程度。首先，分析转体质量对不平衡转体过程的影响。结果表明，转体质量的增加会导致不平衡转体过程中的最大偏移量增大，同时转体速度波动加剧。这是因为质量增加使得转动惯量增大，从而对不平衡力的响应更加敏感。其次，研究转体臂长对不平衡转体过程的影响。模拟结果表明，转体臂长的增加会使得不平衡转体过程中的最大偏移量减小，但转体速度波动加剧。这是因为转体臂长增加，使得转体系统的刚度降低，对不平衡力的响应减弱。最后，分析不平衡力对不平衡转体过程的影响。模拟结果表明，不平衡力的增大会导致不平衡转体过程中的最大偏移量和转体速度波动加剧。这是因为不平衡力增大，使得转体系统受到的扭矩增大，从而影响转体的稳定性。

3.3 不平衡转体过程的稳定性分析

在本节中，我们通过数值模拟分析不平衡转体过程的稳定性。主要考虑转体过程中的偏移量、速度波动以及结构应力等指标。模拟结果表明，在不平衡转体过程中，偏移量和速度波动均存在一定的波动规律。当转体质量、转体臂长和不平衡力一定时，偏移量和速度波动随着转体角度的增加而增大。此外，结构应力也随着转体角度的增加而增大，但在合理控制转体过程中，应力水平均处于安全范围内。

结语

本研究针对大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体影响因素进行了深入研究。通过理论分析、模型试验和在某高速公路跨越国家一级水源保护区南水北调中线干渠转体桥梁实际工程中的应用，我们对不平衡转体的机理和影响因素有了更加清晰的认识。总的来说，本研究对大吨位、长悬臂水平转体桥梁不平衡转体影响因素的研究取得了一定的成果，但仍然存在一些局限性。我们期望本研究的结果能为相关领域的研究和实践提供参考和启示。

参考文献

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[3]张伟康．矮塔斜拉桥转体施工控制分析［D］．兰州：兰州交通大学，2018．