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解密万吨斜拉桥的“转体”

2013-8-9 00:00| 发布者: ccbuild| 查看: 486| 评论: 0

摘要: 摘要: 沪昆高铁湖南段接连上演了两场“空中转体秀”,先后经33分钟和36分钟,逆时针平稳旋转21度,从京广高铁上方十余米处安全越过,与沪昆线两端梁体精准合龙。 在7月20日、30日凌 ...

摘要:沪昆高铁湖南段接连上演了两场“空中转体秀”,先后经33分钟和36分钟,逆时针平稳旋转21度,从京广高铁上方十余米处安全越过,与沪昆线两端梁体精准合龙。

在7月20日、30日凌晨,中国东西大动脉沪昆高铁湖南段接连上演了两场万吨斜拉索桥“空中转体秀”。让大家记忆犹新。
现场高75米、跨径长196米、重达1.45万吨的大桥成功转体,这是中国横、纵两条最长高铁线的“交会”之舞。现场先后经33分钟和36分钟,逆时针平稳旋转21度,从京广高铁上方十余米处安全越过,与沪昆线两端梁体精准合龙。
这样两个庞然大物,究竟是如何成功完成转体的呢?
据了解,斜拉桥的转体动力系统主要由两台连续液压千斤顶,两束牵引索及上、下转盘组成。转体时,两台千斤顶连续循环张拉,拖动牵引索,带动圆形上转盘沿中心轴转动,使斜拉桥实现转身。
在现场看到,斜拉桥桥墩被建造在转盘之上,两台千斤顶分置于桥墩两侧。每台千斤顶到上转盘的距离相等,中心线与上转盘外圆相切。两束牵引索则预先嵌入上转盘,各自延逆时针方向,从上转盘外圆缠绕而过后,分别穿入两台千斤顶。
转体时,两台千斤顶同时发力,方向相反,大小相等,成一对力偶,作用于上转盘,使其逆时针旋转。曹永双解释说,方向相反的牵引力作用点在上转盘直径上,这样相对转盘中心形成水平方向的力偶矩,对桥体无倾覆力矩产生,因而桥体只水平旋转,不平移。
可是,上转盘的转动,又是如何带动巨大桥身的呢?
秘密在于一个被称作“转体球铰”的大型传动件。据介绍,球铰的面板是10厘米厚钢板冲压再经过精加工而成,分上下两部分,下球铰成凹形“球缺”状,上球铰为凸形“球冠”,中心设定位轴套管。球铰被预先安装在上、下转盘的连接处,是大桥转体的核心部件。
转体球铰的工作原理类似于石磨盘,其底座不动,上部绕着磨心旋转。下球铰安装在下转盘上,被固定于大桥承台的中心位置,相当于石磨的底座;上球铰固结在上转盘上,相当于磨身;上、下球铰相“咬合”。插在两者中心上的球铰中心轴,则相当于石磨的磨心轴。
转体时,千斤顶拉动牵引索,带动上转盘,上球铰则沿球铰中心轴在下球铰上转动。
“球铰转动时的摩擦系数仅为0.04,在现实生活中相当于"无摩擦状态",转动1.45万吨的斜拉桥,每台千斤顶理论上只需要967千牛的拉力。”前述项目人员表示,这是因为上下球铰间装有966个聚四氟乙烯滑片,这种高分子材料的摩擦系数极低,而且还能承载巨大重量,再加上下球铰和中心轴上都涂有聚四氟乙烯粉和黄油等润滑介质,能够最大限度减少摩擦,做到“四两拨千斤”。
桥“臂”不对称,如何转得稳
大桥要安全平稳完成转体,必须保证桥体平衡,否则很容易发生左右倾斜。受地形等条件限制,该斜拉桥是非对称结构,大跨侧长112米,小跨侧长84米,一头重一头轻,就像一杆不平衡的“秤”。
据悉,随着中国交通设施的立体化发展,公路、铁路桥的转体施工在国内并不少见,仅沪昆高铁各施工段就有十余例。
光是大桥转体施工其实不算难,难就难在为不对称的桥体找回平衡,像这种非对称性的斜拉转体桥,在国内还是首例。
不难理解,当桥体重心落在转动支承系统的中心时,就能达到平衡,为此,相对桥塔而言大桥两边的力矩必须均等。要找回平衡,就必须为两边梁体“称重配重”。大桥两端的理论配重差为588吨。
就在转体前一天,施工人员将运来的588吨混凝土块,添加在斜拉桥84米小跨这一侧53米范围,使其与大跨平衡力矩均等。
588吨,只是理论上的测算结果,实际上是否达到均等还得精确称重。然而,已经建好的大桥该如何称重?
据介绍,施工人员利用位移器和千斤顶,可以捕捉到大桥两侧被抬升瞬间各自的临界力值。如果两边被抬升时的临界力值相等,说明大桥达到了平衡状态。否则,仍需继续称重配重。
桥体旋转21度,还需停得准
斜拉桥转体,精度控制是另一难点。拉得不准,斜拉桥转身不精确,就会影响日后的施工和行车安全。按照验收标准,转体就位后,梁体合龙口的偏差要控制在5毫米以内,轴线要控制在15毫米以内,高程的偏差,则要控制在5毫米以内。
据了解,为保证转体安全精确,在转体过程中,对应力、标高、轴线位置、转体速度等相关参数进行实时监控,一旦发现异常,则须立即调整。
20日凌晨0时30分,在工作人员的密切“监视”下,斜拉桥开始“转身”。
就像一个站立在地上的巨人,斜拉桥舒展着她长达196米的“双臂”,托着万吨身躯,缓缓转动身姿。尽管肉眼不能明显看出桥体转动,但她已经以大约每分钟0.8度的速度,逆时针匀速旋转着。
没过多久,斜拉桥大跨侧的梁体,在夜幕中缓缓跨过京广高铁,在其上空架起了一道长虹,沪昆高铁和京广高铁实现“空中交会”,在呈21度角“交叉”时稳稳停住,斜拉桥和沪昆线两端已建好的主线梁体成功合龙。

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