张文进
（中国华西工程设计建设有限公司 广东省 广州市 510062）
摘要：深圳市外环高速公路上跨广深铁路桥梁采用两跨预应力混凝土变高度T形刚构箱梁，跨径2×82.5m，桥面宽33m，平面转体法施工，转体角度72.342°，转体结构悬臂长度2×73.5m，转体重量2.4万吨，该转体桥梁于2020年9月18日完成转体施工。该文章以本工程为背景，介绍了转体系统的设计标准以及与之相关的计算内容，对类似工程有一定参考价值。
关键词：T形刚构桥；转体系统；钢制球铰；中心支撑
0 引言
根据《国铁集团工电部关于加强穿（跨）越铁路营业线和邻近营业线工程方案等审查和施工安全管理的通知》（工电桥房函[2020]48号）[1]，公路上跨铁路桥梁应优先选用转体施工方案。因此，越来越多的上跨铁路桥梁采用转体法施工，相关行业从业人员亟需学习该工法的设计及施工经验。
本文以深圳市外环高速公路上跨广深铁路桥转体桥梁为依托，总结该转体桥梁转体系统主要结构的设计计算方法，供类似工程参考。
1 工程概况
深圳市外环高速公路位于深圳市北部，西起沿江高速，东至盐坝高速，全长93.2公里，在K40+893.3处与广深铁路交叉。拟建上跨桥梁采用2×82.5m预应力混凝土T形刚构体系，桥面宽33m，整幅布置，平面转体法施工，转体重量2.4万吨。主墩设在广深铁路东侧，一跨跨越广深铁路。桥型布置如图1所示。
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图1桥型布置图（单位：m）
2 主要技术指标
2.2转体系统设计标准
1）转体结构：T构，跨径2×82.5m，转体悬臂长度2×73.5m，桥宽33m，转体重量240000kN；
2）球铰承载力：设计承载力252000kN；
3）球铰尺寸：平面半径2.25m，球面半径16.95m；
4）转体角度：顺时针水平转体72.342°；
5）牵引参数：牵引半径6.25m，静摩擦系数取0.1，单侧启动牵引力3024kN，最大设计牵引力3297kN。
6）结构偏心：转体施工前调整后结构偏心值不大于0.05m。
7）风荷载：基本风速为13.8m/s （相当于6级风）。
4 转体系统设计
4.1总体布置
本工程转体重量较大，采用钢制球铰作为转体施工的转心和承重体系，按中心支撑体系设计。转体系统总图如图3所示。
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图2 转体系统总图（单位：cm）
转体系统由上下承台、上下转盘、上下球铰、撑脚、滑道、定位骨架、牵引系统等组成，转体系统以球铰支承为主，撑脚起抗倾覆作用。
4.1设计荷载
1）转体重量
转体重量包含以下结构：梁体、防撞墙、墩身、上转盘、上球铰转铰、撑脚，以及配重、临时荷载、防抛网等其它荷载。
考虑实际施工误差及配重，转体重量取调整系数1.05，转体重量计算值为N=1.05G=252000 kN。
2）梁体施工误差偏心距
梁体考虑1.5% 的施工误差导致结构自重失衡，由梁部悬臂对称中心位置起一侧梁部自重按设计理论重量增加，另一侧重力减少。结构不平衡弯矩共39407.13 kN*m。
3）风荷载
根据《公路桥梁抗风设计规范》，在横桥向风作用下主梁单位长度上的横向静阵风荷载可按式（1）计算：
（1）
桥墩的风荷载可按式（2）计算：
（2）
各参数详见该规范4.3.1条。
施工时要求不大于5级风，按6级风计算转体抗倾覆稳定，风速为13.8m/s，经计算基本风压为0.13 kN/m2。
4）球铰荷载组合
球铰荷载组合如表1所示。
表1 球铰荷载组合计算结果
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4.2球铰验算
1）球铰竖向承载力计算
工况1：球铰处于平衡时，结构竖向力全部由球铰承担，N =25200kN。
工况2：转体倾斜时，结构竖向力由球铰和撑脚共同承担，撑脚中心线处半径为5.25m，
可见球铰竖向承载力由工况1控制，球铰的设计竖向承载力N =252000kN。
2）球铰平面直径设计
根据《桥梁水平转体法施工技术规程》[2],球铰竖向正应力按式（3）验算。
（3）
小于球铰下混凝土的抗压强度设计值22.4MPa，平面直径满足要求。
4.3抗倾覆稳定性验算
球铰发生竖向转动时，撑脚与滑道接触，此时为球铰+滑道支撑状态，撑脚中心线为抗倾覆转动中心，结构抗倾覆稳定计算如下：
1）转体结构抗倾覆荷载组合1：自重+纵风+梁体误差。抗倾覆稳定系数为：
（4）
2）转体结构抗倾覆荷载组合2：自重+1/2偏载（风荷载）+梁体误差。风荷载偏载见图3。
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图3 风荷载偏载示意
竖向静阵风荷载为：
（5）
抗倾覆稳定系数为：
（6）
4.4球铰下混凝土局部受力验算
中心支撑时，在偏心荷载作用下，球铰下混凝土应力按式（7）验算。
球铰下混凝土因受压面积较大，且没有配置足够的间接钢筋，局部受压承载力取设计承载力。
4.4撑脚受力验算
撑脚采用钢管混凝土，按单个撑脚受力来控制设计，单个撑脚受力按式（8）计算。
（8）
根据《钢管混凝土结构技术规程》[3]，钢管混凝土单肢柱的承载力按式（9）计算。
（9）
撑脚直径D3=1m，钢板厚度25mm，钢管内混凝土为
单个支撑脚钢管混凝土设计承载力验算结果如式（10）所示。
4.5牵引力及牵引索应力计算
1）中心支撑时，结构的牵引力矩为：
（11）
根据国内外转体桥梁的大量测试结果，静摩擦系数一般为0.07～0.08。牵引力计算时，取静摩擦系数u1=0.1，则转体启动所需的牵引力矩：
（12）
上转盘直径设计为12.5m，两侧同时牵引时，则单端牵引力为：
（13）
2）当撑脚与球铰共同受力时，取偏心最大时，撑脚的阻力矩的为：
（14）
球铰的阻力矩为：
（15）
两侧同时牵引时，则单端牵引力为：
（16）
牵引力取二者的较大值3297.6kN。牵引索设计为2对（4束）13-φ15.2钢绞线，钢绞线抗拉强度为1860MPa，转体时牵引索张拉应力为905Mpa＜1860MPa。
6 结语
该转体桥梁于2020年9月18日完成转体施工，深圳市外环高速公路于2020年12月28日全线通车。
经试验，球铰静摩擦系数为0.082动摩擦系数为0.031，设计时静摩擦系数选用0.1，动摩擦系数选用0.06较为合理。
本桥转体系统设计安全可靠，希望本文总结的球铰主要结构的设计方法能为桥梁工作者提供参考。
参考文献
[1]工电桥房函﹝2020﹞48号，国铁集团工电部关于穿（跨）越铁路营业线和临近营业线工程方案等审查和施工安全管理的通知[S] .中国国家铁路集团有限公司工电部.2020.7.14.
[2]DG/TJ 08－2220-2016，桥梁水平转体法施工技术规程[S].
[3]CECS 28:2012，钢管混凝土结构技术规程[S].