平转法施工桥梁梁端振动状态监测研究

(中铁十八局集团第二工程有限公司，河北 唐山 064000)

1 工程概况

转体施工方法具有独特优势，带来了公路及铁路桥梁工程建设与施工技术的革新，为不断优化施工工艺，解决大量跨越繁忙既有线、高速运营铁路桥梁施工提供了改进思路，并且尽最大限度减小了对线下交通的影响[1-2]。桥梁转体施工是将桥梁在平行或一定角度于既有线位置处构建，然后通过转动系统、平衡系统、连续牵引系统等设备转动到指定位置的施工工艺和流程。

新建商丘至合肥至杭州高速铁路古城特大桥工程跨越繁忙的既有铁路线，为了减少施工对铁路运营的干扰，保证施工和铁路运营的安全，采用(72+128+72)m连续梁转体施工方案，桥梁与既有铁路交叉角度为23°。

由于转体自重大、施工周期长、施工工艺复杂且施工现场环境气候多变，使得该桥的施工难度和安全风险非常大，本文以转动桥梁受力分析和安全监测为目的，通过计算机仿真分析和现场测试与状态监测等手段，开展桥梁转体过程梁端振动状态监测研究[3- 4]，具有较强的理论和实践意义。

2 转体桥梁动力特性计算

2.1 建立分析模型

利用大型通用有限元软件ANSYS建立了转体T构的数值仿真模型，上部构造运用beam188梁单元模拟，考虑箱梁变截面影响，同时按照设计文件输入预应力钢束。在边界条件选取时，墩梁连接部位采用球铰处弹性支承连接，建立转体T构动力特性分析的有限元模型(见图1)。

图1 转体T构动力特性分析模型

2.2 计算结果

首先进行转体T构的结构模态分析，运用ANSYS软件中自带的subspace模块[5-6]，根据计算精度要求处理后提取出了在进行转体前T构处于最大悬臂状态时的前10阶振动振型。T构的自振频率和振型分布特点见表1。

表1 转体T构处在最大悬臂状态时的动力特性

由表1可知，通过观察和分析前三阶振型特征，重点是转动T构在桥梁横桥方向的转动位移、竖桥方向的转动位移及竖向弯矩，该转动T构箱梁结构在横桥向、竖桥向的结构抗推刚度较小，很容易产生一定程度的摆动变形。

3 监测方案设计

3.1 设计原则

桥梁在转体过程中，由于转动球铰的自由状态，导致转动体容易出现较大的晃动，甚至出现球铰失稳的可能性，同时由于横桥方向平衡配重效果的影响，桥梁在转体过程中可能会出现横向扭转，导致桥梁结构受力线形产生明显变化。

监测方案的原则[7]如下：监测梁端竖向的振动状态，配合关键受力部位的应力监测，保证结构的受力安全；监测梁体横桥向的扭转状态，确保梁体不发生过大的变形；通过监测梁体状态，对转动速度控制提供数据参考。

3.2 方案布置

绘制转体过程中梁端振动与扭转监测测点布置图(见图2)。

图2中，小里程竖向、大里程竖向为监测竖向振动的拾振器(加速挡)；小里程左/右、大里程左/右均为监测横向扭转的拾振器(速度档)。

图2 监测测点布设示意图

4 监测数据分析

首先监测了在转体之前脉动状态下的初始数据，作为转体过程中有关参数的变化参考[8]，然后分别实时监测在转体连续牵引状态、点动就位状态的数据。转体过程中的监测曲线见图3～图5。

大小里程左/右拾振器监测速度变化；大小里程竖向拾振器监测加速度变化。

图3 转体前监测曲线(脉动)

图4 转体过程监测曲线(连续牵引)

图5 转体过程监测曲线(点动就位)

图3～图5中，横坐标为时间(单位：s)，代表转体经历的时间变化；纵坐标分别代表速度(单位：mm/s)和加速度(单位：mm/s2)。

由图3～图5可知，在正式转体阶段，发现梁端振动及扭转参数基本上与脉动测试参数相符，说明梁体在转体过程中处于平稳状态；点动就位阶段，点动瞬间梁体振动明显，撑脚与滑道接触状态相吻合，整个转体过程相对平稳。

5 结 论

通过开展基于理论分析的平转法施工桥梁梁端振动状态监测研究，得出以下结论：对转动T构计算分析可知，在转体过程中转动体比较容易产生在横桥方向上的转动变形与竖桥方向的转动变形及竖向弯矩；对梁体振动状态进行实时监测，可有效控制转体过程的受力状态，保证转体过程安全顺利。

梁端振动状态监测方案及数据分析方法，可为类似工艺桥梁转体施工提供技术支持和参考。