如何实现大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准就位

如何实现大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准就位

郭耀东 赵万秋 张继明 张满 王琦

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：本文主要探讨了高速公路跨越国家一级水源保护区南水北调中线干渠在大吨位、长悬臂曲线梁水平转体工程中，如何实现精准就位的问题。通过分析现有的技术挑战和难点，提出了一种创新的解决方案，并对该方案进行了详细的理论分析和实践验证。本文的研究成果对于推动我国大吨位、长悬臂曲线梁水平转体技术的发展具有重要意义。

关键词：大吨位；长悬臂；曲线梁；水平转体

引言

随着我国基础设施建设的快速发展，大吨位、长悬臂曲线梁水平转体工程在桥梁、高层建筑等领域得到了广泛应用。然而，由于其结构特殊、施工环境复杂，如何实现精准就位成为了一个技术难题。

一、文献综述

1.1 大吨位、长悬臂曲线梁水平转体的技术挑战

大吨位、长悬臂曲线梁水平转体技术是现代桥梁建设中的一项重要技术。这种技术主要面临以下几个技术挑战：大吨位：大吨位的转体梁需要更大的力量来驱动，这使得转体系统的设计和施工更加复杂。长悬臂：长悬臂使得梁的稳定性降低，增加了转体过程中的风险。曲线梁：曲线梁的转体不同于直线梁，需要更精确的控制和更大的力量来保证转体的平稳进行。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

目前，国内外对大吨位、长悬臂曲线梁水平转体的研究主要集中在以下几个方面：转体系统的优化设计：如何设计出更有效、更稳定的转体系统是当前研究的一个重要方向。控制技术的改进：如何更精确地控制转体的速度和位置，保证转体的平稳进行。安全技术的提高：如何降低转体过程中的风险，保证施工的安全。

1.3 存在的问题和不足

尽管大吨位、长悬臂曲线梁水平转体技术已经取得了一定的进展，但仍然存在以下问题和不足：转体系统的可靠性：目前的转体系统在长时间运行后可能会出现故障，影响转体的顺利进行。控制技术的精确性：目前的控制技术还不能完全满足大吨位、长悬臂曲线梁的水平转体需求，转体的精确性还有待提高。

二、理论分析

2.1 曲线梁的受力特性分析

曲线梁的受力特性分析是实现大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准就位的前提。曲线梁在受力过程中，弯矩、剪力和扭矩的分布与直梁有显著差异。对于曲线梁，由于曲率的存在，梁的截面受力不均匀，导致梁的弯曲、剪切和扭转行为相互耦合。

在分析曲线梁的受力特性时，需要考虑以下几个方面：曲率对梁弯曲应力的影响：曲率越大，梁的弯曲应力越大，且弯曲应力沿梁轴线呈非线性分布。剪力分布：曲线梁的剪力主要集中在支座附近，随着梁长的增加，剪力分布越不均匀。扭矩分布：曲线梁的扭矩导致梁的扭转，扭转效应随曲率、梁高和梁长的变化而变化。曲线梁的耦合效应：弯曲、剪切和扭转之间的相互影响，使得曲线梁的受力特性更加复杂。

2.2 大吨位、长悬臂曲线梁水平转体的数学模型

为了实现大吨位、长悬臂曲线梁水平转体的精准就位，需要建立合适的数学模型来描述转体过程中的受力行为和运动轨迹。该数学模型主要包括以下几个部分：转体运动学模型：描述曲线梁在转体过程中的运动轨迹和姿态变化，包括转体的速度、加速度和位移等参数。转体动力学模型：描述曲线梁在转体过程中的受力特性，包括弯矩、剪力和扭矩等参数。边界条件和约束方程：根据实际情况，设置边界条件和约束方程，保证数学模型的准确性和可靠性。求解方法：采用数值分析方法（如有限元分析）求解数学模型，获取转体过程中的受力特性和运动轨迹。

三、关键技术研究

3.1 转体系统的设计与优化

转体系统是大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准就位的核心。在设计时，需要充分考虑转体的稳定性、承载能力、转动速度等因素。首先，要选择合适的转体材料和结构形式，确保转体系统的强度和刚度。其次，需要对转体系统进行合理的受力分析，通过计算得出转体系统的最优设计参数。此外，还需对转体系统进行动力学分析，以确定转体过程中的响应和振动情况，从而优化转体系统的动态性能。

3.2 精确控制策略的研究

精确控制策略是大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准就位的关键。控制策略主要包括转体速度控制、转体角度控制和转体姿态控制。首先，需要根据转体系统的特性和实际工况，制定合适的转体速度曲线，保证转体过程的平稳和安全。其次，要通过角度控制，确保转体梁在达到设计位置时能够精确停位。最后，需要对转体姿态进行控制，以保证转体梁的水平度和直线度满足要求。

3.3 转体过程中的监测与评估

转体过程中的监测与评估是大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准就位的重要保障。在转体过程中，需要对转体梁的位移、速度、加速度、应力、应变等参数进行实时监测，以判断转体过程是否平稳、是否满足设计要求。同时，还需要对监测数据进行实时分析，评估转体过程的安全性和可靠性。如果发现异常情况，需要立即采取措施进行调整，确保转体过程的顺利进行。

四、工程应用案例分析

4.1 工程背景和转体方案

在探讨大吨位、长悬臂曲线梁水平转体的工程应用案例时，我们以某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为例。该工程为一条新建高速公路，跨越国家一级水源保护区南水北调中线干渠，由于干渠上方无法搭设支架，并对水源影响较大，因此，项目决定采用水平转体施工技术，以实现桥梁的精准就位。

针对该桥结构特点，转体方案设计如下：桥梁转体分为两个桥墩，分别顺时针转动69°和62°，转体总重量为5万吨，悬臂长度78.5m，且位于右偏圆曲线上，两个桥墩采用两台300t连续张拉液压千斤顶进行牵引转体。

4.2 转体施工过程的实证分析

转体施工过程分为以下几个阶段：前期准备：包括现场调查、方案设计、设备采购、人员培训等。转体设备安装：在桥梁墩身下方安装转体装置，确保设备精度和平衡性。试转：进行小范围转体试验，验证转体装置的可靠性及调整转体速度、控制参数。正式转体：按照预定方案进行转体施工。转体过程中，通过实时监控系统对桥梁姿态、应力、位移等进行监测，确保桥梁安全。转体完成后处理：转体完成后，对桥梁进行校正、锁定，并进行临时固结拆除。转体过程中，桥梁轴线从初始位置沿预定轨迹旋转至目标位置，旋转速度控制在1°/分钟。通过实时监控数据，转体过程平稳，桥梁姿态、应力、位移等参数均在可控范围内。转体完成后，经测量，桥梁轴线偏差小于5毫米，满足精度要求。

4.3 转体效果评估与讨论

转体施工完成后，对桥梁进行了结构性能检测和评估。检测结果表明，桥梁结构完整性良好，承载能力满足设计要求。同时，通过对转体过程中的数据进行分析，我们对转体施工的可靠性、安全性进行了评估。讨论方面，首先，水平转体施工技术在大吨位、长悬臂曲线梁桥施工中具有显著优势，如降低成本、提高施工效率等。其次，实证分析表明，采用同步转体装置可以实现精准就位，且转体过程中桥梁姿态、应力、位移等参数易于控制。

结语

本研究为大吨位、长悬臂曲线梁水平转体精准就位提供了全面的技术支持和理论指导。我们期待这些研究成果能为我国相关领域的工程实践带来积极影响，推动我国桥梁建设等技术水平的进一步提升。在未来，我们将继续关注这一领域的发展，为解决更多实际问题、推动技术创新贡献力量。

参考文献

[1]郑建新,于哲, 孙南昌,等. 大跨小半径曲线转体斜拉桥施工控制技术[J]. 施工技术(中英文), 2021, 50(23):5.

[2]韦永能. 小半径大纵坡悬灌梁转体施工关键技术研究[J]. 城市情报, 2022(14):0214-0216.

[3]周磊.大跨度转体连续梁施工技术研究及应用[J]. 价值工程, 2023, 42(8):3.