一种墩顶高位转体系统及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁设计技术领域，具体涉及一种墩顶高位转体系统及其施工方法。

背景技术

连续梁墩顶转体施工工艺国内已有多座桥梁采用，其做法是：将转体球铰设置在墩顶中心与箱梁中心处，连续梁采用传统的悬臂浇注法施工或支架大节段浇注法施工，待T构形成后，按照传统的转体方法进行桥梁转体；转体结束后，用千斤顶将连续梁顶起，拆除中心的转体球铰，安装永久支座，完成结构体系的转换。

采用墩顶转体工艺，由于充分利用了墩顶与梁体之间的支座空间位置布置转体球铰，可以减少由于墩底转体所增加的上转盘圬工和二次浇注的混凝土数量，转体重量得到较大幅度的减小，同时可有效缩短施工工期，从而取得较好的技术经济效益。

目前国内采用的墩顶转体施工方法存在以下不足：1)由于球铰和滑道尺寸控制，所需要的墩顶平面尺寸较大，加上为了布置牵引系统，箱梁梁底设置了一个圆形平台，建成后的桥梁墩身十分臃肿，梁底的圆形平台更是影响桥梁的美观效果；2)转体完成后，必须采用千斤顶顶梁，使球铰卸载，安装永久支座，该过程存在一定的施工风险，从而影响墩顶转体技术的进一步推广。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种墩顶高位转体系统及其施工方法，转体球铰可重复使用，无需采取顶梁措施即可实现上部结构荷载的自动转换，极大的简化了施工过程，提高了施工效率和安全。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种墩顶高位转体系统，其特征在于：桥墩内预埋下部钢混组合结构，下部钢混组合结构上安装转体系统，所述转体系统上部与主梁内预埋的上部钢混组合结构连接。

进一步，所述转体系统包括新型转体球铰、驱动系统和安全保证系统；

所述新型转体球铰包括圆形楔块底座，所述圆形楔块底座安装在桥墩上，所述圆形楔块底座上方设置有2个半圆形中部楔形块；所述2个半圆形中部楔形块上设置有圆形球铰下盘，球铰下盘上设置有圆形球铰上盘；环形套箍设置于圆形楔块底座、2个半圆形中部楔形块、球铰下盘、球铰上盘的外周，所述环形套箍包括2个半弧形钢板，所述2个半弧形钢板通过多个高强度螺栓连接；

所述圆形楔块底座上表面对称设置有坡度，半圆形中部楔形块下表面设置有与圆形楔块底座相等的坡度，圆形球铰下盘上表面为凹形，圆形球铰上盘下表面为凸形，所述凹形与凸形弧度一致。

进一步，所述驱动系统包括多个液压马达和2个弧形齿条，弧形齿条与上部钢混组合结构通过螺栓连接，液压马达通过底座与下部钢混组合结构连接；上部钢混组合结构和下部钢混组合结构内部为高性能粉末混凝土，外部为钢板。

进一步，所述安全保证系统包括滑道，所述滑道上设置有多个撑脚，环形槽钢将撑脚连接为整体；

所述撑脚包括两个空心圆柱体钢管，所述空心圆柱体钢管内填充高性能混凝土，空心圆柱体钢管上表面焊接上定位钢板，下表面焊接下定位钢板。

一种墩顶高位转体系统的施工方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤一：施工桥墩，预埋下部钢混组合结构；

步骤二：达到强度后，依次安装转体球铰、安全保证系统、临时锚固系统、驱动系统；

步骤三：浇筑主梁，并预埋上部钢混组合结构；圆形球铰上盘、撑脚通过螺栓与主梁连接，钢管混凝土立柱与主梁浇筑为整体，依次进行主梁不同梁段的浇筑；

步骤四：转体前拆除临时锚固系统，首先拆除钢管混凝土立柱，再拆除垫块和砂箱；通过转体系统，将主梁转体到合适位置；转体时液压马达同步加载，分级、逐步、缓慢增加，使结构平稳启动。转体过程中，液压马达输出扭矩保持稳定，是结构转动平稳匀速；

步骤五：转体完成后，依次拆除液压马达、弧形齿条、和撑脚，在混凝土桥墩顶上利用型钢滑道将永久支座推入，将支座上支座板与主梁通过螺栓连接，再浇筑永久支座下的混凝土垫石；

步骤六：混凝土垫石达到强度后，先拆除环形套箍，用楔形块顶入半圆形中部楔形块中间的空隙，使半圆形中部楔形块向外侧移除，实现卸载，上部重量由转体球铰转加到永久支座上；最后拆除圆形球铰上盘和滑道，移出桥墩顶部。

进一步，安装转体球铰具体为：依次吊装圆形楔块底座、2个半圆形中部楔形块、圆形球铰下盘和圆形球铰上盘，最后安装环形套箍，环形套箍采用高强度螺栓紧固。

进一步，安装安全保证系统具体为：首先安装滑道，再安装撑脚，最后采用环形槽钢将撑脚连接为整体。

进一步，安装临时锚固系统具体为：首先安装砂箱，再安装垫块，最后安装钢管混凝土立柱。

进一步，安装驱动系统具体为：首先安装弧形齿条，再安装液压马达。

本发明的有益效果：

1)本发明采用了新型转体球铰和撑脚滑道，可以大幅度减小转体装置所需的空间，无需对桥墩顶帽尺寸进行加宽处理，不但减少了工程投资，同时保证了桥梁的美观效果；

2)本发明采用可拆卸的齿条驱动系统，替代梁底的圆形平台，极大的改善了桥梁的外观效果，还可以实现齿条驱动装置的重复利用；

3)本发明改进后的球铰，转体球铰可重复使用，无需采取顶梁措施即可实现上部结构荷载的自动转换，极大的简化了施工过程，提高了施工效率和安全；

4)本发明采用墩顶转体，不需要墩底有很大的空间，对场地的条件的要求小，特别是对于桥墩与既有线的距离不够大的时候，墩顶转体具有很明显的优势；

5)本发明将转体球铰设置在墩顶，可以降低转体时结构的重心，减小了转体时的倾覆力矩，提高了转体作业的安全性，特别是对于高墩连续梁，更具优势。

6)本发明将转体球铰设置在墩顶，减少了桥墩和上层承台的重量，转体重量大大降低；

7)本发明将墩顶转体将操作平台移至墩顶，不需要墩底有很大的空间，对场地的条件的要求小，特别是对于桥墩与既有线的距离不够大的时候，墩顶转体具有很明显的优势。

附图说明

图1为本发明横断面示意图；

图2为本发明1-1断面布置示意图；

图3为本发明转体系统示意图；

图4为本发明新型转体球铰剖面示意图；

图5为本发明新型转体球铰平面示意图；

图6为本发明撑脚侧面示意图；

图7为本发明撑脚平面示意图；

图8为本发明拆除部分后的平面示意图；

图中，1-主梁，2-桥墩，3-转体系统，4-新型转体球铰，5-驱动系统，6-安全保证系统，7-圆形楔块底座，8-半圆形中部楔形块，9-圆形球铰下盘，10-圆形球铰上盘，11-环形套箍，12-高强度螺栓，13-液压马达，14-弧形齿条，15-撑脚，16-空心圆柱体钢管，17-上定位钢板，18-下定位钢板，19-半弧形钢板，20-上部钢混组合结构，21-下部钢混组合结构，22-临时锚固系统，23-环形槽钢，24-砂箱，25-钢管混凝土立柱，26-永久支座，27-混凝土垫石，28-滑道。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

如图1、2、3所示，本发明桥墩2内预埋下部钢混组合结构21，下部钢混组合结构21上安装转体系统3，转体系统3上部与主梁1内预埋的上部钢混组合结构20连接；

转体系统3包括新型转体球铰4、驱动系统5和安全保证系统6；

如图4、5所示，新型转体球铰4包括圆形楔块底座7，圆形楔块底座7安装在桥墩2上，圆形楔块底座7上方设置有2个半圆形中部楔形块8；2个半圆形中部楔形块8上设置有圆形球铰下盘9，球铰下盘9上设置有圆形球铰上盘10；环形套箍11设置于圆形楔块底座7、2个半圆形中部楔形块8、球铰下盘9、球铰上盘10的外周，环形套箍11包括2个半弧形钢板19，2个半弧形钢板19通过多个高强度螺栓12连接；

圆形楔块底座7上表面对称设置有坡度，半圆形中部楔形块8下表面设置有与圆形楔块底座7相等的坡度，圆形球铰下盘9上表面为凹形，圆形球铰上盘10下表面为凸形，凹形与凸形弧度一致。

如图2所示，驱动系统5包括多个液压马达13和2个弧形齿条14，弧形齿条14与上部钢混组合结构20通过螺栓连接，液压马达13通过底座与下部钢混组合结构21连接；上部钢混组合结构20和下部钢混组合结构21内部为高性能粉末混凝土，外部为钢板；

安全保证系统6包括滑道28，滑道28上设置有多个撑脚15，环形槽钢23将撑脚15连接为整体；

如图6、7所示，撑脚15包括两个空心圆柱体钢管16，空心圆柱体钢管16内填充高性能混凝土，空心圆柱体钢管16上表面焊接上定位钢板17，下表面焊接下定位钢板18。

一种墩顶高位转体系统的施工方法，具体包括如下步骤：

步骤一：施工桥墩2，预埋下部钢混组合结构21；

步骤二：达到强度后，依次安装转体球铰4、安全保证系统6、临时锚固系统22、驱动系统5；

安装转体球铰4具体为：安装前应认真清洁球较接触面，在滑块表面均匀涂抹硅脂，依次吊装圆形楔块底座7、2个半圆形中部楔形块8、圆形球铰下盘9和圆形球铰上盘10，最后安装环形套箍11，环形套箍11采用高强度螺栓12紧固；在环形套箍与圆形球较上盘的间隙内注满油脂，用胶带封闭，防止后续施工用水、杂物、水泥浆污染球较滑动面；

安装安全保证系统6具体为：首先安装滑道28，再安装撑脚15，最后采用环形槽钢23将撑脚15连接为整体；

安装临时锚固系统22具体为：首先安装砂箱24，再安装垫块，最后安装钢管混凝土立柱25；安装驱动系统5具体为：首先安装弧形齿条14，再安装液压马达13；

步骤三：浇筑主梁1，并预埋上部钢混组合结构20；圆形球铰上盘10、撑脚15通过螺栓与主梁1连接，钢管混凝土立柱25与主梁1浇筑为整体，依次进行主梁1不同梁段的浇筑；

步骤四：转体前拆除临时锚固系统5，首先拆除钢管混凝土立柱25，再拆除垫块和砂箱24；通过转体系统3，将主梁1转体到合适位置；转体时液压马达13同步加载，分级、逐步、缓慢增加，使结构平稳启动。转体过程中，液压马达13输出扭矩保持稳定，是结构转动平稳匀速；

步骤五：转体完成后，依次拆除液压马达13、弧形齿条14、和撑脚15，在混凝土桥墩2顶上利用型钢滑道将永久支座26推入，将支座上支座板与主梁1通过螺栓连接，再浇筑永久支座26下的混凝土垫石27，如图8所示；

步骤六：混凝土垫石27达到强度后，先拆除环形套箍11，用楔形块顶入半圆形中部楔形块8中间的空隙，使半圆形中部楔形块8向外侧移除，实现卸载，上部重量由转体球铰4转加到永久支座26上；最后拆除圆形球铰上盘10和滑道28，移出桥墩2顶部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。