一种用于桥梁转体施工的PBL钢管混凝土球铰结构

一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰结构
技术领域
1.本发明涉及桥梁结构转体施工技术领域，具体为一种用于桥梁转体施工的 pbl钢管混凝土球铰结构。


背景技术：

2.桥梁转体技术最早开始应用于拱桥的施工，随着我国铁路、公路的快速发展，由于转体施工可以避免对桥下交通的干扰和影响，跨越既有线路的桥梁将越来越多，跨越既有线路桥梁的设计及施工成为我国桥梁工程中被普遍关注的问题。近年来,采用平面转体施工方法的桥梁日益增多，特别是跨越运营铁路的立交桥，出于对铁路安全影响和运营干扰的考虑，铁路管理部门大多都提出了采用转体或顶推施工的要求。当桥梁跨越交通繁忙的道路时，采用转体施工可以避免封闭或者改移道路,或由于搭设防护棚架影响车辆的行驶速度和车流量, 往往选择转体施工方案更为安全和经济。
3.球铰是桥梁转体时采用的特殊装置，是转体结构的支撑体系和转动体系的合体。桥梁转体经历了由混凝土球铰到钢球铰的发展过程，由于钢球铰采用数控机床加工球铰曲面，加工精度高，其承载能力及转动摩擦阻力都优于混凝土球铰，工程中得以应用。现有的钢球铰结构为两个上下放置的弧形配合的钢制球面，配以加固的结构，需要通过现场施工将钢球铰的上下部通过混凝土与转体构件和转体基础浇筑在一起。浇筑前的准备和浇筑后的养护都要耗费大量时间,且严重受制于现场的天气、场地等施工条件。
4.在现场安装过程中为了增大球铰的承载力，会在球铰支撑座中安装钢筋或者其他加固部件，然后浇筑混凝土，增大了现场施工的难度，现场绑扎钢筋以及浇筑混凝土的方式受到现场条件的限制，使得工程质量不易保证。
5.通常，现场浇筑的钢混结构的强度要大大低于预制钢混部件的强度。由于受到球铰下方混凝土承载力以及滑块承载力的限制，普通钢球铰尺寸通常较大，而尺寸越大其球面的加工精度越难保证，这就造成了球铰加工过程复杂,技术含量高,对生产厂家的设备能力和综合技术能力提出了很高的要求。同时也增大了运输和现场安装的难度。
6.常用的混凝土球铰需要配大量的预应力钢筋来达到需要的承载力，但是配过多的预应力束可能会发生局部压坏以及预应力损失较大的情况。以上问题都制约和影响了转体技术在桥梁设计施工中的进一步推广和应用。
7.另一方面，普通球铰的上下转盘均为浇筑的混凝土结构，而且会通过加预应力钢筋的方式提高转盘的承载力，实现转动功能，但是在混凝土转盘中加预应力不但操作难度较大，而且会产生较大的的预应力损失，并且在浇筑混凝土球铰时需要大量的模具，容易造成材料的浪费，不经济。
8.钢管混凝土结构虽然凭借其力学性能优异、施工便捷和造型美观，在桥梁工程中得到了广泛的应用，但这种结构仍然存在一些缺点，一是钢管混凝土结构的套箍效应可靠性问题，钢管混凝土结构一般先架设钢管作为支架受力，后进行钢管内混凝土的填充，混凝土填充质量控制得再好，受收缩徐变、日照温差等的影响，钢管混凝土界面黏结应力容易被
克服而脱黏，即为钢－混界面脱黏和剪切滑移。当钢管混凝土受压构件核心混凝土截面脱空率大于2％时，构件的承载力降低达20％，钢管对核心混凝土的套箍作用就会失效。二是由于钢管混凝土脱空的问题，导致荷载无法传递至管内混凝土，从而出现钢管混凝土传力可靠性差的问题。


技术实现要素：

9.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰结构。
10.本发明是通过以下技术方案来实现：
11.一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰结构，包括球铰上部和球铰下部，所述球铰上部包括上转盘和上球铰，所述上转盘呈钢管混凝土结构，所述上转盘的顶部与桥墩连接，所述上球铰连接于上转盘底部；所述上转盘的侧面设有竖向pbl加劲肋，所述竖向加劲肋与桥墩连接；所述上转盘内部设有环向pbl加劲肋；所述球铰下部包括下转盘和下球铰，所述下球铰连接于下转盘上方，所述下转盘的底部与桥台连接，所述上球铰与下球铰配合；所述上转盘与环向pbl加劲肋之间设有牵引索。
12.优选的，所述上球铰的表面呈凸球面结构，所述下球铰的表面呈凹球面结构，所述上球铰的表面与下球铰的表面相适配。
13.优选的，所述上球铰的表面和下球铰的表面均为混凝土钢球面。
14.优选的，所述上球铰的表面和下球铰的表面均涂抹有润滑剂。
15.优选的，所述润滑剂为黄油四氟粉，所述黄油四氟粉中黄油与四氟粉的重量配置比为120:1。
16.优选的，所述下球铰的表面上设有多个滑板。
17.优选的，所述滑板呈正六边形状。
18.优选的，多个所述的滑板相互接触，呈蜂窝状。
19.优选的，所述滑板由分子量大于600万的超高分子量聚乙烯制成。
20.优选的，所述下转盘上还设有两个牵引索反力支座、两个千斤顶反力支座和两个弧形滑道，所述牵引索反力支座、千斤顶反力支座和弧形滑道分别设置于下球铰的两侧。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.本发明一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰结构通过设置环向 pbl加劲肋来加强混凝土与钢管内壁的连接，还能为牵引索提供一个合理的着力点，牵引索绑在上转盘内法兰盘式环向pbl加劲肋上能够借助钢管内部混凝土与纵向pbl加劲肋充分连接的特点，使整个上转盘的混凝土与钢管两部分共同受力，实现转动功能，防止在转动过程中转动过程中会出现钢管与混凝土脱粘等现象。
23.环向pbl加劲肋和纵向pbl加劲肋可以进一步限制钢管在受压状态下发生向外鼓曲。
24.纵向pbl加劲肋的抗拔、抗剪和加劲作用保证了构件能够处于完全粘结状态；pbl钢管混凝土通过纵肋的抗拔作用，限制钢管表面变形，使节点刚度和承载力均得到提高。而法兰盘式的环向pbl加劲肋则能使转动过程中牵引钢绞线的受力更为合适明确。
25.牵引索与钢管内部环向pbl加劲肋相连接能够充分发挥pbl加劲结构与混凝土的
连接作用，通过pbl加劲肋与混凝土的咬合剪切作用使得球铰更容易实现转动，不产生过大变形。
26.进一步的，钢管混凝土结构的上转盘和上球铰钢球面焊接在一起形成钢壳结构，钢壳自身可作为球铰浇筑混凝土的模具，并且钢管相较于三向预应力钢筋对核心混凝土具有更好的套箍作用，而且还能节省桥梁转体施工的成本。
27.下球铰与下转盘除实现转动功能外，还兼做桥体承重承台。
28.进一步的，黄油四氟粉用于减少转动过程中上球铰与下球铰之间的摩擦力。
29.进一步的，滑板的作用是用来进行转体工作时的转动。蜂窝状的滑板材质消耗少，比强度和比刚度高，重量轻。超高分子量聚乙烯制成的滑板具有较好的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐光等优良性能。
30.进一步的，牵引索反力支座为牵引索提供着力点、千斤顶反力支座在使用千斤顶之前提供支撑，滑道为了实现球铰转动功能。
附图说明
31.图1为本发明一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰浇筑完成后的立面示意图；
32.图2为本发明一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰浇筑完成后的平面示意图；
33.图3为本发明一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰中牵引索拉动球铰示意图；
34.图4为本发明一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰封铰后的结构示意图。
35.图中，1、桥墩；2、竖向pbl加劲肋；3、下转盘；4、环向pbl加劲肋； 5、滑道；6、上球铰；7、下球铰；8、上转盘；9、千斤顶反力支座；10、牵引索反力支座；11、牵引索。
具体实施方式
36.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
37.本发明公开了一种用于桥梁转体施工的pbl钢管混凝土球铰结构，参照图 1、2，包括与上转盘8固定连接的桥墩1，设置在上转盘8两侧的竖向pbl加劲肋2，与桥台固定连接的下转盘3，设置在上转盘8内部的环向pbl加劲肋 4，固定连接在下转盘表面的滑道5，与上转盘8连接为整体的上球铰6，与下转盘3连接为整体的下球铰7，由环向pbl加劲肋4和竖向pbl加劲肋2、上球铰6以及钢管混凝土组成的上转盘8，设置在下转盘6上部的圆弧滑道5旁边的千斤顶反力座9，以及设置在千斤顶反力支座9两侧的牵引索反力支座10，滑道5由不锈钢板和对偶的聚四氟乙烯板组成，这是为使滑道5具备足够的承载力并满足球铰转动功能的需求。
38.上转盘8为pbl钢管混凝土结构，填充到pbl钢管中的混凝土为活性粉末混凝土。参照图3，上转盘8与环向pbl加劲肋4之间设有牵引索11。
39.上球铰6的表面为凸球面的钢球面，与钢管混凝土结构的上转盘8连接成一个整体；下球铰7的表面为凹球面的钢球面，与钢管混凝土下转盘3焊接为一个整体，上球铰6的
凸球面与下球铰7的凹球面相适配。
40.上球铰6和下球铰7表面涂抹有润滑剂，本实施例中润滑剂为黄油四氟粉，用于减少转动过程中上球铰3与下球铰7之间的摩擦力，黄油四氟粉是黄油与四氟粉按重量比120:1配制而成。
41.下球铰7的凹球面上铺满多个形状为正六边形的滑板，多个滑板中相邻的滑板互相接触，排列成蜂窝状结构，滑板由分子量大于600万的超高分子量聚乙烯制成。
42.下转盘3上还设有若干个振捣排气孔。
43.环向pbl加劲肋4、竖向pbl加劲肋2、上球铰6与钢管的焊接以及上球铰6的球面、下球铰7的球面等部件均在工厂内加工完成。
44.参照图1、4，安装时，下转盘3部分需要等承台施工养护结束后进行施工，并且下转盘3在施工的过程中提前预留出下球铰7的位置，便于两者连接为一个整体。
45.待下球铰7安装完成并和下转盘3连接为一个整体后，进行滑道5、千斤顶反力支座9和牵引索反力支座10的安装。
46.随后进行上转盘6的安装，上转盘6结构在固定好对应位置后进行混凝土填充工作，并通过振捣等措施保证混凝土的密实程度。
47.上转盘6、下转盘7均安装完成，将球铰进行暂时的固定直至完成桥梁上部结构的施工，最后通过牵引索11等完成桥梁的转体工作。
48.当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。