武汉天兴洲公铁两用长江大桥滑板式铰轴支座技术.pdf

6 桥梁建设 2010 年第 6 期 文章编 号 1003 4722 2010 06 0006 03 武汉天兴洲公铁两用长江大桥滑板式铰轴支座技术 胡海 波 熊 劲松 1 中铁 大桥局 武汉 天兴洲 长江 大桥 工程指 挥部 湖北 武 汉 430080 2 新 筑路桥 机械 股份 有 限公 司 四川 成都 611400 摘要 针 对武 汉天兴 洲公铁 两用 长江 大桥 特 殊 的结 构 形式 和 受 力特 点 该桥 钢 桁 梁 支座 采 用特制 的 T X Z 系列滑板 式铰 轴 支座 综述 该 类 型 支座 的 结 构 形 式 技 术性 能 工 作 原理 和 技 术 特 点 该 类型 支座 由上摆 铰轴 下摆 摩擦 副 底 座及 锚 固装 置 6 部 分 组成 承 担从 钢 桁 梁到桥 墩 的 荷载传递作用 能满足桥梁 自重及活载引起 的转动及温度 列车制动等因素引起的位移 摩擦 副采 用在盆式支座 中成熟运用的滑动摩擦副 摩擦副滑板采用改性超高分子量聚乙烯 轴瓦加工时采用 激 光校 准数控 落地镗床 进 行 180 调转加 工 实践证 明该类 型 支座 设计 合理 工作 状况 良好 关键 词 公路铁 路 两 用桥 桥 梁 史座 铰 轴 支座 结构 形式 工作 原理 技 术性 能 中 图分类 号 U 443 36 文 献标 志码 A T ech n i q ues o f H i n ged S li d i n g P late B eari n gs U sed for Wu h a n T i anxi ngzhou C hangj i ang R i ver R ai l cam R oad B ri dge H U H a i b o X IO N G J i n g so n g 1 C onstructi on H eadquarters of W uhan T i anxi ngzhou C hangji ang R i ver Bri dge P roject Chi na R ai lw ay M ajor B ri dge E ngi neeri ng G roup C o I td W uhan 430080 C hi na 2 X i nzhu R oad B ri dg e M ach i nery C o L td C h eng du 6 1 14 00 C h i na A bstract T he p urp ose m ade T X Z seri es hi n ged sli di ng p late b eari n gs w ere used fo r th e steel tru ss gi rd er of W u han T i anx i ng zh ou C hangj i an g R i v er R ai l cum R oad B ri dg e i n th e li gh t of the speci al structural ty pe an d m ech ani cal b eh av i o r of th e bri d ge A sum m ari zed accoun ted o f the structural type tech ni cal p erform ance w orki n g p ri nci p les and tech ni cal ch aracteri sti cs of the b eari ng s i s p resented h erew i th A b eari n g of su ch type i s m ai n ly m ade up of si x p arts of th e up per pen du lum h i ng e ax le low er pend ulum fri cti on al set base p late and anchori ng d evi ce T he beari ng can carry the lo ad tran sferri n g from the steel truss g i rder tO th e pi ers and can acco m m o d ate th e rotati o n caused b y th e dead load an d li ve load o f th e bri d ge an d also th e d i sp lacem ent i n d uced b y th e tem peratu re an d trai n b raki n g forces T h e fri cti o nal set u sed i n the b eari n g i s th e sli di ng fri cti on al set h avi ng been already m aturely u sed i n th e po t beari n g the sli d i ng plate of th e fri cti on al set i s the o ne o f the m o di fi ed su per h i gh m o lecular w ei gh t p olyethy len e and th e beari n g b u sh i n g i s processed by 1 80 turn b y th e laser cali b rated nu m eri cally co ntrolled floor type bori n g m achi n e P racti ce pro ves th at th e desi g n o f th e beari ng s i s rati o nal an d th e w ork i ng co nd i ti on s of th e beari ng s are q ui te go od K ey w ords rai l cum road b ri dg e b ri dg e b eari n g hi ng ed beari n g sturctural typ e w orki n g pri n ci ple techn i cal p erfo rm an ce 收稿 日期 2010 06 2 1 作者简 介 胡海波 1984 一 男 2006 年毕业 于湖南大学土木工程 桥梁 专业 工学学士 eqb ri dg e 163 corn 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 武汉天兴洲公铁两用长江大桥滑板式铰轴支座技术 胡海波 熊劲松 7 1 前 言 武 汉天兴 洲公 铁 两用 长 江大 桥 以下 简 称 天兴 洲大桥 是我国第 1 座客运专线上的大跨度斜拉桥 图 1 该 桥 全 长 1 092 1 I1 采 用 98 196 504 196 98 m 双塔三索面体系 公铁合建 下层 为 4 线铁路 2 线 I 级干线 2 线客运专线 客运专线设计 过桥速度为 200 km h 按 250 km h 进行动力仿真 设计 上层为 6 车道公路 斜拉桥主梁采用三主桁 板桁结 合 钢桁梁 图 2 钢桁 梁 总重 4 600 t J 1 09 2 504 图 1 天 兴洲 大 桥 立面 布 置 盟 八 八 八 八 客运专线 一 一 一一 l IX 凶 凶凶 1 500 1 500 单位 m 单 位 cm 图 2 钢桁梁标 准横 断面 由于天 兴 洲 大桥 特 殊 的结 构 形式 和 受 力 特点 运用 于该桥 的支座应 满足 1 竖向承载力大 天兴洲大桥桥梁结构 自重 大 加上 4 线铁路列 车荷载 6 车道公路荷载 虽然 主要 竖 向荷载 由三 索 面斜 拉索 承 受 但 仍 有 巨大荷 载需 要经 过墩 顶支 座 传 向桥 墩 因此 支 座 必 须具 有 竖 向承载力 大 的特点 2 纵 向位 移大 滑 动性 能 好 在温 度 变形 列 车制 动荷载 的作 用 下 钢桁 梁 将 产 生 很 大 的 纵 向位 移 这就要求支座也必须具备很好的纵向变形性能 3 转动性能好 在列车活载作用下 钢桁梁 各跨之间的挠度变化会使墩顶钢桁梁产生较大的转 角 因此支座还必须有一定的转动性能 为满足上述技术要求 天兴洲大桥钢桁梁支座 采用特制的 T X Z 系列滑板式铰轴支座 本文从结 构形式 技 术性 能 工 作 原 理 技 术 特 点 4 方 面对 该 类 型支 座进行 分析 为大 跨 重载桥 梁 的支座 选型提 供参 考 2 结构 形式 与技 术性 能 天兴洲大桥主桥钢桁梁共有 18 个支座 分别设 置在 O 5 号墩 墩顶 中心 位 置 每 墩 布 置 3 个 分 别 与钢桁梁 3 片主桁 下桁 梁连接 以传 递主梁荷载 钢桁梁支座采用 特制的 T X Z 系列滑板式铰轴支座 图 3 该 类 型 支 座 主 要 由上 摆 铰 轴 下 摆 摩 擦 副 底座及锚固装置 6 部分组成 具有吨位大 6 000 t 位 移大 500 ra m 转 角大 0 008 rad 的特 点 并 具有 良好 的滑 动性 能 立亘 亘 高强螺栓 d 夏 一 一 J L 图 3 T X Z 系 列 滑 板 式铰 轴 支 座 结 构 T X Z 系 列 滑 板 式 铰 轴 支 座 适 用 温 度 范 围 为 一 25 6O 支座上 下摆是 主要传力构件 采 用铸钢件 zG 270 500 制造 铸钢件表面平顺 加 工完成后全面探伤 不允许有裂纹存在 上 下摆之 间以铰轴连接 铰轴采用 35 号锻钢件 是重要的 转动构件 锻造 完成后进行全 面探伤 表 面加工圆 顺 不得 修补 摩擦 副 是 T X Z 系列滑 板式 铰轴支 座 的重 要部 件 由下 摆底 面镶 嵌 的滑 板 及底 座 上 安 装 的镜面不锈钢板组成 摩擦系数 0 012 支座底 板采用 Q 235 钢板 锚 固装置采用优质碳素结构钢 或合金结构钢 根据 天兴 洲大 桥主 桥 0 5 号 墩 每个 墩 位 处 的 受力 及梁 体变 形情 况 对 主塔 墩 2 3 号 墩 辅 助 墩 1 4 号 墩 和边墩 O 5 号墩 支座 分别进 行设 计 共 有 6 种 型号 见 图 4 各 型号 支 座 的技术 参 数见 表 1嘲 7姓 他 号 支 座 2删 吣 一 3号 支 座 一I XZ35000DX450 I XZ35000DX嗡 0 2号 支 座 一Txz400 陬 一 3号 支 座 一 350 一 w 支 座一 T z350o0畎 5号 支座 删 6000噼 45 6号 支座 删 5000啡 350 支 座 1 z2彻 0D 穆2号 支 座 讽 45 丫 3号 支 座 锄 35000D 姗 O号墩 1号墩 2号墩 中心线 中心线 中心线 单位 m 图 4 主桥钢桁梁支座布置 桥 粱 对 称 由 心 线 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 8 桥梁建设 2010 年第 6 期 表 1 T XZ 系列滑板式铰轴支座主要参数 3 荷 载传 递 转动 及位 移 T X Z 系列 滑板 式 铰 轴 支 座 作 为 天 兴 洲 大 桥 上 部结构与下部结构之间重要 的传力构件 承担了传 递 桥梁 自重 以及 活 载 的作 用 能满 足 自重及 活载 引 起 的转动 及温度 列 车制动 等 因素引起 的位 移 3 1荷 载传递 T X Z 系列滑 板 式 铰 轴 支 座 安 装 在 天 兴 洲 大 桥 钢桁梁下弦和桥墩垫石之 间 承担从钢桁梁到桥墩 的荷载传递 上部荷载经钢桁梁传递到支座上摆顶 面 通过上摆传递到铰轴 然后 经下摆传递到摩擦 副 最 后通 过底板 均匀地 传递 给桥 墩 从 而实 现支座 有效 而均匀 的竖 向荷载 传递 过程 3 2转 动 T X Z 系列 滑板式 铰轴支 座 通 过上 下 摆 以铰轴 为 中心转 动 以满 足 桥 梁 的转 动 功 能需 求 铰轴 和 上 下摆 的接触 圆柱 面上 涂有润 滑油 脂 保 证转 动功 能的可 靠性 上 下摆 通 过 轴 帽连 接 成 以 铰轴 为 中 心转动的联合体 轴瓦部分各设置 5 的切角 既保 证 了 支 座 转 动 的 稳 定 灵 活 又 保 证 了 结 构 的 安 全性 3 3 位移 传统的大型钢支座通常采用滚动或支座摆动实 现支座 结构 的位 移功能 而 T X Z 系列 滑板式 铰轴支 座引入 了新 型高 分子 材 料 依 靠 高分 子 材 料 与镜 面 不锈 钢板 组 成摩 擦 系 数极 低 的摩 擦 副 以实现 支 座 结构 的位移 功能 摩擦 副使竖 向力 的传 递 由点接 触 或线 接触变 成 了面接触 改善 了结 构 的受力性 能 支座的寿命也随之提高 4 技术特 点 4 1 改性超高分子量聚乙烯的应用 支座摩擦 副 滑板采 用 了改性 超高分 子量 聚 乙烯 X L ID E 具有 以下优点 耐磨损性能非常卓越 比尼龙 耐磨 4 倍 比一 般 碳 钢 和铜 等 金 属 还要 耐 磨 损 抗压强度极高 摩擦系数很低 能 自润滑 耐化学 腐蚀 抗 老化性 能好 按 欧洲标 准 E N 1337 2 对 支 座摩 擦 副 滑板 进 行的磨耗试验表 明 该摩擦副滑板在有润滑的条件 下 平 均 压 应 力 为 6O M P a 相 对 滑 动 速 度 为 0 4 m m s 滑动距离为 l0 km 在 23 时 测定其摩擦系 数为 0 006 3 设计要求 O 012 磨耗率基本为零 改性超 高分 子量 聚 乙烯 与不 锈钢板 组成 的滑 动 摩 擦副 的应 用大 大 改善 了支 座 的竖 向受 力 性 能 很 好 地满 足 了支 座位 移功 能 的要 求 4 2 滑动摩 擦 副的应用 T X Z 系列滑板式铰轴支座在传 统的铰轴支座 结构上引入了盆式支座 中成熟运用 的滑动摩擦副 该结构兼顾了传统铰轴支座在钢桁梁桥上应用的优 点 又结合 了滑动摩擦副结构的优点 改善 了支座的 承 载 位移 性能 使 支座 寿命大 幅度 提升 T X Z 系列滑 板 式 铰 轴 支 座 的滑 板 采 用 多 个 较 大 的圆形 滑板 阵列 结构 滑 板上 布 置 有 大量 的储 脂 坑 可 以使摩擦副之间存储更多的润滑脂 滑动性能 更 好 也延 长 了摩 擦副 的保 养时 间 4 3 加工 工艺 T X Z 系列 滑板 式 铰 轴 支 座 机 加 工 关 键 控 制 点 在 于铰 轴部分 的完 美配 合 该支 座在加 工 时采用 了 先进 的激光校准数控落地镗床 该镗 床优 良的加工 精度控制是铰轴支座轴瓦加工质量的有力保障 加 工时先将上 下摆轴瓦顶加工平整后 连接成刚性整 体 再进 行整 体镗孔 加工 以保 证 铰轴支 座轴 瓦 的精 度 上 下摆采用镗床工作 台 180 调转加 工 镗床 采用 激光校 准 调转精 度 控制 在 1 m以 内 精确 地 保证了轴瓦两端 的直线度 从 而保证支座受力和转 动的可靠性 铰轴与上摆的精密配装见图 5 图 5 铰 轴 与上 摆 精 密 配 装 实践证 明 以上技术的应用使得 T X Z 系列滑板 式铰轴支座从设计 制造到安装的质量均得到保障 最 终保 证 了该支 座 的 优越 性 能 满 足 天 兴 洲大 桥 对 支 座特殊 性 能 的要 求 成 桥 状 态 下 T X Z 系列 滑 板 式 铰轴 支座见 图 6 下转 第 32 页 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 32 桥梁建设 2010 年第 6 期 表 6 主梁各纵向约束体 系下塔顶 及塔 梁结合处主梁位移 m m 注 一 表示位移方 向与整体坐标 系相反 反之表示位移方 向与 整体坐标 系相 同 4 结 论 1 单塔半 漂 浮 自锚式 悬 索桥 纵 向约 束体 系对 主缆 吊索 主梁受 力影 响不 大 因此 在 设计 中无论 采取何种纵向约束体系 均是可行的 2 单塔半 漂浮 自锚式 悬 索桥 纵 向约 束体 系对 桥塔受 力 结 构纵 向变位 影 响较大 因而 在设计 中必 须考 虑支座 非线性模 拟 3 辅 助墩 一般 以摩 阻力 来控 制设 计 因此 约 束体 系对其 设计 影响 不大 4 对于桥塔弯矩 结构纵 向变位 荷载作用效 应 不满 足线 性 累加 关 系 5 对于单塔半漂浮 自锚式悬索桥 为避免采 用 较大 的伸 缩缝 建 议结 构设 置纵 向限 位装置 参 考 文 献 1 邱文亮 张哲 黄才 良 自锚式混凝 土吊桥的力学性 能研究EJ 哈尔滨工业大学学报 2003 35 11 1 388 1 39 l Q IU W en li ang Z H A N G Z h e H U A N G C ai li ang M echa ni cal P rop erti es o f S elf A n cho red C on crete S u s pensi on Bri dge J Journal of H arbi n Insti tute of Tech nolog y 200 3 35 11 1 3 88 1 39 1 i n C h in ese 2 唐茂林 沈锐利 强士中 大跨 度悬索桥非线性 静动力 分析与软件开发 J 桥梁建设 2000 1 9 12 T A N G M ao li n S H E N R u i li Q IA N G S h i zh on g A nalyti c T heo i es an d S oftw a re D ev elop m ent of S pati al N o n I i n eari ty S tati c an d D y nam i c o f L o ng S pan S u s pensi on Bri dge J Bri dge Constructi on 2000 1 9 12 i n Chi nese 3 中交 公 路 规 划 设 计 院 大 沽 河 航 道 桥 施 工 图 Z 200 7 m m l m m m l 1 1 m I li b l ID IP 上接 第 8 页 图 6成桥状态下 TX Z 系列滑板式铰轴支座 5 结 语 T X Z 系 列 滑 板 式 铰 轴 支 座 适 用 于 时 速 200 km h 及以上的铁路钢桁梁桥 该类型支座巧妙地 结合了传统铰轴支座和盆式支座 的优点 成功地应 用 了新 型材 料 的性 能 优 势 设 计 合 理 具 有 受 力 均 匀 转动和滑动灵活 易养护 少维修 寿命长等优 点 天兴 洲大 桥铁路 于 2009 年 5 月 开通运 营 经