一種鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及確定轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橋梁設(shè)計(jì)施工技術(shù)，特別涉及一種鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及確定轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，在跨越運(yùn)營(yíng)繁忙的鐵路、公路時(shí)，轉(zhuǎn)體法施工由于對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響干擾最小，得到越來越廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)體適用的橋梁跨度范圍較廣，轉(zhuǎn)體重量從幾百噸到上萬(wàn)噸，因此對(duì)于不同重量轉(zhuǎn)體的參數(shù)選擇與設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。
[0003]轉(zhuǎn)鉸是轉(zhuǎn)體系統(tǒng)中的重要構(gòu)件。在現(xiàn)有技術(shù)中，早期的轉(zhuǎn)鉸一般都是采用混凝土球鉸，但其承載力較低、摩擦系數(shù)較大，使用受到限制。近年來，鋼轉(zhuǎn)鉸由于良好的轉(zhuǎn)動(dòng)性能及較高的承載能力而被越來越廣泛地使用。鋼球鉸主要有平鉸、球鉸及球面平鉸，主要由上下轉(zhuǎn)鉸鋼板、加強(qiáng)肋板、環(huán)形加強(qiáng)肋板、中心定位軸及上下轉(zhuǎn)鉸間的滑板等部件組成。但是，轉(zhuǎn)鉸的平面尺寸除了受到上下轉(zhuǎn)鉸間滑片應(yīng)力的控制外，還受到轉(zhuǎn)鉸與上下接觸混凝土的應(yīng)力控制。目前，滑片在約束坑內(nèi)容許壓應(yīng)力可達(dá)70MPa，但與上下轉(zhuǎn)鉸接觸混凝土，以C50為例，中心受壓容許應(yīng)力僅有13.4MPa，因此需增加轉(zhuǎn)鉸平面直徑或加大混凝土接觸平面尺寸來滿足受力要求，因此上下轉(zhuǎn)盤尺寸也將相應(yīng)增大，大大增加了建造成本和施工難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供一種鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及確定轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的方法，從而可以有效地減小轉(zhuǎn)鉸直徑及上下轉(zhuǎn)盤平面尺寸、方便安裝、節(jié)省材料、節(jié)省造價(jià)、降低成本和施工難度，提高轉(zhuǎn)鉸使用的經(jīng)濟(jì)性及安全性。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置，該鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置包括:上球鉸鋼管、上球鉸鋼板、下球鉸鋼管、下球鉸鋼板和銷軸；
[0007]所述上球鉸鋼板設(shè)置在所述上球鉸鋼管的底部，且所述上球鉸鋼板和上球鉸鋼管形成一個(gè)底部密封的第一容納腔；
[0008]所述下球鉸鋼板設(shè)置在所述下球鉸鋼管的頂部，且所述下球鉸鋼板和下球鉸鋼管形成一個(gè)頂部密封的第二容納腔；
[0009]所述第一容納腔和第二容納腔中均填充有混凝土；
[0010]所述上球鉸鋼板的下表面為凸球面;所述下球鉸鋼板的上表面為凹球面；
[0011 ]所述上球鉸鋼板的下表面與所述下球鉸鋼板的上表面之間設(shè)有滑片；
[0012]所述上球鉸鋼板和下球鉸鋼板的中心處開設(shè)有圓孔并設(shè)置有銷軸套管;所述上球鉸鋼板和下球鉸鋼板通過穿過所述上球鉸鋼板和下球鉸鋼板的圓孔和銷軸套管的銷軸連接。
[0013]較佳的，該鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置還進(jìn)一步包括:上座板和下座板；
[0014]所述上座板設(shè)置在所述上球鉸鋼管的頂部;所述下座板設(shè)置在所述下球鉸鋼管的底部；
[0015]所述銷軸套管和銷軸的頂部伸入所述上座板中，所述銷軸套管和銷軸的底部伸入所述下座板中。
[0016]較佳的，所述上球鉸鋼板和下球鉸鋼板中設(shè)置有多個(gè)支撐肋板；
[0017]每個(gè)支撐肋板上設(shè)置有多個(gè)可供鋼筋穿過的鋼筋孔。
[0018]較佳的，所述上座板通過螺栓與上轉(zhuǎn)盤上的預(yù)埋鋼板連接，所述下座板通過螺栓與下轉(zhuǎn)盤上的預(yù)埋鋼板或預(yù)埋套筒連接。
[0019]較佳的，該鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置還進(jìn)一步包括:下座板；
[0020]所述下座板設(shè)置在所述下球鉸鋼管的底部；
[0021 ]所述銷軸套管和銷軸的底部伸入所述下座板中。
[0022]較佳的，所述上球鉸鋼管的頂部伸入到上轉(zhuǎn)盤中。
[0023]較佳的，所述上球鉸鋼管和/或下球鉸鋼管的內(nèi)壁上設(shè)置有多個(gè)用于固定鋼筋的鋼筋孔。
[0024]本發(fā)明還提供了一種轉(zhuǎn)鉸裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)包括:上述的鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置、至少兩個(gè)撐腳、環(huán)道、上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤；
[0025]所述轉(zhuǎn)鉸裝置的頂部與所述上轉(zhuǎn)盤連接;所述轉(zhuǎn)鉸裝置的底部與所述下轉(zhuǎn)盤連接；
[0026]所述上轉(zhuǎn)盤的底面的兩端均分別對(duì)稱地設(shè)置有撐腳；
[0027]所述環(huán)道設(shè)置在所述下轉(zhuǎn)盤的上表面，用于支撐所述撐腳。
[0028]較佳的，當(dāng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述撐腳沿著所述環(huán)道滑動(dòng)。
[0029]本發(fā)明還提供了一種確定上述的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)的方法，該方法包括:
[0030]根據(jù)轉(zhuǎn)體重量G確定轉(zhuǎn)鉸平面直徑D，根據(jù)轉(zhuǎn)體重量G和轉(zhuǎn)鉸平面直徑D確定轉(zhuǎn)鉸滑動(dòng)球面半徑r;
[0031]按照轉(zhuǎn)動(dòng)體系的平面位置計(jì)算得到轉(zhuǎn)鉸承擔(dān)的重量?jī)?nèi)及撐腳分擔(dān)的重量P1;
[0032]根據(jù)撐腳與環(huán)道間的摩擦系數(shù)以及上下轉(zhuǎn)鉸之間的摩擦系數(shù)，計(jì)算得到撐腳的靜摩阻矩和轉(zhuǎn)鉸的靜摩阻矩；
[0033]根據(jù)靜摩阻矩與牽引力矩平衡的關(guān)系，計(jì)算得到轉(zhuǎn)體啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)的啟動(dòng)牽引力F0以及正常狀態(tài)時(shí)的正常牽引力^;
[0034]計(jì)算轉(zhuǎn)體稱重時(shí)的靜起頂力和動(dòng)起頂力。
[0035]較佳的，所述轉(zhuǎn)鉸球面直徑r為:
[0036]當(dāng)6<2萬(wàn)噸時(shí)4 = 1?30;當(dāng)6>2萬(wàn)噸時(shí)4 = 3?60。
[0037]較佳的，使用如下公式計(jì)算PjPP2:
[0038]p1 = Ge/L;
[0039]P2=(L-e)G/L；
[0040]其中，e為上轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)重心距轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離，L為滑道中心到轉(zhuǎn)體中心的距離。
[0041]較佳的，使用如下公式計(jì)算撐腳的靜摩阻矩和轉(zhuǎn)鉸的靜摩阻矩:
[0042]Tmoi=UoPiL;
[0043]Tm02=yoP2D/3；
[0044]其中，TmQ1為撐腳的靜摩阻矩，TmQ2為轉(zhuǎn)鉸的靜摩阻矩，μο為靜摩擦系數(shù)。
[0045]較佳的，使用如下所述的公式來計(jì)算總的牽引力矩Tq0:
[0046]Tm0 = Tm01+Tm02 ；
[0047]Tqo = 2FoR；
[0048]其中，Tm0為總靜摩阻矩，TqQ為總的牽引力矩，F(xiàn)o為啟動(dòng)牽引力，R為上轉(zhuǎn)盤半徑。
[0049]較佳的，使用如下公式計(jì)算啟動(dòng)牽引力Fo和正常牽引力F1:
[0050]Fo = W(2R)；
[0051 ] Fi = W(2R)；
[0052]其中，Tml為總動(dòng)摩阻矩。
[0053]較佳的，當(dāng)起頂設(shè)備設(shè)置在滑道處時(shí)，使用如下公式計(jì)算靜起頂力和動(dòng)起頂力:
[0054]Tmj = UoGr;
[0055]Tmd = UiGr;
[0056]Pj = yoGr/L；
[0057]Pd = yiGr/L；
[0058]其中，Tmj為靜摩阻矩，Tmd為動(dòng)摩阻矩，m為動(dòng)摩擦系數(shù)，Pj為靜起頂力，Pd為動(dòng)起頂力。
[0059]較佳的，上下轉(zhuǎn)鉸間采用滑片時(shí)的靜摩擦系數(shù)為0.02?0.025，而動(dòng)摩擦系數(shù)則為
0.005 ?0.015。
[0060]如上可見，本發(fā)明所提供的鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置及其轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，由于在上、下轉(zhuǎn)鉸外包鋼管，因而可以有效提高混凝土的局部承壓能力，既能提高混凝土局部應(yīng)力，又可大大地減小轉(zhuǎn)鉸直徑及上下轉(zhuǎn)盤平面尺寸、節(jié)省材料、降低成本和施工難度，尤其是在墩頂轉(zhuǎn)體空間受限的場(chǎng)景下體現(xiàn)更為明顯。而且，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸可根據(jù)具體工程需要和現(xiàn)場(chǎng)安裝條件，增設(shè)轉(zhuǎn)鉸上下座板與上下鋼管相連形成封閉的鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸，上下座板通過螺栓與上下轉(zhuǎn)盤預(yù)埋鋼板相連，從而避免了與轉(zhuǎn)鉸接觸混凝土振搗不密實(shí)等問題，增強(qiáng)了轉(zhuǎn)鉸的安全性及穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0061]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的支撐肋板的示意圖。
[0063]圖3為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中的鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0066]本實(shí)施例提供了一種鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置及其轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。
[0067]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中的鋼管混凝土轉(zhuǎn)鉸裝置包括:上球鉸鋼管11、上球鉸鋼