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越润滑越省劲,小小转体球铰顶起万吨重

RAD极客会 | 智能硬件、人工智能大数据 2021/10/14 23:05

来源:直观学机械,作者,慧眼

昨天咱们分享了“8万吨的超级大转体。。。”的文章,读者提议科普一下转体球铰,既然大家都对转体球铰比较感兴趣,今天简单的分享一下。

桥梁转体施工的工作原理 ,就像       挖掘机铲臂随意旋转一样 ,在桥台(单孔桥)或桥墩(多孔桥)上分别预制一个转动轴心,以转动轴心为界把桥梁分为上、下两部分,上部整体旋转,下部为固定墩台、基础,这样可根据现场实际情况,上部构造可在路堤上或河岸上预制,旋转角度也可根据地形随意旋转。

跨行业了解专业知识,还是有点头大的,比如下面这张球铰布置图,是不是吓退一大批直观学机械的读者:

复杂的球铰平面布置

今天咱们就浅尝辄止,毕竟有些技术都是相通的。咱们通过青岛新机场转体桥的转体球铰的施工动画,先简单的了解一下大体的施工过程:

简易的施工步骤:

安装撑脚

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安装滑道

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安装上球铰

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安装下球铰

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上球铰试转

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转体球铰由上球铰、滑道、下球铰、销轴等部件组成,球铰是转动体系的核心,也是转体施工的关键结构,上下球铰的尺寸稍有不匹配,就会使得球铰完全卡住,无法转动,它的制作及安装精度要求极高。

球铰的生产非常严格。在球铰的接触面,粗糙度的控制达到微米级,不允许有明显的加工刀痕存在。除了加工误差外,球铰的材料也非常重要,必须兼具抗压、抗摩擦强度与很低的摩擦系数。聊到加工,作为咱们直观学机械的读者,就说到了大家的专业了,加工技术咱们就此打住了,在大家面前就不班门弄斧了,就说一点,这是一个铸件,超大的异型铸件。

正在吊装的转体球铰,图片来自双瑞特装

球铰采用高性能非金属复合材料、高精度球面加工技术,既能显著降低摩擦系数,又满足大承载力设计要求,解决了大吨位桥梁转体装置超大承载力、灵活转动的难题。

十多年前,中国工程上普遍使用的钢/混凝土转铰,由于材料特性,转动摩擦系数高达0.3,必须使用巨大吨位的绞盘机才能转得动。现在转体球铰已经形成系列化,能够适应不同承载力要求、墩底及墩顶等各种工况。

近距离看一下转体球铰的安装过程:

一旦球铰安装完成,大家就松了一口气,因为整个桥在建设过程中,就数球铰部分最为‘金贵’,容不得半点差池。 比如咱们在文章一开始展示的青岛新机场转体桥的转体球铰的施工,项目负责人陈雪总工就把球铰比作人体的关节。

巨大圆形“雷达”叫球铰 ,就像人体的关节

如果要让球铰像人体的关节一样能够转动自如,需要上下球铰的相互配合,精心为这个“关节”进行了润滑。陈雪表示,他们 为下球铰量身定做了近900个专业润滑片,每个润滑片都有唯一编号,确保为下球铰安装润滑片时能够“对号入座”,另外他们还在润滑片间填充了大量润滑剂,最大限度的减少球铰转动时的摩擦力

下面了解一下 RPC球铰 ,也叫:活性粉末混凝土——钢组合球铰!

(制图作者是中铁一院桥隧处的工程师团队)

以前用的钢球铰属于“强壮型”选手,体积较大: ‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

这是因为球铰须经上下座板之间混凝土按照45º传力角扩散应力,而目前使用较多、等级较高的C55混凝土的容许抗压强度只13.4MPa。也就是说,在他们强大的外表下,有一颗抗压强度较低的普通混凝土心脏。

咱们看ANSYS对RPC球铰的分析模型:

RPC球铰的内核是填充在钢壳内的“C120级RPC混凝土”,该类混凝土容许极限抗压强度可达120MPa,计算容许压应力为42MPa。

RPC球铰的体积比之前的钢球铰减小了40%左右,是名副其实的“塑身达人”。

至此,所有小编查到关于球铰的资料都分享完了,接下来,咱们再升华一下,看一个比较好玩的转体:

转体模拟动画

你们肯定有知道这里的

这是2020年4月10日凌晨

福建省龙岩市龙岩大桥主塔的空中转体

主塔为“宝石”型扁平状桥梁主塔

重约1.6万吨,高达121米

在夜空中精准完成了69度的完美旋转

之所以举这个案例,是因为这次使用了世界首创的“水平二次转体”施工工艺——即在原计划的“塔梁共转”常规转体施工之前,增加一次“独塔单转”。

转体球铰模拟动画

这种施工方式需要一个球铰支撑两次转体过程,需对转体球铰进了特殊加固设计,需要通过理论计算、仿真分析等进行极限工况下的校核,确保转体过程零风险。

转体球铰安装,图片来自双瑞特装

支撑完成本次转体的球铰直径长5米,总重超过120吨,设计最大承载能力为2.5万吨,相当于2.5个埃菲尔铁塔的重量。

通过我们对转体球铰的深入了解,小编感受最深、也最想说的是,很多读者对基建狂魔误解为追求大、重,没有过多的技术含量,其实并不是,一个小小的四两拨千斤的球铰,从它的加工、安装以及多年的发展看过来,这就是我们的核心竞争力,通过攻克一个个大大小小的施工项目,积累的这些宝贵的经验是别的国家比不了的,这才是基建狂魔的本色。

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