一种转体施工用球铰及其加工和安装方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种球铰，尤其涉及一种应用于桥梁结构转体施工专用的钢-活性粉 末混凝土球铰。
【背景技术】
[0002] 桥梁转体技术最早开始应用于拱桥的施工，由于转体施工可以避免对桥下交通的 干扰和影响，该工艺很快就推广应用于铁路立交桥和公路立交桥的施工中。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。
[0003] 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-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，而得到较多的工程应用。 但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。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。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，普通钢球铰通常尺寸较 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。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。
[0004] 另一方面，普通球铰的下球铰的球面上需要安装圆形非金属的滑板，通常滑板呈 零散的形状镶嵌在球面上，这种镶嵌的固定滑板方式并不可靠。且滑块与滑块之间具有较 大的间隙，使得滑板与上球铰之间接触面积较小，摩擦力大，使球铰转动的可靠性降低。同 时，为填补滑板间的空隙需要使用更多的润滑脂，且球铰的承载力受滑板承载力的影响很 大。
【发明内容】
[0005] 为了克服以上缺陷，本发明提供了一种转体施工用球铰，包括球铰上部、球铰下部 以及中心转轴；所述球铰下部的下方固定连接于旋转部位下方的建筑基础，上表面为凹球 面；所述球铰上部的下表面为凸球面，所述凸球面的形状与所述球铰下部的凹球面的形状 相适配；所述球铰上部通过其凸球面设置在所述球铰上部上；所述球铰上部的上方固定连 接于需要进行转体施工的构件；其中，所述球铰上部和球铰下部的中心具有圆形通孔，通孔 中设置中心转轴。
[0006] 优选地，所述球铰下部包括下座板和球铰下盘，所述下座板的下方固定连接于旋 转部位下方的建筑基础，上方固定连接所述球铰下盘，所述球铰下盘为上表面为凹球面的 圆柱体；所述球铰上部包括球铰上盘和上座板，所述球铰上盘为下表面为凸球面的圆柱体， 所述球铰上盘的凸球面的形状与所述球铰下盘的凹球面的形状相适配，所述球铰上盘的上 方固定连接所述上座板，所述上座板的上方固定连接于需要进行转体施工的构件；其中， 所述球铰的上座板、下座板、球铰上盘和球铰下盘的中心具有圆形通孔，通孔中设置中心转 轴。
[0007] 优选地，所述球铰上盘、球铰下盘、上座板和下座板由钢壳内填充混凝土制成。
[0008] 优选地，所述混凝土为活性粉末混凝土。
[0009] 优选地，所述球铰上盘和球铰下盘之间设置有摩擦副，用于减少球铰上盘与球铰 下盘之间的摩擦力。
[0010] 优选地，所述摩擦副由设置在球铰下盘的凹球面上的多个形状为正六边形的滑板 组成。
[0011] 优选地，所述多个滑板中相邻的滑板互相接触，排列成蜂窝状结构。
[0012] 优选地，所述多个滑板构成的所述蜂窝状结构铺满所述球铰下盘的凹球面。
[0013] 优选地，所述摩擦副还包括设置在球铰上盘的凸球面上的不锈钢板。
[0014] 优选地，所述滑板由分子量大于600万的超高分子量聚乙烯制成。
[0015] 优选地，所述钢壳内部设置有肋板与钢筋组成的加强结构。
[0016] 优选地，所述肋板与所述钢壳固定连接，所述钢筋从肋板上的开孔中穿过。
[0017] 优选地，所述下座板上设置若干振捣排气孔。
[0018] 优选地，所述球铰上盘与上座板之间、球铰下盘与下座板之间采用焊接方式固定。
[0019] 本发明还提供一种所述的转体施工用球铰的加工方法，包括：转轴制作步骤：用 钢材制作中心转轴，其中填充活性粉末混凝土；钢壳制作步骤：用钢材制作球铰上部和球 铰下部的外壳；浇筑混凝土步骤：将活性粉末混凝土浇筑于制作的钢壳中振捣密实，进行 蒸汽养护。混凝土达到强度后，采用数控立车加工球铰上下盘的球面，使球面度误差不得大 于0.5mm;采用龙门铣对球铰上下盘和上下座板的结合面进行机加工，加工的平面误差不 得大于0. 5mm。
[0020] 优选地，还包括滑板制作和安装步骤，制作滑板并将其安装到球铰下部的凹球面 上。
[0021] 本发明还提供一种所述的转体施工用球铰的安装方法，包括：球铰下部安装步骤， 将球铰下部固定连接在旋转部位下方的建筑基础上；球铰组装步骤，将球铰上部安装到所 述球铰上部上，插入中心转轴；旋转构件安装步骤，将需要进行转体施工的构件与球铰上部 固定连接。
[0022] 优选地，所述球铰下部安装步骤，将球铰下部的下座板采用角钢支架支撑，调整下 座板的水平度使其顶面标高与待浇筑的基础建筑顶面齐平，并加以固定，然后浇筑基础混 凝土；所述球铰组装步骤，依次吊装球铰下盘、球铰上盘和上座板，并校准下座板、球铰下 盘、球铰上盘和上座板的中心在一条直线上，插入中心转轴，并在上座板顶面焊接堵头钢 板，采用角焊接的形式焊接球铰上盘和上座板、球铰下盘和下座板。
[0023] 本发明的钢-活性粉末混凝土球铰体积小，使球铰便于布置；并且相较于体积大 的球铰来说体积小的球铰易于加工，且加工精度高；球铰上下盘的接触面积减小，转动摩擦 力也减小；此外还降低了施工时所需的空间。采用上下座板可以将球铰的集中反力扩散后 传至混凝土上下盘，应用于桥梁转体可以有效地减少下部结构的尺寸，达到降低工程投资 的目的。钢-活性粉末混凝土球铰与普通钢球铰相比，具有用钢量小，刚度大、承载能力高、 转动力矩小等诸多优点，活性粉末混凝土球铰可以大幅度地减小机加工的工序与加工难 度，降低球铰的成本。采用钢-活性粉末混凝土球铰可以大幅度降低现场施工难度，钢-活 性粉末混凝土下座板刚度大，调平支撑后，下盘普通混凝土的浇筑振捣作业较为方便，球铰 的安装精度和质量易于得到保证，可有效地提高施工质量和施工安全。在工厂加工钢-活 性粉末混凝土球铰时即可在钢壳内浇筑混凝土