朱超宇

(上海貝英吉工程咨詢有限公司，上海市 200082)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，部分高速公路常因無(wú)法滿足現(xiàn)行車輛行駛需求而被改建、擴(kuò)建，而其線路上方部分跨線橋梁往往面臨拆除的問題[1-3].但因無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間中斷跨線橋梁下方道路交通，需要快速完成該類跨線橋梁的拆除工作.齊鵬等人[4]采用爆破拆除方法在復(fù)雜環(huán)境下完成了跨路橋梁的拆除工作，采用方案優(yōu)化和振動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了大橋的安全拆除，且各測(cè)點(diǎn)測(cè)試值與模擬結(jié)果較為接近.吳懌華[5]基于既有上跨高鐵及繁忙干線立交橋的實(shí)際工程情況，通過優(yōu)化橋梁拆除施工工序減少了對(duì)封閉鐵路的影響，并保障了橋下既有運(yùn)營(yíng)線路的安全.王小花等人[6]研究了SPMT技術(shù)一次性切割拆除多片預(yù)應(yīng)力橋梁的拆除技術(shù)方案，并分析了SPMT 快速拆架橋的關(guān)鍵技術(shù).本文針對(duì)跨高速線路剛架拱橋拆除工程進(jìn)行研究，并通過仿真模擬跨線剛架拱橋的拆除及移運(yùn)過程，評(píng)估了拆除方案的可行性及安全性.

1 工程概況

某高速公路改擴(kuò)建工程全長(zhǎng)125.2 km，該改擴(kuò)建項(xiàng)目由原雙向四車道拓寬為雙向八車道，采取沿舊路兩側(cè)拼寬方式將路基寬度由28 m擴(kuò)建為42 m，設(shè)計(jì)時(shí)速120 km/h.擴(kuò)建方案中為保持舊路平縱斷面線性不變，需要對(duì)上跨舊路的天橋拆除重建.

本項(xiàng)目中擬拆除的T2號(hào)橋?yàn)閯偧芄皹?，橋長(zhǎng)52 m，橋面寬度為12 m，由四肋式混凝土剛架拱片組成,主梁高度0.73 m～1.03 m，如圖1(a).T2號(hào)橋用于連接該高速公路兩側(cè)的高邊坡，邊坡平均高度為7 m，舊橋與該高速公路正交，梁底凈空 9.34 m，如圖1(b).

圖1 擬拆除的某高速公路T2號(hào)橋

根據(jù)該橋梁結(jié)構(gòu)形式及施工環(huán)境特點(diǎn)，制定了該剛架拱橋的針對(duì)性拆除方案，主要流程如下：施工準(zhǔn)備→臨時(shí)場(chǎng)地平整→擴(kuò)大基礎(chǔ)施工→搭設(shè)臨時(shí)支撐和保護(hù)支撐→梁體預(yù)切→封閉交通→托運(yùn)系統(tǒng)就位頂升→梁體移運(yùn)→恢復(fù)護(hù)欄→開放交通→移運(yùn)梁體破損鑿除→邊跨及下部結(jié)構(gòu)切割鑿除→施工驗(yàn)收.

1.1 拱腿臨時(shí)加固

為提高弦桿及斜撐切割拆除后剛架拱橋的整體穩(wěn)定性，采用鋼管支架對(duì)拱腿進(jìn)行臨時(shí)加固，如圖2(a).在拱腿上增設(shè)鋼管橫桿，緊貼拱肋設(shè)置平行豎桿.鋼管支架同時(shí)作為拱腿切割作業(yè)平臺(tái).

圖2 T2號(hào)橋快速拆除流程

1.2 邊跨切割吊裝拆除

根據(jù)設(shè)計(jì)切割線將單側(cè)邊跨切割成6塊，采用80 t汽車吊吊裝拆除，如圖2(b).切割過程應(yīng)保持結(jié)構(gòu)對(duì)稱拆除，切割時(shí)先縱向預(yù)切，然后橫向切割.

1.3 弦桿切割吊裝拆除

在弦桿兩側(cè)設(shè)置10 cm的吊裝孔，采用80 t汽車吊吊裝并利用鋼絲繩預(yù)提梁段.梁段切割后利用汽車吊將梁段吊裝至橋頭，利用挖機(jī)破碎鑿除.弦桿切割吊裝拆除后，剛架拱橋轉(zhuǎn)換為肋拱，如圖2(c).

1.4 拱腿快速切割

在拱腿上測(cè)量劃線、固定切割設(shè)備后封閉交通，按105%梁重荷載采用SPMT模塊車預(yù)頂剩余剛架拱橋結(jié)構(gòu)，如圖2(d).采用鏈?zhǔn)角懈顧C(jī)沿設(shè)計(jì)切割線切割拱腿，切割時(shí)間控制在1 h以內(nèi).切割過程中對(duì)梁體及馱運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以保障結(jié)構(gòu)安全.

1.5 梁段同步頂升后移運(yùn)

荷載調(diào)整均勻后對(duì)梁體進(jìn)行預(yù)頂升，頂升油壓按105%載荷進(jìn)行控制，采取分級(jí)頂升的方式分別為20%、40%、60%、80%、100%、105%載荷.箱梁切割后進(jìn)行正式頂升.為保證上部梁體能夠橫向移出，暫定梁體整體向上頂升20 cm.采取的分級(jí)頂升方式分別為1 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm，頂升速度控制在20～50 mm/min之間.

2 拆除過程仿真分析

2.1 有限元模型建立

根據(jù)擬拆除剛架拱橋的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸，建立空間桿系有限元模型[7]，如圖3.有限元模型中，混凝土材料等級(jí)為C30，彈性模量為3.3×104MPa，剪切模量為1.41×104MPa，泊松比為0.167，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為28.0 MPa，軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2.6 MPa，容重為26 kN/m3.普通鋼筋等級(jí)為HRB335，其彈性模量為2×106MPa，容重為78.5 kN/m3，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為340 MPa.

圖3 剛架拱橋桿系有限元模型

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、快速移除工藝、交通組織等綜合因素，舊橋拆除考慮以下計(jì)算工況，見表1.

表1 拆除過程分析工況

2.2 拆除方案效果分析

在考慮橋梁結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝層、防撞欄桿等一期、二期恒載后，原橋結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況如圖4.由有限元計(jì)算結(jié)果可知，中跨近斜撐根部存在最大彎矩及剪力.

圖4 恒載作用下原橋結(jié)構(gòu)(工況一)內(nèi)力分布情況

因此，以斜撐與中跨連接區(qū)域?yàn)閷?duì)象選取關(guān)鍵截面，如圖5.考慮到結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，分別對(duì)邊跨切割后(工況二)、斜撐切割后(工況三)的關(guān)鍵截面1、2內(nèi)力分布情況進(jìn)行對(duì)比分析，如圖6.

圖5 關(guān)鍵分析截面

圖6 關(guān)鍵截面內(nèi)力對(duì)比分析結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，切割后各橫斷面關(guān)鍵截面的彎矩、剪力計(jì)算值均明顯小于理論抗力值.在斜撐切割后橫斷面B-B存在明顯負(fù)彎矩且該斷面斜撐切割后出現(xiàn)了剪力增加的情況，因此在施工過程中應(yīng)防止該橫斷面處出現(xiàn)頂板混凝土開裂及懸臂端斷裂的現(xiàn)象.

3 SMPT頂升快速移運(yùn)過程仿真分析

3.1 有限元模型建立

在拱腿切割后，拱肋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為帶懸臂端的簡(jiǎn)支梁，如圖2(d).因此，在拱腿切割前，應(yīng)保證SPMT的馱運(yùn)支撐系統(tǒng)按梁重設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行頂升，確保拱腿切割后梁體的承載能力及馱運(yùn)系統(tǒng)的承載能力.為保障剩余拱肋結(jié)構(gòu)在頂升移運(yùn)過程的安全，根據(jù)剩余結(jié)構(gòu)尺寸建立拱肋結(jié)構(gòu)的實(shí)體有限元模型，分析不同支承情況下被移運(yùn)拱肋的安全性，如圖7.

圖7 SMPT頂升快速移運(yùn)分析

3.2 頂升移運(yùn)效果分析

考慮到結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，對(duì)以下四種支承狀況進(jìn)行分析：①GK1：外側(cè)支點(diǎn)全部脫空(1#，2#)；②GK2：外側(cè)支點(diǎn)之一脫空(1#)；③GK3：內(nèi)側(cè)支點(diǎn)全部脫空(3#，4#)；④GK4：內(nèi)側(cè)支點(diǎn)之一脫空(3#).在這四種支承情況下，剩余拱肋結(jié)構(gòu)的變形分布情況，如圖8.由計(jì)算結(jié)果可知，在外側(cè)支點(diǎn)全部脫空狀況的下端部橋面板最大變形約為5 cm.該狀態(tài)下結(jié)構(gòu)處于相對(duì)危險(xiǎn)狀態(tài)，拆除施工過程中應(yīng)盡量避免該種情形的出現(xiàn).而GK2～GK4狀況下，橋面板最大變形情況相對(duì)較小，分別約為4.9 mm、8.7 mm、4 mm，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè).

圖8 SMPT不同支承狀態(tài)下應(yīng)力分布情況(單位：m)

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)跨高速公路剛架拱橋拆除工程實(shí)際施工要求，對(duì)其快速拆除方案進(jìn)行研究.通過建立有限元模型分析了剛架拱橋切割拆除過程的受力狀態(tài)，評(píng)估了SMPT快速頂升移運(yùn)方案的可行性.主要研究結(jié)論如下：

1) 切割后各橫斷面關(guān)鍵截面的彎矩、剪力計(jì)算值均明顯小于理論抗力值，但在施工過程中應(yīng)防止B-B橫斷面位置處出現(xiàn)頂板混凝土開裂及懸臂端斷裂現(xiàn)象.

2) 在部分支點(diǎn)脫空、內(nèi)側(cè)支點(diǎn)全部脫空情況下，橋面板最大變形情況相對(duì)較小，但在外側(cè)支點(diǎn)全部脫空的狀況下橋面板變形較大，拆除施工過程中應(yīng)盡量避免該種情形的出現(xiàn).

3) 采用切割拆除并利用SMPT頂升后移運(yùn)的方案總體可行，但在拆除施工過程中仍要加強(qiáng)全程監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)支點(diǎn)脫空、局部應(yīng)力超限現(xiàn)象出現(xiàn).