邱加樣

(福建省寧化縣住建局建設(shè)工程質(zhì)量安全服務(wù)中心,福建 三明 365400)

由于斜拉索采用鋼材存在防腐、疲勞、振動等方面的問題以及剛度相對偏小的缺點(diǎn),國外很多專家學(xué)者在20世紀(jì)70年代開始探索能克服斜拉橋這些缺點(diǎn)的類斜拉橋橋型,斜拉桁架體系橋梁就應(yīng)運(yùn)而生。目前斜拉桁架橋的施工建造和控制技術(shù)的研究較為成熟,但是斜拉桁架橋的拆除施工鮮有報(bào)道[1-2]。本文以某大跨徑斜拉桁架橋拆除為研究背景,制定了針對性的方案比選并最終確定最優(yōu)化施工方案,分析了結(jié)構(gòu)的力學(xué)效應(yīng)[3-8],其研究可供同類工程項(xiàng)目參考借鑒。

1 工程背景

待拆除橋梁結(jié)構(gòu)形式為大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土桁架拱,外部為靜定體系,下部結(jié)構(gòu)橋墩為分離式獨(dú)柱墩,高樁承臺基礎(chǔ)。橋梁凈寬度為12.5 m+2×1.5 m人行道+2×1 m桁架寬,全寬18 m,上部結(jié)構(gòu)采用單懸臂桁架梁+掛孔,即44.6 m+105 m+44.6 m,掛孔標(biāo)準(zhǔn)跨徑為16 m(見圖1)。設(shè)計(jì)荷載,汽車-20,驗(yàn)算荷載,掛車-100,人群荷載3.5 kN/m2。墩頂為固定2 000 t盆式支座,橋臺為鋼拉力支座。

經(jīng)過30多年的使用,大橋結(jié)構(gòu)承載力和抗力存在一定的損傷,對結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行準(zhǔn)確的評估難度高,技術(shù)資料不全,現(xiàn)場交通復(fù)雜,涉及到新橋建設(shè)和老橋施工的配合,這就要求施工現(xiàn)場必須在最短時(shí)間內(nèi)完成拆除施工,不得影響新橋施工工期,同時(shí)桁架拱拆除期間預(yù)應(yīng)力鋼束被切斷,結(jié)構(gòu)體系發(fā)生變化,施工期間必須采用臨時(shí)支撐等措施保證橋梁結(jié)構(gòu)安全。所以,本工程的主要特點(diǎn)是工期緊、任務(wù)重、施工組織要求高、結(jié)構(gòu)安全控制風(fēng)險(xiǎn)大。

2 拆除方案比選

本次大橋拆除的特點(diǎn):

1)本次拆除范圍車流密集,施工交通組織難度大。2)橋梁下部航道條件有限(通航水位低),大型吊裝設(shè)備和船舶設(shè)備作業(yè)有一定的限制。3)橋梁上跨河道,橋梁拆除塊件不能對沙河航道造成環(huán)境影響,因而不能采用爆破等方式拆除。4)橋梁結(jié)構(gòu)為大跨徑預(yù)應(yīng)力桁架,經(jīng)過30多年的使用,承載能力評估存在較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和難度,拆除桁架結(jié)構(gòu)受力體系轉(zhuǎn)換復(fù)雜,因而施工風(fēng)險(xiǎn)大。大型起重吊裝設(shè)備在橋面作業(yè)施工安全風(fēng)險(xiǎn)高,需要在橋下設(shè)置臨時(shí)支撐進(jìn)行受力托換。5)必須在最短的時(shí)間內(nèi)完成橋梁拆除施工,不得影響橋梁新建建設(shè)工期。主要方案比選見表1。

3 斜拉桁架橋拆除受力分析

1)斜拉桁架橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn):主梁受力都以受壓為主,兼受一定彎矩的作用。斜拉桁架橋上弦桿的預(yù)應(yīng)力同樣也對主梁提供了一個(gè)較大的水平壓力,通過加強(qiáng)主梁受壓以減小彎矩產(chǎn)生的受拉效應(yīng),充分發(fā)揮了混凝土材料的受壓強(qiáng)、受彎差的材料性能。

2)由于斜拉桁架在節(jié)點(diǎn)處多根桿件相交,在節(jié)點(diǎn)處形成剛域效應(yīng)明顯。

3)斜拉式桁架橋一般采用懸臂拼裝法施工,施工影響參數(shù)多,如結(jié)構(gòu)的剛度、梁段的重量、施工荷載、混凝土的收縮徐變和溫度等。

在結(jié)構(gòu)的拆除施工過程中要充分識別參數(shù)并提出控制指標(biāo),保證斜拉桁架橋拆除施工安全。

建模時(shí)劃分為三個(gè)總體施工階段:成橋階段,使用10 a,拆除體系轉(zhuǎn)換后結(jié)構(gòu)。

表1 主要方案比選

4 拆除工藝和安全分析

4.1 方案描述

拆除方案:拆除的前提均按照原橋施工逆向順序拆除。主要工藝流程見圖2。

4.2 主要施工工藝流程及方法

1)棧橋設(shè)計(jì)和施工準(zhǔn)備(棧橋中心和老橋中心線間距初步設(shè)計(jì)為18 m)。

2)交通改道,拆除限高門架。

3)鑿除橋面鋪裝,全橋恒載進(jìn)行卸載,切割護(hù)欄、拆除人行道板。

4)搭設(shè)兩個(gè)邊跨臨時(shí)支撐。

5)拆除掛孔位置伸縮縫,切割箱梁接縫,采用汽車吊吊裝小箱梁。

6)拆除橋面板。

7)橋梁解除后變?yōu)閮蓚€(gè)半懸臂結(jié)構(gòu),采用逆作法拆除橋梁弦桿和對應(yīng)的下弦桿。拆除到墩頂位置要設(shè)置鋼支撐臨時(shí)穩(wěn)定兩榀桁架,防止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。按照上述方案拆除懸臂部分(技術(shù)人員在橋頭上設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)監(jiān)測橋面的撓度變化)。

8)邊跨拆除。

靜力切割法拆除1號—3號橋墩蓋梁和橋墩。

主要拆除過程模型圖如圖3所示。

4.3 拆除橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)行為分析

在對全橋建模的分析中,主要分析點(diǎn)側(cè)重于對全橋結(jié)構(gòu)特性的分析,因此在全橋模型中所有單元均采用梁單元建模;考慮到有限元桿系軟件橫向計(jì)算的局限性,因此本論文的有限元分析全部采用有限元設(shè)計(jì)分析軟件Midas/Civil進(jìn)行,考慮橋梁運(yùn)營過程發(fā)生剛度損傷,縱向預(yù)應(yīng)力折減10%,剪切剛度折減30%,彎曲剛度折減10%,徐變已發(fā)生。原橋抗彎彎矩組合驗(yàn)算見圖4,跨中打斷后截面彎矩變化見圖5。

由計(jì)算結(jié)果可知:施加預(yù)應(yīng)力后橫梁的負(fù)彎矩明顯減小;最不利位移計(jì)算:跨中掛孔拆除后懸臂最大位移計(jì)算為2.29 cm

5 主要施工方案

5.1 邊跨支架

根據(jù)受力安全可靠、確保交通暢通、搭拆方便快捷等特點(diǎn),部分橋跨采用滿堂支架支撐,部分采用擴(kuò)大基礎(chǔ)臨時(shí)支撐方案,根據(jù)橋梁拆除順序和交通轉(zhuǎn)換的情況搭設(shè)不同部位的支撐。

1)邊跨桁架拆除后下弦桿和橫梁的主要自重由底部鋼管樁承擔(dān)。鋼管樁排架墩,采用φ600×10 mm鋼管,樁間連接系由角鋼組成,墩頂分配梁由32a工字鋼組成。2)鋼管樁打設(shè)前提前拆除橋面板,由于下弦桿和橫梁位置的限制,其底部無法設(shè)置支撐點(diǎn),需要在鋼管樁頂部設(shè)置32a工字鋼分配梁,再用方木或鋼板找平。3)靠近橋臺位置可采用挖機(jī)先平整地面,然后澆筑C20混凝土找平地面,底部作為擴(kuò)大基礎(chǔ),在其上部設(shè)置鋼支撐。4)水中支撐設(shè)計(jì)深度為40 m,岸側(cè)支撐設(shè)置在混凝土硬化層上方。

5.2 主航道桁架逆作法拆除

施工要點(diǎn):1)拆除時(shí)按照跨中向端部拆除。2)每拆除一片上弦桿拆除對應(yīng)的橫梁和下弦桿與斜撐,截面采用鏈鋸切割,50 t汽車吊預(yù)吊。3)切割掉桁架部分的任意一根構(gòu)件認(rèn)為該構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)失效,不計(jì)入對主桁架的力學(xué)效應(yīng)。4)切割時(shí)要避開預(yù)應(yīng)力錨頭位置,切割前要進(jìn)行切割線放線。5)箱梁切割面形成倒八字形狀,防止卡鏈。6)橫梁長度為13.5 m,需要分割為2節(jié)進(jìn)行吊裝,跨中處未設(shè)置支點(diǎn),需要采用汽車吊預(yù)提。

6 結(jié)論

1)制定了針對性的方案比選并最終確定最優(yōu)化施工方案,充分考慮橋梁拆除重建施工和拆除施工的關(guān)系。

2)所有桿件應(yīng)力均以軸力產(chǎn)生應(yīng)力為主,彎矩產(chǎn)生應(yīng)力相對很小,表明斜拉桁架橋桿件具有明顯的二力桿的受力特性,橫梁處于受壓狀態(tài),壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

3)采用不對稱施工方案拆除原斜拉桁架橋結(jié)構(gòu),考慮了邊跨的體系轉(zhuǎn)換效應(yīng),設(shè)置了邊跨的臨時(shí)鋼支撐體系,保證了結(jié)構(gòu)拆除的安全。

4)拆除施工方案充分考慮利用原橋拆除新橋棧橋施工平臺,可保證施工工藝組織的最優(yōu)化。