有限元數值分析方法在橋梁拆除的應用范文

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摘要:舊路改造中涉及既有舊橋的拆除及其擴建，舊橋改擴建的施工方法的合理性直接關系到既有結構拆除過程中的安全性及擴建的經濟性。基于不中斷道路通車的前提，通過簡化的結構計算，對公路舊橋拆除過程中下部結構的蓋梁切割及合理拆除順序進行探討，找到滿足結構安全要求并提高工作效率的拆除方法，從而保證舊橋拆除過程中的安全并最大程度地節省施工費用。

關鍵詞:橋梁拆除;合理拆除順序;結構計算

0引言

伴隨著國家經濟與社會的發展，我國的交通基礎建設也得到了迅猛的發展［1，2］。因建設初期交通和經濟水平的局限，早年建設完成并處于服役狀態的多數橋梁在安全性、適用性及耐久性存在不足，其中部分橋梁已不能滿足現今所處地域的交通需求及運營過程中的安全性。例如，江蘇省江都市勝利橋、山東省濟寧市白馬河橋及浙江省溫州市方隆橋等，都在橋梁拆除過程中出現坍塌的安全事故［3，4］。鑒于此，需要對一些不能滿足當下經濟發展需要并且在安全性上得不到相應保證的危舊橋進行拆除、改造或者加固［5，6］。基于此本文將在概略介紹舊橋拆除施工技術控制方法的基礎上，基于有限元計算理論，從結構拆除過程中對臨時結構的受力狀態進行分析的基礎上，對舊橋結構在拆除和改擴建過程中結構的受力進行研究，從而探索出結構拆除、改建和擴建的合理程序，以期保證結構的拆除、改建和擴建的過程安全并在最大程度上節省造價。

1常規橋梁拆除方法

1.1橋梁上部結構的切割與吊裝運輸流程簡述首先用一次切割的方法切割橋梁護欄及混凝土防撞護欄等附屬設施，拆除護欄及欄桿時應保證板梁不被破壞且不開裂，且不能影響梁板吊除時的安全。護欄切割后采用重型汽車吊吊裝運輸，隨后使用人工拆除橋上其他附屬設施。附屬結構拆完后進行主梁的切割，從原橋梁板濕接縫處進行切割。采用碟式切割機從橋臺處開始向另一橋臺方向退著切割施工，每切割一跨吊運一跨，一跨吊運完成后再進行下一跨切割，按此順序依次拆除吊裝主梁。

1.2橋梁下部結構的切割與吊裝運輸基本方法蓋梁拆除前先將蓋梁按照三段進行切割線標記，呈倒八字切割，取出蓋梁中間部分，減少整體吊裝重量，且切割時需采用2臺120t吊機預吊，吊機處于懸吊狀態，防止切斷后失穩掉落;混凝土切斷后，由吊車將砼塊吊至運輸車上通過施工便道運出施工現場，到指定場地進行破碎。

2確定合理舊橋拆除方案的必要性及其方法

2.1確定舊橋拆除施工程序的必要性及其基本方法概述舊橋改擴建過程中，主梁的吊裝拆除順序及下部結構的切割方案是施工方案的核心部分，上述2個工序實施過程中的安全性與合理性直接關系到既有結構拆除與擴建過程中能否做到安全施工并節省工程造價的目的［7－9］。主梁的吊裝過程中要考慮到，道路要在施工過程中考慮通行且方便后續新上部結構施工;而下部結構的蓋梁拆除過程中，則先要對最佳切割位置進行合理選擇，然后再得到合理的切割拆除位置與順序。蓋梁切割前需對其進行各種切割工況下的靜力分析，通過對數值模擬計算得到的蓋梁在不同切割工況下的內力狀態進行分析，找到蓋梁最適合的切割位置。本文以筆者參與的某既有公路的改擴建項目為背景，運用有限元軟件對結構拆除過程中，各種假定拆除工況下臨時結構的受力狀態進行分析，對不同工況下結構的內力狀態進行比較，進而以此為依據來選擇最符合安全與經濟原則的主梁吊裝及蓋梁的最佳切割位置。

2.2確定舊橋拆除施工程序的理論依據引用有限元計算的基本思路，并引用有限元方法的基本公式。簡要闡述有限元計算分析在計算橋梁結構拆除施工過程中的臨時結構的優越性。2.3基于結構計算基本理論的主梁拆除與蓋梁切割施工方法本文將用有限元方法對蓋梁拆除前后的狀態進行模擬，首先對蓋梁拆除前在自重荷載作用下的受力狀態進行有限元方法下的數值分析;然后，對蓋梁跨中節點約束進行釋放，以此模擬在蓋梁跨中進行切割拆除的方法;最后，通過對橋墩處蓋梁單元節點約束進行釋放，來模擬從橋墩附近對蓋梁進行切割拆除的過程。基于此，通過對蓋梁梁體不同的位置進行梁端約束釋放的方式來模擬蓋梁的不同切割拆除方法，最終通過對不同切割拆除狀態下蓋梁的受力特點與拆除前的狀態進行比較分析，進而提出既能保證蓋梁切割拆除過程安全性，又能快速高效地完成蓋梁拆除的施工方案。

3舊橋拆除施工方法的工程實際運用

工程背景:六叱大橋位于柳南高速K1415+731.953(中心樁號)位置，本橋為拆除老橋梁板改造，老橋左幅橋長167.104m，右幅橋長146.904m，橋面寬26m。橋跨組合:左幅8×20m，右幅7×20m，柱式墩，樁基礎，樁柱臺、肋板臺、樁基礎，簡支結構。橋梁為柳南高速主線，現由于柳南高速改擴建工程已經開始施工，橋梁需兩幅加寬以滿足車輛通行。為了改擴建工程順利施工需拆除老橋梁板及蓋梁并進行更換，兩側橋面加寬以滿足兩端道路加寬要求。本文以該項目中的蓋梁拆除過程進行有限元模擬分析，計算中對不同的蓋梁切割過程進行分析，通過對計算結果的比較分析來找到最合理的蓋梁切割及拆除方法。

4結論

1)本文首先陳述了既有舊橋改擴建的現狀，基于找到滿足結構安全要求并最大程度節省施工費用的拆除工藝的目的，對公路舊橋拆除過程中主梁及下部結構的合理拆除順序進行探討，從而保證舊橋拆除過程中的安全。2)通過有限元對從不同位置對橋梁下部結構中的蓋梁進行切割的方案進行數值模擬計算，計算結果表明從靠近蓋梁下的墩柱位置附近進行切割，蓋梁尚未切割完成時，臨時結構的彎矩分布較從蓋梁跨中進行切割時的臨時結構更加均勻。因此，對蓋梁進行切割時，從蓋梁的墩柱附近進行切割能更好地保證切割過程的安全性，并且保證切割能高效完成，節省施工過程中的額外費用。3)本文從數值計算的角度對既有橋梁的上下部結構在切割拆除及拆移吊裝過程的結構受力分析出發，對多種拆除方法進行比較分析，同時結合既有橋梁改擴建的施工工藝，對已有的施工方法從理論上對其合理性進論證，并進行一定程度的創新，在一定程度上對今后既有危舊橋的加固及改擴建等具有理論指導意義。

作者：張曉東 單位：湖南交通國際經濟工程合作有限公司