拱橋拆除及施工監(jiān)控技術(shù)范文

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1拆除方案

由于該橋?yàn)橄禇U拱橋體系，結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，跨度長(zhǎng)、自重大，使得該橋只能在搭設(shè)支架的情況下采取分段切割配合浮吊吊運(yùn)拆除的方法。為符合通航要求，支架間距設(shè)定為40m。當(dāng)?shù)鯒U切斷后拱圖1橋梁立面管理施工171肋與系桿間的聯(lián)系瞬間消失，會(huì)引起橋梁結(jié)構(gòu)的劇烈震動(dòng)，不利于保證施工安全。因此吊桿被切斷時(shí)，在橋跨跨中部位設(shè)置一臺(tái)浮吊頂緊系桿，減小由于瞬間釋放的吊桿力引起的結(jié)構(gòu)震動(dòng)。在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后浮吊迅速駛離，保證航道暢通。圖2為航道內(nèi)設(shè)置的臨時(shí)支架和跨中浮吊。橋梁結(jié)構(gòu)拆除的一般原則為先拆除次要構(gòu)件后拆除主要構(gòu)件，主體結(jié)構(gòu)拆除前恒載應(yīng)最小。結(jié)合以上原則，該橋拆除施工步驟確定為：拆除橋面板及中橫梁，切斷吊桿，鑿除風(fēng)撐，鑿斷并吊除拱肋，鑿斷并吊除系桿中段，最后將兩側(cè)系桿及端橫梁吊除。橋梁拆除施工順序如圖3所示。

2拆除方案仿真分析

在橋梁拆除過(guò)程中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)和邊界條件隨施工工況的改變而改變，為保證拆除施工的安全性，應(yīng)對(duì)拆除過(guò)程進(jìn)行仿真分析，以確定關(guān)鍵控制工序的安全性。根據(jù)分析結(jié)果，影響拆除安全的關(guān)鍵工況為風(fēng)撐拆除及吊桿切斷后的拱肋穩(wěn)定性、系桿承載能力，系桿拱肋分段吊除過(guò)程中構(gòu)件的承載能力。

2.1拱肋穩(wěn)定分析在該橋的拆除過(guò)程中，中橫梁和風(fēng)撐的拆除降低了構(gòu)件橫向抗彎剛度和扭轉(zhuǎn)剛度，而且在吊桿切斷后，系桿和拱肋的整體性減弱，所以應(yīng)對(duì)該工況之后的拱肋穩(wěn)定性進(jìn)行分析。在恒載和風(fēng)載作用下，拱肋的第一階失穩(wěn)模態(tài)均表現(xiàn)為拱肋面外對(duì)稱(chēng)側(cè)傾失穩(wěn)，最小穩(wěn)定安全系數(shù)9.582。拱肋的穩(wěn)定安全系數(shù)大于4~5，其穩(wěn)定性滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。圖4給出拱肋裸拱的一階屈曲模態(tài)，表明裸拱的一階屈曲形式為面外失穩(wěn)。

2.2系桿承載力分析當(dāng)?shù)鯒U切斷后，橋梁系桿所承受的吊桿力消失，系桿的自重通過(guò)臨時(shí)支撐及端支點(diǎn)傳遞到地面。由于臨時(shí)支撐由鋼管樁和貝雷梁組成，整體支撐剛度小，在支撐處可能發(fā)生較大沉降。系桿變形及彎矩分布如圖5所示。在不考慮支撐沉降的情況下，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下，跨中最大撓度為44mm，遠(yuǎn)小于規(guī)范的限值要求，系桿結(jié)構(gòu)效應(yīng)都小于結(jié)構(gòu)抗力。考慮支撐沉降效應(yīng)，當(dāng)沉降量將達(dá)到15cm時(shí)，系桿跨中變形增大，系桿彎矩接近系桿承載能力不能繼續(xù)承載。因而在拆除施工過(guò)程中應(yīng)著重加強(qiáng)臨時(shí)支撐的承載能力，并采取必要措施減小支撐沉降。此外還應(yīng)加強(qiáng)臨時(shí)支撐的剛度和對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)預(yù)警，防止臨時(shí)支撐發(fā)生過(guò)大變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)突發(fā)破壞。

2.3系桿、拱肋吊裝驗(yàn)算切斷的系桿和拱肋均采用一臺(tái)浮吊吊除，設(shè)置兩個(gè)吊點(diǎn)，應(yīng)對(duì)起吊時(shí)兩個(gè)吊點(diǎn)作用下構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗(yàn)算，以確保起吊過(guò)程中拱肋構(gòu)件不致斷裂。對(duì)拱肋和系桿的吊裝驗(yàn)算表明，在吊點(diǎn)位置選擇合適的情況下，吊裝時(shí)拱肋構(gòu)件內(nèi)力以及吊裝鋼絲繩承受的拉力小于構(gòu)件本身抗力以及吊裝鋼絲繩的破斷拉力，滿(mǎn)足吊裝要求。

3拆除施工監(jiān)控

舊橋拆除過(guò)程中結(jié)構(gòu)體系及內(nèi)力傳遞路徑不斷發(fā)生變化，而且舊橋服役多年，其結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失等因素均不能在拆除施工前很確切地掌握，使得在拆除過(guò)程中不可預(yù)見(jiàn)因素增多，因而在拆除施工過(guò)程中應(yīng)引入施工監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布及各構(gòu)件的邊界狀態(tài)，以確保拆除過(guò)程安全順利進(jìn)行。在拆除施工時(shí)，一旦橋梁進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)，監(jiān)控預(yù)警指標(biāo)出現(xiàn)報(bào)警信息，通過(guò)分析采集的預(yù)警指標(biāo)信息指導(dǎo)下一步拆除施工的實(shí)施。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、跨徑大、不確定因素較多的橋梁結(jié)構(gòu)在拆除施工中進(jìn)行必要的施工監(jiān)控顯得非常重要。

3.1監(jiān)控方案施工監(jiān)控應(yīng)在仿真分析的基礎(chǔ)上，對(duì)每一個(gè)施工階段的構(gòu)件應(yīng)力和變形情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和對(duì)比分析，并設(shè)定橋梁進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)的控制閥值。根據(jù)該橋的結(jié)構(gòu)形式和拆除方案，吊桿拆除后拱肋和系桿受力形式發(fā)生變化，系桿的狀態(tài)控制是保證整個(gè)施工安全的關(guān)鍵。根據(jù)實(shí)際情況主要施工監(jiān)控工況為拆除部分橋面板及中橫梁、吊桿切斷、鑿除風(fēng)撐、鑿斷并吊除拱肋4個(gè)階段。經(jīng)驗(yàn)算知在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下，吊桿拆除后臨時(shí)墩沉降為15cm時(shí)，系桿跨中截面累計(jì)變形為26cm，此時(shí)跨中所受彎矩已經(jīng)達(dá)到系桿抗彎承載能力的96%，因此設(shè)定預(yù)警控制閥值為：（1）臨時(shí)墩累計(jì)沉降量達(dá)到15cm；（2）系桿跨中截面累計(jì)下?lián)现颠_(dá)到26cm；（3）監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)力增量異常或超過(guò)理論增量。圖6給出了監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)布置位置，主要有系桿中部、臨時(shí)支撐處及其對(duì)應(yīng)的拱肋部位。在控制點(diǎn)處粘貼棱鏡及應(yīng)變傳感器以監(jiān)測(cè)該部位的變形和應(yīng)力變化。系桿中部應(yīng)變傳感器粘貼在系桿底面，支撐部位傳感器粘貼在系桿頂面。

3.2監(jiān)控結(jié)果分析

3.2.1應(yīng)力分析舊橋拆除施工前，對(duì)不同施工階段的應(yīng)力進(jìn)行了分析計(jì)算。在施工過(guò)程中，通過(guò)與不同階段采集的實(shí)際應(yīng)力數(shù)據(jù)比對(duì)，掌據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布規(guī)律和各構(gòu)件的應(yīng)力情況。圖7給出了各施工階段特征截面測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值曲線。分析可知，在各施工階段理論值的絕對(duì)值均大于實(shí)測(cè)值。結(jié)果表明，有限元計(jì)算獲得的理論解偏于安全。

3.2.2變形分析從橋面拆除施工至系桿拆除，各測(cè)點(diǎn)變形量與理論變形值吻合較好，未出現(xiàn)較大異常變形。各工序完成后，監(jiān)控點(diǎn)的變形情況如表1所示。由于夜間通航要求限制，吊桿切割、拱肋拆除后，需間隔一天再進(jìn)行下一道施工工序，考慮在間歇期間臨時(shí)支座可能發(fā)生沉降，故對(duì)間歇期間各特征測(cè)點(diǎn)的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)表1數(shù)據(jù)分析可知，系桿的跨中截面累計(jì)最大實(shí)測(cè)變形值為17.1cm，小于預(yù)警值26cm。4個(gè)臨時(shí)墩的最大沉降值為8.2cm，遠(yuǎn)小于預(yù)警值15cm，因而在主橋拆除施工中，系桿及拱肋結(jié)構(gòu)均處于安全范圍內(nèi)。吊桿切割、拱肋拆除后，間歇期間臨時(shí)支撐發(fā)生一定沉降，造成系桿撓度增大，可見(jiàn)在對(duì)主要構(gòu)件拆除施工后應(yīng)盡量減小間歇時(shí)間。此外，分析可知橋梁各拆除施工階段對(duì)拱肋的變形影響不大，拱肋總體變形量較小，利于保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

4結(jié)語(yǔ)

該橋航道船舶流量大，通航要求高，通過(guò)制定合理的施工方案，采取施工監(jiān)控等有效措施，保證了通航要求。橋梁拆除過(guò)程中僅暫時(shí)性斷航3次，每次不超過(guò)4h，最大限度減少了施工對(duì)航道的影響。航道橋梁往往具有跨度大、橋型復(fù)雜等特點(diǎn)，橋梁拆除過(guò)程中構(gòu)件的受力形式不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變，施工方案確定過(guò)程中，應(yīng)對(duì)關(guān)鍵拆除工況進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)算，以保證橋梁拆除各階段的承載能力和穩(wěn)定性。舊橋經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，拆除時(shí)不可預(yù)見(jiàn)因素較多，對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜橋梁拆除采取必要的監(jiān)控措施，準(zhǔn)確把握橋梁的受力狀態(tài)是很有必要的。

作者：張守軍  單位：江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司