秦東上聯線轉體斜拉橋拆除中內力控制

賈建國

斜拉橋是由梁，塔，斜拉索三種基本構件組成的纜索承重結構體系，受力特性為柔性。斜拉橋的梁、塔在外荷載作用下，處于壓彎狀態，隨著荷載增加到一定數值時，其可能產生平面內的壓、彎失穩或平面外的彎、扭失穩［1］。對于斜拉橋橋梁拆除過程的受力分析，近似于斜拉橋施工仿真計算中的倒退分析。倒退分析是以成橋狀態t=t0時刻的內力狀態為參考狀態，以設計的成橋線形為參考構形，對結構進行虛擬倒拆并逐階段進行分析，計算每次卸除一個施工階段對剩余結構的影響的計算方法［2］。而對于橋梁拆除來說，同樣可以適用于該方法從成橋狀態開始進行對內力狀態進行計算分析，對橋梁結構進行虛擬拆除，對每個拆除階段進行受力分析，保證橋梁結構在拆除過程中的結構安全，施工安全。

本文以秦東上聯線轉體斜拉橋拆除方案為例，對斜拉橋在拆除過程中的各階段內力進行分析。

1 工程概況及有限元模型建立

1.1 工程概況

該橋為預應力混凝土獨塔兩跨斜拉橋。主跨布置為(50+40)m，橋全長90 m，采用單塔雙索面預應力斜拉索結構，索拉呈倒H形塔，塔高24.4 m。兩塔柱之間凈距為7 m，橋塔兩側各設4根斜拉桿。梁為雙肋板等高度預應力混凝土結構，梁高1.8 m，橋面寬7.5 m，鋪有電氣鐵路，鐵路線兩側各有1.5 m寬的風壓帶及人行道。

1.2 結構特點

秦東上聯線轉體斜拉橋為多次超靜定結構，如圖1所示。其施工工藝采用梁、塔、索在既有線一側灌注，轉體就位的方法。該橋的結構形式獨特新穎，屬于組合式的橋梁結構，受力復雜。為了保證結構的穩定性與安全性，其主橋墩墩底球鉸處在轉體施工完畢后填充鋼筋混凝土，變成了固定支座［3］，所以不可能再采用逆施工工藝法進行拆除。預應力鋼束在拆除過程中的預應力釋放問題及橋梁在拆除過程中的穩定性問題等給拆除工作帶來了重大的困難，存在著巨大的安全隱患，為了保證該橋安全順利地拆除，必須制定詳細而具體的拆除方案，而這種方案又必須是建立在嚴密的理論分析和豐富的工程經驗的基礎上。

1.3 有限元離散模型

在該橋的結構計算分析中，單元模型主要采用了MIDAS Civil軟件中的一般梁單元。該橋主梁及橋塔采用梁單元模擬，塔梁以及塔墩處采用剛性節點固結。主橋橋墩采用固結，約束6個方向的自由度。邊墩采用簡支，約束z方向的自由度。依照原設計構件截面尺寸并結合實際觀測的截面尺寸，建立主橋提升跨整體結構的空間模型，節點總數999個，單元總數999個，梁單元999個。如圖2所示。

2 橋梁拆除方案及控制截面內力分析

2.1 拆除要求

1)施工工期盡量控制在40 d。2)津秦正線已成型路基及附屬工程在斜拉橋拆除過程中需加以保護。3)既有津山線路基及津山K413+769涵洞在斜拉橋拆除過程中需加以保護。4)既有津山線接觸網在施工過程中考慮拆除，施工中需考慮對270號，272號接觸網立桿加以保護。5)橋梁南側附近的大棚在拆除過程中考慮予以保護。

2.2 橋梁拆除思路

該橋的拆除整體思路為:在橋梁的縱橋向先拆除主跨，再拆除副跨;50 m主跨采用分段分塊機械破碎的拆除方案，40 m跨梁體與主塔采用順橋向傾倒，落地后采用機械破碎拆除。因此，在這僅對50 m主跨的拆除過程進行受力計算分析，具體思路見表1和圖3，圖4。

表1 50 m主跨拆除

2.3 主梁控制截面及控制截面承載力計算

對于主梁拆除過程中內力計算采用對關鍵工況的控制截面進行內力分析的方法進行，控制截面見圖5。

結合本工程具體情況，由于該橋在拆除過程中，預應力已經截斷且該梁預應力鋼束為有粘結的，故在計算中把受拉區預應力鋼束看成普通鋼筋進行計算，受壓區預應力鋼束不予考慮，不考慮預應力鋼筋所施加的預應力。在計算主梁控制截面抗彎承載能力時，由于拆除過程50 m主梁是上部受拉下部受壓，可將其簡化成T形截面進行截面抗彎承載力計算［4］。

主梁主要控制界面及界面示意圖如圖6所示。計算結果如表2所示。

表2 控制截面抗彎承載能力計算結果

2.4 橋梁拆除中的內力計算

在對橋梁拆除過程中內力計算時，有針對性地選擇對詳細拆除中的幾個主要控制工況進行詳細計算分析。

1)50 m跨北側開始拆除，從長斜拉桿錨固處到支座共懸臂14 m?？刂平缑鏋?0 m跨長斜拉桿錨固處界面，即c—c截面。計算結果見圖7。

2)50 m跨1號段拆除完畢后，拆除西側長斜拉桿?？刂平缑鏋?0 m跨短斜拉桿錨固處界面，即b—b截面。計算結果見圖8。

3)50 m跨2號段8 m區段A，B部分拆除完畢后，拆除東側長斜拉桿?？刂平缑鏋?0 m跨短斜拉桿錨固處界面，即b—b截面。計算結果見圖9。

4)50 m跨2號段拆除完畢，拆除西側短斜拉桿。控制界面為50 m跨梁塔固結處界面，即c—c截面。計算結果見圖10。

5)50 m跨32號段8 m區段A，B部分拆除完畢后，拆除東側短斜拉桿?？刂平缑鏋?0 m跨梁塔固結處界面，即c—c截面。計算結果見圖11。

2.5 計算結果分析

對該橋進行建模，模擬各關鍵工況，對各工況在自重作用下進行靜力計算，得到的結果見圖12。圖12中給出了各關鍵工況下控制截面的抗彎承載能力及各關鍵工況下該截面的實際計算值。

3 結語

對于秦東上聯線轉體斜拉橋拆除中的內力控制，主要對內力狀態進行分析，對橋梁結構進行虛擬拆除，對每個拆除階段進行受力分析，保證橋梁結構在拆除過程中的安全。經各關鍵工況的計算對比分析，可知橋梁在各個拆除過程中各控制截面的實際彎矩值在5 000 kN·m～25 000 kN·m范圍內變化，均小于截面的抗彎承載能力。因此，經過計算，該方案的實施過程是安全的。

［1］彭大文，李國芬，黃小廣.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2007:449-450.

［2］項海帆.高等橋梁結構理論［M］.北京:人民交通出版社，2001:289-293.

［3］王武勤.大里營鐵路剛性索斜拉橋的轉體施工［J］.橋梁建設，1998(2):29-32.

［4］葉見曙.結構設計原理［M］.北京:人民交通出版社，1997:41-75.