跨線等截面箱梁橋頂推拆除計算

跨線等截面箱梁橋頂推拆除計算

肖一文朱慈祥吳威林磊

(武漢二航路橋特種工程有限責(zé)任公司武漢430000)

摘要以某高速公路橋梁頂推法拆除為工程背景，對等截面連續(xù)梁拆除頂推過程采用麥達(dá)斯軟件進(jìn)行建模分析，計算了箱梁起吊過程的受力情況，以及頂推過程中多種工況下箱梁及支架的受力情況，得出了該橋頂推拆除過程安全可靠的結(jié)論。

關(guān)鍵詞頂推等截面連續(xù)梁跨線拆除計算

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.021

收稿日期：2015-02-18

1工程概況

該橋是某高速公路上的一座大橋，跨徑組合為3聯(lián)12跨，每跨40m(其中第4跨下方為城市主要交通干線，交通量非常大，第3跨下方為空地)，橋梁全長495.43m，上部結(jié)構(gòu)為單箱單室等截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，梁高2.4m，頂板寬12m，底板寬5.8m，腹板為斜腹板，全橋由2幅組成。原橋設(shè)計荷載：汽車-超20級，掛車-120級。下部結(jié)構(gòu)為雙支點蓋梁獨墩，樁基礎(chǔ)。因該橋第4跨橫跨市區(qū)交通要道，業(yè)主要求拆橋期間不中斷市區(qū)主道交通運行，項目部采取雙排布設(shè)6個臨時頂推支架和6套頂推設(shè)備(如圖1)，將第4跨箱梁整體頂推平移至第3跨位置，再整體下放第4跨箱梁至第3跨地面。第4跨頂推系統(tǒng)按圖1所示位置進(jìn)行安裝。

圖1　第1聯(lián)頂推系統(tǒng)布置圖(從右往左頂推)(單位： cm)

2頂推施工工藝簡介

箱梁頂推平移前，在橋下澆筑混凝土臨時擴(kuò)大基礎(chǔ)，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，利用叉車將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段支架安放在混凝土擴(kuò)大基礎(chǔ)上，支架與混凝土通過螺栓或預(yù)埋件連接，然后在鋼管支架上放置頂推設(shè)備，第3跨的頂推支架及設(shè)備安裝可直接在橋下進(jìn)行，利用汽車吊將各構(gòu)件分塊拼裝到位。頂推設(shè)備調(diào)試完畢后，頂推開始前，用氧割割斷支座四角螺桿和連接鋼板，并切斷第4跨箱梁兩端，調(diào)試頂推設(shè)備。

頂推動作：第一步，支架上的頂推設(shè)備將第4跨箱梁梁體同步逐級頂升至設(shè)計噸位，箱梁脫離蓋梁后，頂推設(shè)備托起箱梁往第3跨方向平移25cm；第二步，頂推設(shè)備下放梁體落至臨時支撐鋼筒上，頂推設(shè)備水平油缸回縮，回原位，再從第一步開始，通過這樣不斷循環(huán)的過程來實現(xiàn)頂推箱梁。頂推時，應(yīng)注意以下問題:①采用頂推平移法施工時，各截面正負(fù)彎矩交替變化，計算時應(yīng)考慮多種工況;②頂推裝置上應(yīng)安裝頂升限位裝置，確保各點頂起高度相同;③頂推時，各頂推點須同步頂起、平移、下落。新形勢下，頂推施工安全提出了更高的要求，施工單位必須掌握橋梁拆除的施工技術(shù)，還必須懂得橋梁的施工拆除理論計算[1]。

3下放箱梁自身結(jié)構(gòu)驗算

大節(jié)段下放箱梁最長的節(jié)段為37.6m，吊點距離梁端4.8m，吊點之間的距離為28m。考慮底板束鋼絞線的作用，有效預(yù)應(yīng)力按50%考慮。對于下放箱梁的結(jié)構(gòu)計算采用MIDAS/Civil2006軟件來完成。由于箱梁為C40混凝土，查《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)[2]的設(shè)計拉應(yīng)力為ftd=1.65MPa，設(shè)計壓應(yīng)力為fcd=18.4MPa，密度26kN/m3，自重系數(shù)為1.2。在吊點的位置一端約束3個方向，一端約束Y，Z方向的線位移。根據(jù)下放吊點位置及頂推控制工況下各支點所在梁體的位置進(jìn)行劃分單元，最低需要劃分36個單元格，計算時可以劃分為108個梁單元。共分為8種工況，采用MIDAS/Civil2006軟件來完成。模型圖見圖2。

圖2　下放箱梁整體模型圖

應(yīng)力云圖如圖3所示，箱梁最大壓應(yīng)力為3.560 43N/mm2=3.560 43 MPa

圖3下放箱梁應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖4　下放箱梁變形云圖(單位： mm)

由上可知，下放箱梁在設(shè)計長度和設(shè)計吊點位置吊裝下放是安全可靠的。

4頂推過程箱梁自身結(jié)構(gòu)驗算

采用MIDAS/Civil2006軟件來完成工況建立。根據(jù)頂推時各個支點所在的位置確定工況，各工況下頂推反力的計算結(jié)果見表1。

表1　各工況第4跨頂推梁段頂推反力計算表

箱梁為C40混凝土，容重取26kN/m3，自重系數(shù)為1.2。橋面鋪裝及欄桿的重量為20.8kN/m；系數(shù)為1.2。模型建好后，設(shè)置約束，每個工況下其中一個頂推支座的支點約束X，Y，Z方向，其他約束Y，Z方向的線位移。由于箱梁為C40混凝土，查《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》[2](JTGD62-2004)的設(shè)計拉應(yīng)力為ftd=165MPa，設(shè)計壓應(yīng)力為fcd=18.4MPa。

工況劃分參考表1。對各個控制施工工況進(jìn)行計算分析。分析計算第1～8種工況。由計算結(jié)果可知：最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在工況2(見圖4)，為0.616MPa；最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在工況7(見圖5)，為5.001MPa，均滿足混凝土抗裂要求。

圖5工況2箱梁應(yīng)力云圖(單位：MPa)

圖6工況7箱梁應(yīng)力云圖(單位：MPa)

5箱梁頂推過程支架驗算

頂推鋼管支架由直徑×壁厚=630mm×14mm與219mm×6mm組成的空間矩形桁架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，分4.5m與1.5m2種標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，順橋向為4.4m，橫橋向長度為1.8m，根據(jù)此幾何特性建立空間桿件單元結(jié)構(gòu)，依據(jù)支架結(jié)構(gòu)的幾何交點確定桿單元節(jié)點位置。結(jié)構(gòu)自重取密度7 850kg/m3；自重系數(shù)為1.2，頂推支架底部與基礎(chǔ)接觸位置視為固端，約束X，Y和Z 方向的線位移。

根據(jù)橋梁自重計算結(jié)果并考慮摩擦系數(shù)、安全系數(shù)進(jìn)行計算，可知，最不利工況2作用下頂推底座傳遞到支架的豎向荷載為3 953.86kN，水平荷載為197.69kN。

根據(jù)應(yīng)力云圖，最大拉應(yīng)力為65.5MPa<205MPa，最大壓應(yīng)力為100MPa<273MPa。強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。由于組合最大應(yīng)力小于抗剪強(qiáng)度設(shè)計值，故不對抗剪單獨進(jìn)行設(shè)計驗算。

變形圖見圖6，水平最大位移為4.178mm

圖7　頂推支架變形云圖

穩(wěn)定性滿足要求。利用麥達(dá)斯計算在設(shè)計荷載作用下支點反力。水平方向最大反力為48.47kN，豎向最大反力為2 173.13kN。

由上可知，頂推支架在設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計荷載作用下是安全可靠的。

5結(jié)論

由上計算分析可知，頂推箱梁在設(shè)計頂推支點布置及設(shè)計長度下滿足混凝土的強(qiáng)度、抗裂要求,滿足支架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性符合要求，因此，該跨線等截面箱梁橋頂推拆除過程理論上是安全可靠的。該項目實踐證明，頂推法能有效減小對交通的影響，施工過程安全、平穩(wěn)，同時采取施工安全監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

[1]朱慈祥.混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋拆除的系統(tǒng)安全控制方法研究[J].路橋技術(shù)，2010(6): 81-83.

[2]JTG/D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].北京，人民交通出版社，2004.

[3]GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社，2009.