跨線等截面箱梁橋頂推拆除計(jì)算

跨線等截面箱梁橋頂推拆除計(jì)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(duì)等截面連續(xù)梁拆除頂推過(guò)程采用麥達(dá)斯軟件進(jìn)行建模分析，計(jì)算了箱梁起吊過(guò)程的受力情況，以及頂推過(guò)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(guò)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(jì)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(zhǎng)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(jì)荷載：汽車-超20級(jí)，掛車-120級(jí)。下部結(jié)構(gòu)為雙支點(diǎn)蓋梁獨(dú)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(yùn)行，項(xiàng)目部采取雙排布設(shè)6個(gè)臨時(shí)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(jiǎn)介

箱梁頂推平移前，在橋下澆筑混凝土臨時(shí)擴(kuò)大基礎(chǔ)，待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)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(guò)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(kāi)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(dòng)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(jí)頂升至設(shè)計(jì)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(shí)支撐鋼筒上，頂推設(shè)備水平油缸回縮，回原位，再?gòu)牡谝徊介_(kāi)始，通過(guò)這樣不斷循環(huán)的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)頂推箱梁。頂推時(shí)，應(yīng)注意以下問(wèn)題:①采用頂推平移法施工時(shí)，各截面正負(fù)彎矩交替變化，計(jì)算時(shí)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(diǎn)頂起高度相同;③頂推時(shí)，各頂推點(diǎn)須同步頂起、平移、下落。新形勢(shì)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(jì)算[1]。

3下放箱梁自身結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

大節(jié)段下放箱梁最長(zhǎng)的節(jié)段為37.6m，吊點(diǎn)距離梁端4.8m，吊點(diǎn)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(duì)于下放箱梁的結(jié)構(gòu)計(jì)算采用MIDAS/Civil2006軟件來(lái)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(jì)規(guī)范》(JTGD62-2004)[2]的設(shè)計(jì)拉應(yīng)力為ftd=1.65MPa，設(shè)計(jì)壓應(yīng)力為fcd=18.4MPa，密度26kN/m3，自重系數(shù)為1.2。在吊點(diǎn)的位置一端約束3個(gè)方向，一端約束Y，Z方向的線位移。根據(jù)下放吊點(diǎn)位置及頂推控制工況下各支點(diǎn)所在梁體的位置進(jìn)行劃分單元，最低需要?jiǎng)澐?6個(gè)單元格，計(jì)算時(shí)可以劃分為108個(gè)梁?jiǎn)卧９卜譃?種工況，采用MIDAS/Civil2006軟件來(lái)完成。模型圖見(jiàn)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(jì)長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)吊點(diǎn)位置吊裝下放是安全可靠的。

4頂推過(guò)程箱梁自身結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

采用MIDAS/Civil2006軟件來(lái)完成工況建立。根據(jù)頂推時(shí)各個(gè)支點(diǎn)所在的位置確定工況，各工況下頂推反力的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　各工況第4跨頂推梁段頂推反力計(jì)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(gè)工況下其中一個(gè)頂推支座的支點(diǎn)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(jì)規(guī)范》[2](JTGD62-2004)的設(shè)計(jì)拉應(yīng)力為ftd=165MPa，設(shè)計(jì)壓應(yīng)力為fcd=18.4MPa。

工況劃分參考表1。對(duì)各個(gè)控制施工工況進(jìn)行計(jì)算分析。分析計(jì)算第1～8種工況。由計(jì)算結(jié)果可知：最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在工況2(見(jiàn)圖4)，為0.616MPa；最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在工況7(見(jiàn)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(guò)程支架驗(yàn)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?yàn)?.4m，橫橋向長(zhǎng)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(diǎn)確定桿單元節(jié)點(diǎn)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(jì)算結(jié)果并考慮摩擦系數(shù)、安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)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(jì)值，故不對(duì)抗剪單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

變形圖見(jiàn)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(jì)算在設(shè)計(jì)荷載作用下支點(diǎn)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(jì)結(jié)構(gòu)尺寸和設(shè)計(jì)荷載作用下是安全可靠的。

5結(jié)論

由上計(jì)算分析可知，頂推箱梁在設(shè)計(jì)頂推支點(diǎn)布置及設(shè)計(jì)長(zhǎng)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(guò)程理論上是安全可靠的。該項(xiàng)目實(shí)踐證明，頂推法能有效減小對(duì)交通的影響，施工過(guò)程安全、平穩(wěn)，同時(shí)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(jì)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(jì)規(guī)范[S].北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.