舊橋拆除汽車吊作用結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與建議★

檀俊成 張 榮

(1.蘇州科技大學(xué)土木工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215011； 2.蘇州科技大學(xué)江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 蘇州 215011)

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土木工程建設(shè)需求的提高，橋梁建設(shè)行業(yè)也迎來(lái)了飛速的發(fā)展，但由于橋梁結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境非常復(fù)雜，目前也存在諸多問(wèn)題，響應(yīng)橋梁拆除與加固方面研究的越來(lái)越多[1-8]。

佛山市高明大橋至富龍大橋公路工程第NHS-01合同段線路全長(zhǎng)20.63 km(起訖樁號(hào)：K7+150～K27+780)，包含拆除重建橋梁2座，拆除主線舊橋后新建箱涵1處，新增分離式立體交叉跨線橋2處，隧道2處，人行天橋3處。建設(shè)內(nèi)容有路基工程、路面工程、橋涵工程、隧道工程、交通安全設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)施、機(jī)電工程等。

本項(xiàng)目拆除三座橋梁分別為下六村橋、三洲滄州大橋和人和大橋。工程造價(jià)8.88億元，項(xiàng)目工期24個(gè)月。由于人和大橋、下六村橋、三洲滄州大橋拆除時(shí)汽車吊車輛荷載作用在舊橋上方，結(jié)構(gòu)受力集中效應(yīng)明顯，需要對(duì)不同工況下汽車吊的站位下橋梁結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行局部分析驗(yàn)算。

橋梁汽車吊方案：

人和大橋舊橋上部結(jié)構(gòu)為8×16 m簡(jiǎn)支T梁，單幅每跨梁板8片。按照檢測(cè)報(bào)告顯示，該橋位1類橋，其橋梁承載力達(dá)到汽—20、掛—100要求。項(xiàng)目部計(jì)劃用1臺(tái)160 t汽車吊，站位與舊橋右幅，拆除左幅橋梁各片T梁(先將舊橋T梁用繩鋸切割機(jī)切開(kāi))。

采用1臺(tái)160 t吊車吊梁，查表160 t汽車吊性能參數(shù)表知：160 t吊車在14 m吊裝半徑內(nèi)可吊裝28.5 t，滿足吊裝要求。

下六村橋梁板分割后每片重量約為18.4 t，在橋臺(tái)用160 t汽車吊吊裝，吊車最大工作半徑為11.5 m內(nèi)，160 t汽車吊性能參數(shù)表知：吊車在12 m作業(yè)半徑內(nèi)的吊裝能力可達(dá)37 t，滿足吊裝要求。

三洲舊橋每片T梁長(zhǎng)16 m，寬1.5 m，用兩臺(tái)80 t汽車吊吊至運(yùn)梁車：即單臺(tái)汽車吊起吊重量為23.24/2=11.62 t。

本文以人和大橋舊橋上部結(jié)構(gòu)為8×16 m簡(jiǎn)支T梁為例，分析汽車吊在橋面作用時(shí)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，其研究可供同類工程項(xiàng)目參考借鑒。

2 原橋結(jié)構(gòu)復(fù)算

結(jié)構(gòu)形式：下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩。上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆整體式簡(jiǎn)支T梁，橋面連續(xù)。

荷載標(biāo)準(zhǔn)：汽車—20級(jí)，掛車—100。

荷載組合：組合Ⅰ：1.2恒載+1.4汽車(承載能力極限狀態(tài))；組合Ⅱ：1.2恒載+1.1掛車(承載能力計(jì)算狀態(tài))。

有限元模型圖如圖1所示。

2.1 計(jì)算荷載和計(jì)算工況

汽車吊支腿荷載：解析法計(jì)算公式如下:

分別計(jì)算懸臂架轉(zhuǎn)化來(lái)的集中力矩和吊重，最后在支腿處疊加，見(jiàn)圖2。根據(jù)受力平衡條件可得：

由于汽車吊在橋面站位時(shí)受力復(fù)雜，僅僅通過(guò)解析法獲得精確的數(shù)值解比較困難，偏安全考慮，可以按照汽車吊+配重+吊裝荷載總荷載作用在汽車吊的支腿，考慮到偏載作用，對(duì)汽車吊兩側(cè)的支腿荷載按照30%和70%的比例進(jìn)行分配計(jì)算，其結(jié)果是偏于安全的，見(jiàn)圖3。

2.2 控制截面內(nèi)力及荷載組合

T梁跨中截面抗彎承載力驗(yàn)算結(jié)果如表1所示，T梁支點(diǎn)截面抗剪承載力驗(yàn)算結(jié)果如表2所示。

表1 T梁跨中截面抗彎承載力驗(yàn)算結(jié)果表

表2 T梁支點(diǎn)截面抗剪承載力驗(yàn)算結(jié)果表

3 計(jì)算分析

3.1 承載力復(fù)核

吊車重量160 t的按105 t自重計(jì)算(含自重)，吊裝重量按照28.5 t計(jì)算，分配荷載為：46.73 t。拆除施工控制截面抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果如表3所示，拆除施工控制截面斜抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果如表4所示。

表3 拆除施工控制截面抗彎承載能力驗(yàn)算結(jié)果表

表4 拆除施工控制截面斜抗剪承載能力驗(yàn)算結(jié)果表

計(jì)算結(jié)果表明：160 t汽車吊作用在邊梁時(shí)，結(jié)構(gòu)的抗彎抗剪設(shè)計(jì)荷載組合小于抗力組合，但抗剪富余系數(shù)較小。

主要建議如下：

1)施工時(shí)要加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)撓度和裂縫的觀測(cè)，如有異常應(yīng)立即停止施工。

2)計(jì)算按照集中荷載直接在模型加載，實(shí)際施工時(shí)要開(kāi)裂在汽車吊支腿下放鋪墊1.2 m×1.2 m×0.02 m鋼板，防止橋面板應(yīng)力集中，支腿位置盡可能的設(shè)置在主梁上方，避開(kāi)橋面板位置。

3.2 人和橋應(yīng)力空間模型復(fù)核

計(jì)算時(shí)采用ABAQUS通用有限元模型建模，不考慮彎曲鋼筋對(duì)于抗彎的貢獻(xiàn)，選取單跨模型進(jìn)行建模，鋼筋混凝土采用EMBEDDED建立耦合作用，底部鋼筋根據(jù)通用圖紙?jiān)O(shè)定。

混凝土主拉應(yīng)力為1.91 MPa，按照C25混凝土考慮，略超過(guò)了設(shè)計(jì)允許值，考慮到模型未設(shè)置橫隔板，汽車吊支腿位置未考慮均布鋼板的分散荷載效應(yīng)，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗彎計(jì)算偏于安全，同時(shí)對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件，在短期荷載作用下，截面可以容許裂縫存在，但不得超過(guò)規(guī)范限制(我公司的類似項(xiàng)目控制指標(biāo)設(shè)定為2.5 MPa)，建議160 t汽車吊作用在邊梁時(shí)加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫和撓度的觀測(cè)。計(jì)算結(jié)論認(rèn)為，橋梁結(jié)構(gòu)是安全的，(如圖4，圖5所示)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)汽車吊作用在邊梁結(jié)構(gòu)抗彎，抗剪應(yīng)力計(jì)算滿足要求。

2)混凝土主拉應(yīng)力為1.91 MPa，按照C25混凝土考慮，略超過(guò)了設(shè)計(jì)允許值。

3)建議160 t汽車吊作用在邊梁時(shí)加強(qiáng)對(duì)結(jié)構(gòu)的裂縫和撓度的觀測(cè)。

4)計(jì)算按照集中荷載直接在模型加載，實(shí)際施工時(shí)要在開(kāi)裂汽車吊支腿下放鋪墊1.2 m×1.2 m×0.02 m鋼板，防止橋面板應(yīng)力集中，支腿位置盡可能的設(shè)置在主梁上方，避開(kāi)橋面板位置。