半幅分割拆橋下部結構計算對比分析

鄧志朋 廖健凱 黃 偉

(1.中國建筑第八工程局有限公司 上海 200000; 2.四川建筑職業技術學院交通與市政工程系 德陽 618000)

隨著我國城市基礎設施建設的飛速發展，一些既有橋梁由于自身結構老化或航道等級不足等原因阻礙了新的城市規劃與發展。老橋拆除原址重建在各種改擴建工程中屢見不鮮，但拆除安全事故時有發生，造成了一定的社會影響和經濟損失[1]。一般原有橋梁是整幅結構的，大多采取整幅拆除重建、同時搭設鋼便橋臨時改道的方法；但有些市政橋梁所處位置特殊，現場沒有多余位置搭設鋼便橋，又不能中斷交通，只有將原有整幅橋梁切割成2個半幅，采用半幅拆除重建、半幅臨時通行，兩幅交替施工的方法。本文結合實際工程，對半幅逆序拆除進行計算對比分析，驗證半幅拆除、半幅保留通行的可行性。

1 工程概況

東向陽河老橋現狀為三跨簡支梁橋，跨徑組合為8 m+10 m+8 m，橋面橫向布置為0.3 m(欄桿)+4×3.75 m(車行道)+0.3 m(欄桿)。由于該橋跨徑不滿足最新河道規劃上跨橋梁最小跨徑不小于16 m的要求，故需拆除并原地重建新橋，新橋采用三跨(10 m+16 m+10 m)簡支空心板梁橋。經多個拆除方案對比論證后，最終采用半幅拆除、半幅保留維持交通交替施工的方案。拆除半幅橋梁后，橋面臨空一側新建0.5 m的安全帶及臨時護欄和封閉圍擋，由于橋面過窄，只在北側設置人行道[2]。橋面布置為0.3 m(欄桿)+0.5 m(人行道)+2×3 m(車行道)+0.5 m(新建護欄和封閉圍擋)，見圖1。

圖1 半幅橋梁斷面圖(單位：mm)

2 半幅拆橋內力計算

2.1 半幅拆除

老橋整幅雙向4車道為1個整體，用液壓金剛石繩鋸機切割技術分解梁體[3]，把蓋梁與承臺對中切割成兩半，從而將整幅橋梁變為南北2個半幅橋梁，先拆除南半幅，保留北半幅雙向2車道維持交通。橋梁拆除是一個動態的穩定過程，盲目拆除易造成剩余結構失穩，所以對結構的任何改變都應保證剩余結構的穩定性，蓋梁切割分段應保證剩余結構的穩定[4]。根據2017年青浦區農村公路橋梁定期檢查報告，東向陽河橋綜合評定為2級——屬于功能良好，材料有局部輕度缺損或污染，橋梁結構的強度、剛度、穩定性均符合要求。文中針對蓋梁切割分幅后，保留的北半幅橋梁在維持交通中受到最不利荷載情況下(僅考慮活載：汽車+人群；由于已經將橋梁分割成了2個半幅，拆除南半幅橋時的施工荷載對北半幅橋沒有影響)，與原橋蓋梁未切割狀態進行下部結構的內力、位移計算對比分析。

2.2 支點最大反力計算

畫出支座反力影響線，順橋向車道荷載、人群荷載按最不利情況布置求出支點最大反力值[5]。根據規范[6]本工程采用公路-II級，車道荷載為均布荷載qk=7.875 kN/m，集中荷載pk=210 kN；沖擊系數μ=0.3；人群荷載qr=3 kN/m，對于汽車荷載其支點最大反力Rq計算圖見圖2。

圖2 支點最大反力計算圖

(1)

Rr=Ω×qr

(2)

式中：Ω為均布荷載對應影響線面積，m2；yk為集中荷載對應影響線豎標值。

故汽車荷載作用下，Rq=365.137 5 kN。

汽車2車道滿載，故支點最大反力值為2Rq=730.275 kN。

同理，人群荷載作用下，Rr=27 kN。

2.3 荷載橫向分布系數m計算

支點截面用杠桿原理法計算荷載橫向分布系數m。為計算簡便，將空心板鉸縫兩側相距僅25 cm的2個支座簡化為鉸縫處的1個支座，簡化模型及杠桿原理法計算過程見圖3。

圖3 簡化模型及杠桿原理法計算圖(尺寸單位：m)

2車道車輛橫向布置為1.8 m+1.3 m+1.8 m=4.9 m，規范要求2邊各離邊緣至少0.5 m，總共5.9 m。而半幅橋梁2車道只有6 m寬，車輛橫向布置僅有0.1 m的橫向移動范圍，故直接將2車道沿中心線對稱布置，2邊離邊緣各0.55 m。讀取汽車、人群荷載對應的影響線豎標值ηi后，可計算出荷載橫向分布系數mi，mri=∑ηir，mqi=1/2∑ηiq。

2.4 每個支座反力Ri計算

各個支座所分擔到的反力Ri=R×mi。計算結果見表1。

表1 mi、Ri計算結果 kN

3 幅、半幅蓋梁與立柱內力比較分析

3.1 建立模型

用結構力學求解器建立蓋梁、立柱剛架模型，輸入對應的抗彎剛度EI、抗拉壓剛度EA、抗剪切剛度GA后，將各個支座反力值Ri加載到蓋梁上，如圖4所示。

圖4 下部結構計算模型(單位：N)

3.2 內力、位移計算

利用結構力學求解器進行多次超靜定結構的內力、位移計算，下部結構的彎矩見圖5。

圖5 蓋梁彎矩圖(單位：kN·m)

3.3 蓋梁切割分幅后數據分析結果

2種狀態內力值、位移值結果對比見表2。

表2 半幅拆除前后結果對比

1) 蓋梁正彎矩4號梁段增幅最大，為14.54%，而1號梁段則稍有下降；蓋梁最大正彎矩從1號梁段轉移到了4號梁段，總共增幅6.27%；增幅不大，但為保證半幅橋梁絕對安全，采取限重200 kN通行的辦法。

2) 蓋梁最大負彎矩均在2號梁段左端，稍有增加，增幅為0.9%，可忽略不計。

3) 柱端最大彎矩均在5號柱，增幅28.9%，增幅雖大，但彎矩值很小，可忽略不計。

4) 立柱最大軸力均在3號柱，稍有增加，增幅為0.62%，可忽略不計。

5) 豎向最大位移均在3號梁段，增幅1.4%，水平最大位移均在5號柱頂端，增幅達137.5%，但其位移值是微米級，可忽略不計。

4 結語

綜上所述，蓋梁切割分幅后，半幅橋梁在活載作用下，相比較于整幅原橋梁結構而言，蓋梁、立柱的內力和位移全部有所增加，但其增加的絕對內力值、位移值很小，不會對半幅結構產生實質性影響，但為保證半幅橋梁絕對安全，采取限重200 kN通行的辦法。

橋梁拆除屬超過一定規模的危險性較大的分部分項工程，難點重點在于如何保證拆除過程中和拆除后的安全。通過上述的計算，驗證了半幅切割拆除、半幅保留通行方案的可行性，解決了因場地限制無法搭設鋼便橋或因搭設鋼便橋造成的工期、成本增加的問題。