賈建國(guó)

斜拉橋是由梁，塔，斜拉索三種基本構(gòu)件組成的纜索承重結(jié)構(gòu)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(tài)，隨著荷載增加到一定數(shù)值時(shí)，其可能產(chǎn)生平面內(nèi)的壓、彎失穩(wěn)或平面外的彎、扭失穩(wěn)［1］。對(duì)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(jì)算中的倒退分析。倒退分析是以成橋狀態(tài)t=t0時(shí)刻的內(nèi)力狀態(tài)為參考狀態(tài)，以設(shè)計(jì)的成橋線形為參考構(gòu)形，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬倒拆并逐階段進(jìn)行分析，計(jì)算每次卸除一個(gè)施工階段對(duì)剩余結(jié)構(gòu)的影響的計(jì)算方法［2］。而對(duì)于橋梁拆除來說，同樣可以適用于該方法從成橋狀態(tài)開始進(jìn)行對(duì)內(nèi)力狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬拆除，對(duì)每個(gè)拆除階段進(jìn)行受力分析，保證橋梁結(jié)構(gòu)在拆除過程中的結(jié)構(gòu)安全，施工安全。

本文以秦東上聯(lián)線轉(zhuǎn)體斜拉橋拆除方案為例，對(duì)斜拉橋在拆除過程中的各階段內(nèi)力進(jìn)行分析。

1 工程概況及有限元模型建立

1.1 工程概況

該橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土獨(dú)塔兩跨斜拉橋。主跨布置為(50+40)m，橋全長(zhǎng)90 m，采用單塔雙索面預(yù)應(yīng)力斜拉索結(jié)構(gòu)，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(cè)各設(shè)4根斜拉桿。梁為雙肋板等高度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，梁高1.8 m，橋面寬7.5 m，鋪有電氣鐵路，鐵路線兩側(cè)各有1.5 m寬的風(fēng)壓帶及人行道。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

秦東上聯(lián)線轉(zhuǎn)體斜拉橋?yàn)槎啻纬o定結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其施工工藝采用梁、塔、索在既有線一側(cè)灌注，轉(zhuǎn)體就位的方法。該橋的結(jié)構(gòu)形式獨(dú)特新穎，屬于組合式的橋梁結(jié)構(gòu)，受力復(fù)雜。為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，其主橋墩墩底球鉸處在轉(zhuǎn)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(jìn)行拆除。預(yù)應(yīng)力鋼束在拆除過程中的預(yù)應(yīng)力釋放問題及橋梁在拆除過程中的穩(wěn)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(xì)而具體的拆除方案，而這種方案又必須是建立在嚴(yán)密的理論分析和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。

1.3 有限元離散模型

在該橋的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中，單元模型主要采用了MIDAS Civil軟件中的一般梁?jiǎn)卧?。該橋主梁及橋塔采用梁?jiǎn)卧M，塔梁以及塔墩處采用剛性節(jié)點(diǎn)固結(jié)。主橋橋墩采用固結(jié)，約束6個(gè)方向的自由度。邊墩采用簡(jiǎn)支，約束z方向的自由度。依照原設(shè)計(jì)構(gòu)件截面尺寸并結(jié)合實(shí)際觀測(cè)的截面尺寸，建立主橋提升跨整體結(jié)構(gòu)的空間模型，節(jié)點(diǎn)總數(shù)999個(gè)，單元總數(shù)999個(gè)，梁?jiǎn)卧?99個(gè)。如圖2所示。

2 橋梁拆除方案及控制截面內(nèi)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(hù)。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(hù)。4)既有津山線接觸網(wǎng)在施工過程中考慮拆除，施工中需考慮對(duì)270號(hào)，272號(hào)接觸網(wǎng)立桿加以保護(hù)。5)橋梁南側(cè)附近的大棚在拆除過程中考慮予以保護(hù)。

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(jī)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(jī)械破碎拆除。因此，在這僅對(duì)50 m主跨的拆除過程進(jìn)行受力計(jì)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(jì)算

對(duì)于主梁拆除過程中內(nèi)力計(jì)算采用對(duì)關(guān)鍵工況的控制截面進(jìn)行內(nèi)力分析的方法進(jìn)行，控制截面見圖5。

結(jié)合本工程具體情況，由于該橋在拆除過程中，預(yù)應(yīng)力已經(jīng)截?cái)嗲以摿侯A(yù)應(yīng)力鋼束為有粘結(jié)的，故在計(jì)算中把受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束看成普通鋼筋進(jìn)行計(jì)算，受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束不予考慮，不考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋所施加的預(yù)應(yīng)力。在計(jì)算主梁控制截面抗彎承載能力時(shí)，由于拆除過程50 m主梁是上部受拉下部受壓，可將其簡(jiǎn)化成T形截面進(jìn)行截面抗彎承載力計(jì)算［4］。

主梁主要控制界面及界面示意圖如圖6所示。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 控制截面抗彎承載能力計(jì)算結(jié)果

2.4 橋梁拆除中的內(nèi)力計(jì)算

在對(duì)橋梁拆除過程中內(nèi)力計(jì)算時(shí)，有針對(duì)性地選擇對(duì)詳細(xì)拆除中的幾個(gè)主要控制工況進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析。

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

2)50 m跨1號(hào)段拆除完畢后，拆除西側(cè)長(zhǎng)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(jì)算結(jié)果見圖8。

3)50 m跨2號(hào)段8 m區(qū)段A，B部分拆除完畢后，拆除東側(cè)長(zhǎng)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(jì)算結(jié)果見圖9。

4)50 m跨2號(hào)段拆除完畢，拆除西側(cè)短斜拉桿。控制界面為50 m跨梁塔固結(jié)處界面，即c—c截面。計(jì)算結(jié)果見圖10。

5)50 m跨32號(hào)段8 m區(qū)段A，B部分拆除完畢后，拆除東側(cè)短斜拉桿?？刂平缑鏋?0 m跨梁塔固結(jié)處界面，即c—c截面。計(jì)算結(jié)果見圖11。

2.5 計(jì)算結(jié)果分析

對(duì)該橋進(jìn)行建模，模擬各關(guān)鍵工況，對(duì)各工況在自重作用下進(jìn)行靜力計(jì)算，得到的結(jié)果見圖12。圖12中給出了各關(guān)鍵工況下控制截面的抗彎承載能力及各關(guān)鍵工況下該截面的實(shí)際計(jì)算值。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于秦東上聯(lián)線轉(zhuǎn)體斜拉橋拆除中的內(nèi)力控制，主要對(duì)內(nèi)力狀態(tài)進(jìn)行分析，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬拆除，對(duì)每個(gè)拆除階段進(jìn)行受力分析，保證橋梁結(jié)構(gòu)在拆除過程中的安全。經(jīng)各關(guān)鍵工況的計(jì)算對(duì)比分析，可知橋梁在各個(gè)拆除過程中各控制截面的實(shí)際彎矩值在5 000 kN·m～25 000 kN·m范圍內(nèi)變化，均小于截面的抗彎承載能力。因此，經(jīng)過計(jì)算，該方案的實(shí)施過程是安全的。

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

［2］項(xiàng)海帆.高等橋梁結(jié)構(gòu)理論［M］.北京:人民交通出版社，2001:289-293.

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

［4］葉見曙.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.北京:人民交通出版社，1997:41-75.