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斯軟件進行建模分析，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應力混凝土連續(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。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6個臨時頂推支架和6套頂推設備(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大基礎，待強度達到設計要求后，利用叉車將標準節(jié)段支架安放在混凝土擴大基礎上，支架與混凝土通過螺栓或預埋件連接，然后在鋼管支架上放置頂推設備，第3跨的頂推支架及設備安裝可直接在橋下進行，利用汽車吊將各構(gòu)件分塊拼裝到位。頂推設備調(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)試頂推設備。

頂推動作：第一步，支架上的頂推設備將第4跨箱梁梁體同步逐級頂升至設計噸位，箱梁脫離蓋梁后，頂推設備托起箱梁往第3跨方向平移25cm；第二步，頂推設備下放梁體落至臨時支撐鋼筒上，頂推設備水平油缸回縮，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，應注意以下問題:①采用頂推平移法施工時，各截面正負彎矩交替變化，計算時應考慮多種工況;②頂推裝置上應安裝頂升限位裝置，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?？紤]底板束鋼絞線的作用，有效預應力按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應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)[2]的設計拉應力為ftd=1.65MPa，設計壓應力為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

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

圖3下放箱梁應力云圖(單位：MPa)

圖4　下放箱梁變形云圖(單位： mm)

由上可知，下放箱梁在設計長度和設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應力混凝土橋涵設計規(guī)范》[2](JTGD62-2004)的設計拉應力為ftd=165MPa，設計壓應力為fcd=18.4MPa。

工況劃分參考表1。對各個控制施工工況進行計算分析。分析計算第1～8種工況。由計算結(jié)果可知：最大拉應力出現(xiàn)在工況2(見圖4)，為0.616MPa；最大壓應力出現(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箱梁應力云圖(單位：MPa)

圖6工況7箱梁應力云圖(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準節(jié)段，分4.5m與1.5m2種標準節(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)應力云圖，最大拉應力為65.5MPa<205MPa，最大壓應力為100MPa<273MPa。強度滿足規(guī)范要求。由于組合最大應力小于抗剪強度設計值，故不對抗剪單獨進行設計驗算。

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。利用麥達斯計算在設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，頂推支架在設計結(jié)構(gòu)尺寸和設計荷載作用下是安全可靠的。

5結(jié)論

由上計算分析可知，頂推箱梁在設計頂推支點布置及設計長度下滿足混凝土的強度、抗裂要求,滿足支架的強度和穩(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

[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應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].北京，人民交通出版社，2004.

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