吳澤力,張憲江,胡幫義

(湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院, 浙江 湖州 313000)

江南水鄉(xiāng)河道縱橫，橋梁眾多。隨著時(shí)間的推移，很多十幾年前建造的橋梁已不能滿足現(xiàn)實(shí)交通功能的需求，急需拆除或重建。其中，本文研究的應(yīng)界橋(老橋)(參見圖1)位于湖州南潯鎮(zhèn)人瑞西路延伸段，其新橋建成通車后就失去了實(shí)用價(jià)值。它是一座建造于20世紀(jì)90年代的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支桁架橋(簡稱PC桁架橋)。該桁架橋下部設(shè)置了橫梁，支撐行車道板和橋面鋪裝層，下部結(jié)構(gòu)采用灌注樁接蓋梁形式。主桁架由五個(gè)單元(10個(gè)節(jié)間)組成，跨度為62 m(10×6.2 m)，高6.2 m，寬6.3 m。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，目前其主桁架上下弦桿、豎桿、斜桿存在嚴(yán)重的病害，部分構(gòu)件已進(jìn)入塑性工作狀態(tài)，處于“差的狀態(tài)”，被船撞擊后加固的橋墩，其外包鋼板銹蝕嚴(yán)重。經(jīng)第三方檢測機(jī)構(gòu)綜合判定，該桁架橋?qū)儆?類橋。交通管理部門經(jīng)綜合考慮，也認(rèn)為該橋應(yīng)予拆除。

一、PC桁架橋整體吊拆方案

橋梁拆除一般必須封航施工作業(yè)，對航道通航的影響很大。因此，封航后必須盡快完成主跨桁架的吊除，以便盡早恢復(fù)通航。在這樣的情況下，主跨PC桁架橋的拆除應(yīng)該采用整體起吊、移至岸邊破碎的吊拆方案。而PC桁架橋整體起吊則宜采用如圖2所示的“雙分、四吊點(diǎn)”方案(參見圖2)。整體起吊時(shí)，起吊重量必然很大。因此，優(yōu)化起吊關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，合理選擇起吊機(jī)械，是經(jīng)濟(jì)、安全施工的前提保障。

圖2 PC桁架橋整體起吊示意圖

二、整體起吊關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)優(yōu)化

(一)起吊荷載

為減少整體起吊重量，桁架橋吊拆前應(yīng)先將橋面鋪裝層、行車道板等附屬構(gòu)配件拆除(拆除后，本工程PC桁架橋自重約450 t)。

綜合考慮起吊過程中的沖擊效應(yīng)(起吊速度≤0.2 m/s)[1]31-33 [2]21-24，及水流波動(dòng)對浮吊船的影響[3]12-15，設(shè)定動(dòng)力系數(shù)為1.2，起吊索具重量為3 t，則起吊荷載為：1.2×450+3≈543 t。根據(jù)現(xiàn)有施工條件，擬采用1艘610 t起重能力的浮吊船，對該P(yáng)C桁架橋進(jìn)行整體吊拆。

(二)起吊點(diǎn)布置方案

依據(jù)起重機(jī)主要性能參數(shù)的規(guī)定[4]9-15及610 t浮吊起重負(fù)荷如表1所示(參見表1)，取水平仰角60 °或65 °，均能滿足起吊半徑的需要，繪制浮吊船起重量與起重高度相關(guān)曲線(Q-H曲線)如圖3所示(參見圖3)。

1.起吊點(diǎn)布置方案的初選 PC桁架橋起吊點(diǎn)布置可選用的方案詳見表2(參見表2)。其中，起吊高度按下式計(jì)算：

Hi≥n×6.2×tanα+h1

式中：Hi-方案i的起吊高度(m)，n-起吊點(diǎn)至桁架橋中點(diǎn)包含的節(jié)間數(shù)，α-吊索與桁架的水平夾角，取60 °[4]9-15，h1-桁架橋橋底至浮吊船甲板處的高度，本工程取3.9 m。

將各可選方案的起吊高度一并繪入Q-H曲線中(起吊重量543 t，參見圖3)。

方案Ⅰ：將起吊點(diǎn)布置于桁架支座處。此時(shí)需要的起吊高度為H1≈57.6 m，應(yīng)選擇長度大于60 m的吊桿，才能滿足起吊高度的要求。但此時(shí)浮吊船最大起重量為480 t，不滿足PC桁架橋的起重量543 t。因此，當(dāng)采用610 t浮吊船時(shí)，此方案不可取。

方案Ⅱ：將起吊點(diǎn)布置于桁架B節(jié)點(diǎn)處。此時(shí)需要的起吊高度為H2≈46.9 m，應(yīng)選擇60 m吊桿，起重高度滿足要求，但最大起重量不滿足要求。因此，當(dāng)采用610 t浮吊船時(shí)，此方案也不可取。

方案Ⅲ：將起吊點(diǎn)布置于桁架C節(jié)點(diǎn)處。此時(shí)需要的起吊高度為H3≈36.1 m，選擇50 m吊桿，起吊高度、起重量均滿足要求，此方案可取。

方案Ⅳ：將起吊點(diǎn)布置于桁架D節(jié)點(diǎn)處。此時(shí)需要的起吊高度為H4≈25.4 m，選擇40 m吊桿，起吊高度、起重量均滿足要求，且富余度較高，故此方案也可取。

因此，基于PC桁架橋整體起吊重量及浮吊船技術(shù)參數(shù)，可以初步篩選出符合要求的方案，即方案Ⅲ與Ⅳ。

表1 610 t浮吊起重負(fù)荷表

表2 PC桁架橋起吊點(diǎn)布置方案

2.起吊點(diǎn)布置方案的優(yōu)選 對于可行的方案Ⅲ與Ⅳ，當(dāng)整體起吊時(shí)，桁架橋的受力狀態(tài)將與實(shí)際工作狀態(tài)有較大的差異，部分桿件可能處于反向受力狀態(tài)，極端情況下可能造成橋體斷裂，從而釀成嚴(yán)重的工程事故。因此，應(yīng)對初選的PC桁架橋整體起吊方案進(jìn)行起吊狀態(tài)下的承載力分析，優(yōu)選內(nèi)力變化比較小且能滿足起吊安全的最佳方案。

利用SAP 2000有限元分析軟件，對上述初選方案進(jìn)行仿真分析。分析模型采用二維桁架(忽略風(fēng)撐及下部橫梁的橫向作用)，上、下弦桿根據(jù)梁單元，腹桿根據(jù)鉸接單元[5]13-18，構(gòu)件截面及配筋信息根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙建模。桁架下弦桿、豎向腹桿上施加的預(yù)應(yīng)力按節(jié)點(diǎn)集中荷載施加(考慮15%的預(yù)應(yīng)力損失)[6]150-155。

(1)方案Ⅲ的桁架內(nèi)力分析(起吊狀態(tài))。對方案Ⅲ的PC桁架橋分析模型運(yùn)行分析，仿真分析結(jié)果如圖4所示(參見圖4)。由圖4可見：此時(shí)桁架端部(節(jié)點(diǎn)C的外側(cè))上弦桿及斜腹桿處于受拉狀態(tài)。經(jīng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)校核，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)C處豎向受壓腹桿應(yīng)力比超限(但不超過1)。在節(jié)點(diǎn)C處的兩根豎向腹桿中部設(shè)置橫向支撐(局部加強(qiáng))，再次運(yùn)行結(jié)構(gòu)校核，發(fā)現(xiàn)全部桿件均可滿足強(qiáng)度要求。

圖4 方案Ⅲ分析結(jié)果(起吊狀態(tài))

(2)方案Ⅳ的桁架內(nèi)力分析(起吊狀態(tài))。對方案Ⅳ的運(yùn)行分析，仿真分析結(jié)果如圖5所示(參見圖5)，由圖5可見：此時(shí)桁架上弦桿、吊點(diǎn)D外側(cè)斜腹桿及C-D節(jié)間下弦桿均處于受拉狀態(tài)。運(yùn)行結(jié)構(gòu)校核，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)C-D節(jié)間斜腹桿、下弦桿應(yīng)力比超限，且斜腹桿應(yīng)力比大于1；節(jié)點(diǎn)C、B處的豎向受壓腹桿應(yīng)力比超限，且節(jié)點(diǎn)C處豎向腹桿應(yīng)力比大于1(參見圖5)。若采用方案Ⅳ，則必須對應(yīng)力比大于1的桿件進(jìn)行加固，以確保起吊狀態(tài)PC桁架橋的結(jié)構(gòu)安全。但是，桿件加固必然引起施工成本增加及施工工期延長。

圖5 方案Ⅳ分析結(jié)果(起吊狀態(tài))

通過對初選方案Ⅲ和Ⅳ的仿真分析，可知使用方案Ⅲ，起吊狀態(tài)的PC桁架橋內(nèi)力變化較小，且能滿足吊拆安全要求，故，應(yīng)優(yōu)選方案Ⅲ。

綜上，PC桁架橋拆除時(shí)，為減少對航道通航的影響，宜采用整體起吊的吊拆方案。但是，整體起吊的起重量大，必須優(yōu)化起吊關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，合理選擇起吊機(jī)械與起吊點(diǎn)，以滿足經(jīng)濟(jì)、安全的施工要求。主要應(yīng)注意：(1)起重量較大的浮吊船，其使用成本及安全風(fēng)險(xiǎn)較高，因此，在PC桁架橋整體吊拆前，應(yīng)先將橋面鋪裝層、行車道板等附屬構(gòu)配件拆除，以減少整體起吊重量。較輕的起吊重量有利于選擇較為經(jīng)濟(jì)合理的浮吊船型號(hào)。(2)PC桁架橋的整體起吊受力狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)相比，其內(nèi)力變化很大，部分桿件處于反向受力狀態(tài)，極端情況下可能造成桁架橋斷裂，引發(fā)工程事故。因此，必須對整體起吊方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，以確保施工安全。(3)PC桁架橋整體起吊時(shí)，其起吊點(diǎn)布置方案尤為重要，應(yīng)綜合考慮浮吊船技術(shù)參數(shù)與桁架橋起吊狀態(tài)的受力變化。在浮吊船技術(shù)參數(shù)允許的范圍內(nèi)，起吊點(diǎn)宜盡可能布置在桁架橋端部，此時(shí)，桁架橋內(nèi)力變化相對較小。