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1. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002；2. 上?？坡吠聊竟こ套稍?xún)有限公司 上海 200002

1 工程概況

泖港大橋位于上海市松江區(qū)泖港鎮(zhèn)，跨越黃浦江上游支流泖河，于1982年5月建成通車(chē)。泖港大橋主橋?yàn)殡p塔雙索面斜拉橋（85 m＋200 m＋85 m），設(shè)計(jì)荷載為汽-15級(jí)、掛-80級(jí)。設(shè)計(jì)采用塔梁固結(jié)、梁塔再與主墩鉸接的形式。其中：河跨跨徑200 m，由兩側(cè)單懸臂梁加中間吊梁組成（85 m＋30 m＋85 m），其橫斷面由2個(gè)分離式箱梁加車(chē)行道縱、橫梁板組成，箱梁梁高2.2 m；中孔吊梁由4片預(yù)應(yīng)力混凝土T梁組成，梁高為2.2 m；岸跨跨徑85 m，設(shè)置2個(gè)輔助墩；橋面布置為2.5 m（人行道）＋7 m（車(chē)行道）＋2.5 m（人行道），總寬12 m。泖港大橋老橋立面如圖1所示。

圖1 泖港大橋老橋立面

大橋主塔為雙柱鋼筋混凝土直塔，縱向直柱形，橫向帶交叉腹桿的雙柱式剛架，柱中心距8.7 m，柱高中心部設(shè)置十字交叉形抗風(fēng)腹桿4道；橋面以上塔高44 m，離地面52 m高，主塔外包尺寸3.4 m×1.2 m。斜拉索為豎琴式密索布置，塔柱前后設(shè)置11組斜拉索，共164根，是由φ5 mm高強(qiáng)鋼絲（光面）經(jīng)手工編制而成的平行鋼絲索，水平索距6.5 m，垂直索距3.25 m；拉索兩端分別配裝固定端錨和張拉端錨，錨具為冷鑄鐓頭錨，梁內(nèi)錨固，塔端張拉。

該橋是上海第一座斜拉橋，也是當(dāng)時(shí)上?？鐝阶畲蟮臉蛄?。經(jīng)過(guò)近四十年的風(fēng)雨歷程，發(fā)生過(guò)多起船只撞擊主梁、車(chē)輛撞擊斜拉索的事故，加上車(chē)輛超載等原因，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)劣化，老橋的通行能力已不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通需求，加之泖港航道等級(jí)提升，老橋的通航凈空不能滿(mǎn)足航道整治提升后的通航凈空需求，經(jīng)多次論證后，決定將老橋拆除重建[1]。

2 老橋結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)狀態(tài)的確定

泖港大橋老橋主跨200 m，設(shè)計(jì)采用塔梁固結(jié)、墩梁鉸接、單懸臂加吊梁的豎琴式雙塔雙索面的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋；在結(jié)構(gòu)恒載狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)為三孔外部靜定的懸臂梁，活載作用下為七孔超靜定的連續(xù)懸臂梁。老橋結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析采用大型結(jié)構(gòu)分析軟件Midas Civil建立三維空間模型，其中塔柱與主梁采用梁?jiǎn)卧?，拉索采用索單位，?jì)算模型如圖2所示。

圖2 泖港大橋老橋的計(jì)算模型

由于老橋是20世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常精細(xì)且經(jīng)濟(jì)，考慮的施工步驟繁多，結(jié)構(gòu)分析非常復(fù)雜。老橋結(jié)構(gòu)拆除施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)分析首先需要確定老橋拆除前的結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)狀態(tài)。在建立計(jì)算模型時(shí)考慮老橋建橋時(shí)的主要施工階段，調(diào)整斜拉索索力，使之與其竣工圖里的設(shè)計(jì)索力基本一致；考慮收縮徐變效應(yīng)后，將得到的結(jié)構(gòu)模型索力與檢測(cè)報(bào)告結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 西塔成橋索力匯總單位：kN

表1中，岸跨2#—10#索，河跨1#索代表2根拉索的合力，岸跨1#、11#索，河跨11#索代表4根拉索的合力，拉索以短索至長(zhǎng)索依次按1#—11#編號(hào)。表1為西塔一個(gè)索面的索力。

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，橋梁結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量為9 032.3 t，而分析模型在自重下的總反力為9 031.7 t，誤差僅為－0.007%，說(shuō)明分析模型對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)基本信息的模擬是準(zhǔn)確的。

橋梁在活載下的變形可以反映結(jié)構(gòu)的整體剛度，而結(jié)構(gòu)的自振頻率，不僅能反映結(jié)構(gòu)的整體剛度，而且能夠反映結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布情況。為檢驗(yàn)建模的準(zhǔn)確性，以下分別給出了結(jié)構(gòu)在活載下的變形（圖3、表2）以及自振特性分析下的結(jié)構(gòu)前2階振型（圖4、圖5）與頻率（表3）。

圖3 活載下的結(jié)構(gòu)變形（單位：mm）

表2 計(jì)算值與以往檢測(cè)報(bào)告懸臂端變形比較單位：mm

圖4 結(jié)構(gòu)第1階振型模態(tài)圖

圖5 結(jié)構(gòu)第2階振型模態(tài)圖

表3 計(jì)算值與以往檢測(cè)報(bào)告結(jié)構(gòu)自振頻率比較單位：Hz

由圖4、圖5可知，結(jié)構(gòu)第1階振型模態(tài)為主梁一階對(duì)稱(chēng)豎彎，第2階振型模態(tài)為主梁一階反對(duì)稱(chēng)豎彎，均與檢測(cè)報(bào)告一致。

由以上的分析比較結(jié)果可知，老橋結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型基本準(zhǔn)確，可以作為分析拆橋施工過(guò)程結(jié)構(gòu)性能的基準(zhǔn)模型。

3 切割節(jié)段浮吊力及拉索切割順序的分析

根據(jù)以建橋逆序進(jìn)行拆橋?yàn)樵瓌t而擬定的拆橋施工流程，建立拆橋施工階段的模型。由于老橋拆橋所涉及的施工階段較多，文中僅選取有代表性的施工階段，分析該施工階段結(jié)構(gòu)的變化特性。具體施工階段為：第11#索為河跨和岸跨最外側(cè)拉索，其索力最大，放張過(guò)程中，拉索不平衡力對(duì)塔、梁產(chǎn)生的不利效應(yīng)明顯。此外，為配合施工，在11#索放張過(guò)程中，還分別討論了從河跨側(cè)還是從岸跨側(cè)開(kāi)始交替放張的區(qū)別，以及浮吊力取值大小的合理性。

每處主塔河跨與岸跨，每根11#索各由4根147φ5 mm鋼絲組成，拉索切割順序從1根河跨至1根岸跨交替進(jìn)行（切割順序1）或從1根岸跨到1根河跨交替進(jìn)行（切割順序2）。在500 kN浮吊力的作用下，考慮11#索不同的切割順序、拉索索力的最大增量以及主梁懸臂處最大撓度與塔頂最大偏位值，如表4所示。

表4 11#索切割過(guò)程索力增量、塔梁位移比較

表4中，索力單位為kN，塔、梁位移單位為mm；梁端撓度值以向上為正，向下為負(fù)；塔頂偏位以向河跨變形為正，向岸跨變形為負(fù)。

由計(jì)算結(jié)果可知：無(wú)論是從河跨開(kāi)始交替放張索力，還是從岸跨開(kāi)始放張索力，對(duì)應(yīng)工況下11#拉索索力最大增量，以及主梁懸臂端的撓度、塔頂偏位基本一致；放張河跨側(cè)11#拉索時(shí)，主要受影響的是河跨側(cè)剩余11#拉索的索力，對(duì)岸跨側(cè)11#索力影響較?。辉诜艔埌犊鐐?cè)拉索時(shí)也存在相同規(guī)律。計(jì)算結(jié)果顯示，在放張河跨側(cè)11#拉索中的3根后，所剩1根拉索索力增加較大，增加了293 kN，對(duì)應(yīng)索力值為1 218 kN，但仍小于設(shè)計(jì)索力1 800 kN。

以第1種拉索切割順序?yàn)闇?zhǔn)，考慮不同的浮吊作用力，對(duì)11#拉索索力最大增量以及主梁最大拉應(yīng)力與承載力的影響如表5所示。

表5 浮吊力對(duì)11#拉索索力及結(jié)構(gòu)的影響

由計(jì)算結(jié)果可知，若浮吊以被動(dòng)受力為主，取較小值，則拉索受力較大，放張過(guò)程因工況下索力變化量較大；反之，若浮吊以主動(dòng)受力為主，取較大值，雖然拉索受力減小，由拉索產(chǎn)生的彎矩也相應(yīng)減小，但拉索產(chǎn)生的軸力也隨之減小，而浮吊力產(chǎn)生的彎矩卻在增大，這對(duì)主梁的受力較為不利。綜上所述，在放張河跨11#索時(shí)，建議浮吊力的取值不宜超過(guò)所吊梁段質(zhì)量的1/2。

4 懸臂節(jié)段切割長(zhǎng)度的優(yōu)化

根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，在整個(gè)拆橋施工過(guò)程中，距塔中心16.675 m的河跨側(cè)位置主梁下緣出現(xiàn)5.3 MPa的拉應(yīng)力，經(jīng)計(jì)算，該截面（圖6）承載力不能滿(mǎn)足要求。

圖6 河跨側(cè)距塔中心16.675 m處主梁幾何示意

若不考慮浮吊力時(shí)，該位置主梁下緣出現(xiàn)4.4 MPa的拉應(yīng)力，對(duì)應(yīng)的施工階段為切割主梁5#塊后。該工況下，相應(yīng)位置截面的內(nèi)力為：N＝10 902 kN，M＝16 512 kN·m。此截面的尺寸為：箱梁處頂、底板均厚30 cm，腹板厚25 cm。相應(yīng)截面的配筋為：每個(gè)箱室頂板頂層為φ20 mm二級(jí)鋼11根，頂板底層為φ12 mm二級(jí)鋼11根；底板底層為φ20 mm二級(jí)鋼11根，頂板頂層為φ12 mm二級(jí)鋼11根。由此計(jì)算出該截面的承載力為7 010 kN，若將4束預(yù)應(yīng)力作為普通鋼筋考慮，則截面承載力為7 940 kN，仍小于外荷載10 902 kN，承載力仍不能滿(mǎn)足要求。

考慮第1種改進(jìn)措施的施工流程為：切割6#段前，在5#段前端布置50 t壓重；切割5#段前，在4#段前端布置50 t壓重；切割4#段時(shí)，在3#段前端布置50 t壓重；切割3#段時(shí)，在2#段前端布置50 t壓重；切割2#段前，撤除壓重。考慮50 t臨時(shí)壓重的措施，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 考慮第1種措施，關(guān)鍵截面應(yīng)力及內(nèi)力變化情況

考慮第2種改進(jìn)措施的施工流程為：從7#梁段開(kāi)始，切割完7#索后，暫不切割7#梁段，待6#索放張完后，再切割7#梁段，按此方法，直到放張2#索后，再依次切割3#梁段和2#梁段。即每個(gè)梁段在下一拉索放張后再進(jìn)行切割，使梁段的切割比對(duì)應(yīng)梁段拉索的放張晚一個(gè)節(jié)段，利用梁段自重實(shí)現(xiàn)壓重，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 考慮第2種措施，關(guān)鍵截面應(yīng)力及內(nèi)力變化情況

經(jīng)過(guò)對(duì)以上2種改進(jìn)措施的分析，最終確定采用第2種措施，但考慮到懸臂2個(gè)節(jié)段長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，出于安全角度考慮，再結(jié)合施工方便程度，最終確定：從6#節(jié)段開(kāi)始，每次切割的梁段比原標(biāo)準(zhǔn)梁段多留1.7 m作為壓重荷載。由計(jì)算結(jié)果可得，該截面主梁下緣出現(xiàn)2.9 MPa的拉應(yīng)力，相應(yīng)位置截面內(nèi)力為N＝18 878 kN，M＝14 467 kN·m，經(jīng)驗(yàn)算，主梁承載力滿(mǎn)足要求。

5 主塔拆除時(shí)機(jī)的分析

原拆除施工方案中，在中跨主梁拆除至6#段（6#斜拉索）后，保留1#～5#斜拉索，開(kāi)始第1階段的主塔拆除?？紤]到300 t浮吊進(jìn)場(chǎng)較晚，為了盡可能地縮短工期，在保證安全的前提下，盡可能晚地拆除主塔。在計(jì)算中，偏安全地假定在主梁拆除至1#索后（即拆完2#索和主跨2#段）開(kāi)始拆除主塔。

橋址處為A類(lèi)地表，按100年重現(xiàn)期，設(shè)計(jì)基本風(fēng)速取Us10＝1.174×32.8≈38.5 m/s，橋面高度Z＝10.74 m處的設(shè)計(jì)風(fēng)速為Ud＝1.05×（10.74/10）0.12×38.5＝40.8 m/s。根據(jù)施工時(shí)長(zhǎng)，確定施工階段的設(shè)計(jì)風(fēng)速Usd＝0.88×40.8≈35.9 m/s，由此確定施工階段等效靜陣風(fēng)風(fēng)速Ug＝1.25×35.9≈44.9 m/s。

主塔的橫向動(dòng)力系數(shù)CD＝1.9，主塔的縱向動(dòng)力系數(shù)C'D＝1.3；主梁的橫向動(dòng)力系數(shù)CH＝1.6。在施工風(fēng)荷載作用下，主梁最大懸臂階段結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模態(tài)如圖7所示。

圖7 主梁最大懸臂階段結(jié)構(gòu)失穩(wěn)模態(tài)圖

由圖7可知，最大懸臂階段結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定安全系數(shù)為42.8＞6，滿(mǎn)足要求。

根據(jù)抗風(fēng)規(guī)范[1]的經(jīng)驗(yàn)公式，可確定斜拉橋的扭轉(zhuǎn)基頻為0.849，顫振穩(wěn)定指數(shù)為3.4，并由規(guī)范公式求得橋梁結(jié)構(gòu)的顫振臨界風(fēng)速為105 m/s，顫振穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

在施工風(fēng)荷載作用下，裸塔階段結(jié)構(gòu)失穩(wěn)模態(tài)如圖8所示。

圖8 裸塔階段結(jié)構(gòu)失穩(wěn)模態(tài)圖

由圖8可知，裸塔階段結(jié)構(gòu)的縱向穩(wěn)定安全系數(shù)為53.9＞6，滿(mǎn)足要求。

綜上所述，主梁拆除到主跨1#索后（即拆完2#索和主跨2#段）開(kāi)始拆除主塔，主塔和主梁本身為穩(wěn)定體系，結(jié)構(gòu)受力均滿(mǎn)足要求。

6 結(jié)語(yǔ)

上海市泖港大橋老橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常精細(xì)，主梁配筋非常經(jīng)濟(jì)，很難滿(mǎn)足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，在拆除過(guò)程中存在比較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。施工單位對(duì)老橋拆除施工方案進(jìn)行多次修改與完善，施工監(jiān)控單位配合施工單位對(duì)老橋結(jié)構(gòu)以及拆除施工進(jìn)行了精細(xì)分析，為老橋拆除施工方案的優(yōu)化與實(shí)施提供了有力的技術(shù)支撐。

泖港大橋老橋已成功拆除完畢，拆除過(guò)程中所積累的結(jié)構(gòu)分析與施工經(jīng)驗(yàn)可為其他類(lèi)似項(xiàng)目提供借鑒。