半幅分割拆橋下部結(jié)構(gòu)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(yè)技術(shù)學(xué)院交通與市政工程系 德陽 618000)

隨著我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的飛速發(fā)展，一些既有橋梁由于自身結(jié)構(gòu)老化或航道等級不足等原因阻礙了新的城市規(guī)劃與發(fā)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(fā)生，造成了一定的社會影響和經(jīng)濟損失[1]。一般原有橋梁是整幅結(jié)構(gòu)的，大多采取整幅拆除重建、同時搭設(shè)鋼便橋臨時改道的方法；但有些市政橋梁所處位置特殊，現(xiàn)場沒有多余位置搭設(shè)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(jié)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(xiàn)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(guī)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(jīng)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(cè)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(cè)設(shè)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(nèi)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(shù)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?yōu)槟媳?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(tài)的穩(wěn)定過程，盲目拆除易造成剩余結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，所以對結(jié)構(gòu)的任何改變都應(yīng)保證剩余結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，蓋梁切割分段應(yīng)保證剩余結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[4]。根據(jù)2017年青浦區(qū)農(nóng)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(jié)構(gòu)的強度、剛度、穩(wěn)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(jīng)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(tài)進行下部結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(jù)規(guī)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(shù)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(yīng)影響線面積，m2；yk為集中荷載對應(yīng)影響線豎標(biāo)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(shù)m計算

支點截面用杠桿原理法計算荷載橫向分布系數(shù)m。為計算簡便，將空心板鉸縫兩側(cè)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(guī)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(yīng)的影響線豎標(biāo)值ηi后，可計算出荷載橫向分布系數(shù)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(dān)到的反力Ri=R×mi。計算結(jié)果見表1。

表1 mi、Ri計算結(jié)果 kN

3 幅、半幅蓋梁與立柱內(nèi)力比較分析

3.1 建立模型

用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器建立蓋梁、立柱剛架模型，輸入對應(yīng)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(jié)構(gòu)計算模型(單位：N)

3.2 內(nèi)力、位移計算

利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器進行多次超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移計算，下部結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)分析結(jié)果

2種狀態(tài)內(nèi)力值、位移值結(jié)果對比見表2。

表2 半幅拆除前后結(jié)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(zhuǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)而言，蓋梁、立柱的內(nèi)力和位移全部有所增加，但其增加的絕對內(nèi)力值、位移值很小，不會對半幅結(jié)構(gòu)產(chǎn)生實質(zhì)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(guī)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(shè)鋼便橋或因搭設(shè)鋼便橋造成的工期、成本增加的問題。