大跨徑懸索橋拆除工程模擬計算分析

錢賢青

摘? 要：懸索橋能夠充分利用材料的強度，用料省、自重輕，跨越能力最大。近些年來，懸索橋在大跨徑橋梁建設(shè)中取得快速發(fā)展。某鋼桁架懸索橋技術(shù)狀況較差，承載能力不滿足規(guī)范要求，需對原橋進(jìn)行拆除。該文通過有限元分析模擬懸索橋不同拆除工況，根據(jù)不同工況計算結(jié)果確定懸索橋?qū)嶋H拆除方案，保證拆除過程中結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及安全性，并明確懸索橋?qū)嶋H拆除方案中具體施工流程及施工要點，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：懸索橋;拆除工況;有限元分析

中圖分類號：U448? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 橋梁概況

某鋼桁架懸索橋橋跨布置為（24.2+18.5+3×20.5）m引橋+240 m（懸索橋）+（4×20.5）m引橋;主纜矢高為24.0 m，

矢跨比f/L=1/10;設(shè)計荷載：汽車-超20級，掛車-120，人群3.0 kN/m2;橋面全寬：0.5 m（防護(hù)帶）+1.0 m（人行道） +9 m（機動車道）+1.0 m（人行道） +0.5 m（防護(hù)帶）=12 m。原橋橋型布置如圖1所示。

原橋加勁梁采用的是234 m×12 m×2.7 m的華倫式鋼桁架，加勁鋼桁架在工廠加工成6 m節(jié)段，現(xiàn)場拼接成12 m長節(jié)間。鋼桁架縱梁由上、下弦桿、斜桿及豎桿組成。橋面板為跨徑596 cm、厚30 cm的預(yù)制鋼筋混凝土實心板，中板寬199 cm，邊板寬174 cm。主纜由19束91根Φ5高強鍍鋅平行鋼絲索股組成，直徑為240 mm，主纜鋼絲無應(yīng)力長度為461.86 m。吊索采用帶PE套的61Φ7高強鍍鋅平行鋼絲，吊索間距6 m，全橋共39對。主塔采用矩形截面的門式主塔，塔高67.8 m。兩塔柱基礎(chǔ)均采用擴大基礎(chǔ)。

根據(jù)橋梁外觀檢測、特殊檢測結(jié)果及承載能力評定結(jié)果，現(xiàn)有主橋技術(shù)狀況較差，承載能力不滿足規(guī)范要求，運營風(fēng)險及維修加固成本較高，擬對主橋采取拆除方案。

2 懸索橋拆除

2.1 拆除總體思路

懸索橋拆除是該項目的重點及難點，主要包括拆除橋面系、鋼桁架、纜索系統(tǒng)及主塔。拆除方案總體思路如下：

（1）懸索橋拆除過程的安全是拆除方案制定的根本。

（2）充分考慮懸索橋的受力特點、構(gòu)造特點及原橋的設(shè)計理念、施工方法及目前病害狀況的前提下，制定拆除方案。

（3）懸索橋構(gòu)件拆除總體順序與建設(shè)時相反，即按順序拆除橋面系、橋面板、鋼桁架、纜索系統(tǒng)、主塔。

（4）橋梁拆除方案考慮機械、設(shè)備的作業(yè)能力。

（5）原橋主塔為擴大基礎(chǔ)，從受力角度考慮，主纜拆除前主塔的安全是控制重點。

（6）懸索橋主纜內(nèi)力大、跨度長，拆除過程的控制較為重要。

2.2 拆除方案

懸索橋拆除方案為從跨中向兩側(cè)主塔方向分節(jié)段對稱拆除橋面板和鋼桁架，每節(jié)段6 m長。橋面系和鋼桁架均分3階段拆除，第一階段，分節(jié)段拆除最外側(cè)兩塊橋面板;第二階段，分節(jié)段拆除中間兩塊橋面板;第三階段，分節(jié)段拆除最內(nèi)側(cè)兩塊橋面板和鋼桁架。

2.3 拆除總體步驟

該次拆除，考慮將橋面板與橋面鋪裝采取“整體切割、汽吊機吊離”的拆除方式，拆除卸載原則：“同步、對稱、均衡”。原主橋（懸索橋）拆除的總體步驟如下：

第一步：對原主橋進(jìn)行改造（檢測及加固），并安裝相關(guān)監(jiān)測設(shè)備;第二步：先分塊整體拆除兩邊橋面系、橋面板，再拆除剩余橋面板及鋼桁架;第三步：拆除主纜;第四步：切割主塔上塔柱形成新建連續(xù)剛構(gòu)橋的過渡墩。

2.4 拆除計算分析

2.4.1 鋼桁架應(yīng)力

第一階段拆除過程中，拆至第六節(jié)后，鋼桁架應(yīng)力最大140 MPa;第二階段拆除過程中，拆至第六節(jié)段后，鋼桁架應(yīng)力最大174 MPa;第三階段過程中，拆至第八節(jié)段后，鋼桁架應(yīng)力最大194 MPa。三階段過程中，鋼桁梁最大應(yīng)力均未超過材料允許應(yīng)力，從控制應(yīng)力角度出發(fā)，該拆除工況可行。

2.4.2 主纜變位

第一～第三階段拆除過程中，主纜垂點豎向變位及主纜塔頂縱向變位如圖2所示。三階段過程中，主纜垂點豎向變位及主纜塔頂縱向變位滿足規(guī)范要求，從控制主纜變位角度出發(fā)，該拆除工況可行。

2.4.3 鋼桁梁梁端豎向變位

第一～第三階段拆除過程中，鋼桁梁梁端豎向變位如圖3所示。三階段過程中，鋼桁梁梁端豎向變位滿足規(guī)范要求，從控制鋼桁梁梁端豎向變位角度出發(fā)，該拆除工況可行。

2.4.4 主纜內(nèi)力

第一～第三階段拆除過程中，主纜內(nèi)力如圖4所示。三階段過程中，主纜內(nèi)力滿足規(guī)范要求，從控制主纜內(nèi)力角度出發(fā)，該拆除工況可行。

通過模擬拆除施工階段的仿真分析，拆除方案一按工況五，分三階段拆除，在拆除過程中主纜變位、主纜內(nèi)力、鋼桁梁應(yīng)力等控制指標(biāo)均在安全范圍之內(nèi)，是可行的拆除方案。

2.5 施工流程

（1）主橋橋墩基礎(chǔ)施工，同時搭設(shè)水上鋼浮箱（在水上鋼浮箱未搭設(shè)前，盡可能利用原橋作為新建連續(xù)剛構(gòu)水中基礎(chǔ)施工運輸通道）。

（2）主塔、主梁、主纜控制截面安裝監(jiān)測設(shè)備。

（3）鋼桁架梁端設(shè)置臨時限位裝置。

（4）改造索鞍為可滑動狀態(tài)，并進(jìn)行試頂推。

（5）從跨中向主塔依次切割橫橋向最外側(cè)橋面板，利用汽吊機吊至運輸車運離橋面。

（6）同樣的方式依次拆除次外側(cè)兩塊橋面板，保留中間2塊橋面板作為下階段的拆除通道。

（7）鋼桁架內(nèi)部搭設(shè)拆除支架及拆除平臺。

（8）逐節(jié)段從跨中向主塔拆除剩余橋面板及鋼桁架，利用中間2塊橋面板作為平臺，運離橋面。

（9）拆除主纜。

（10）鏈鋸與盤鋸相結(jié)合方式分段切割主塔，改造為過渡墩。

2.6 施工要點

懸索橋拆除前，應(yīng)委托專業(yè)機構(gòu)，針對懸索橋拆除過程的受力情況，對全橋各構(gòu)件進(jìn)行檢測及安全評估;因主桁架的應(yīng)力是拆除方案及工序控制的重點，建議在構(gòu)件檢測評估同時，對主桁架重要構(gòu)件（象上、下縱梁）進(jìn)行材料性能試驗，并依據(jù)檢測、試驗結(jié)果調(diào)整優(yōu)化拆除施工方案，保證拆除過程的安全。

2.6.1 橋面系、橋面板拆除

全橋橋面板順橋向分塊長度與主梁節(jié)段一致，橫橋向布置6塊。第一階段：采取整體切割、橋面汽吊吊離的方式，逐節(jié)段順橋向拆除兩最外側(cè)橋面板和鋪裝（由跨中向主塔方向?qū)ΨQ拆除）。

2.6.2 鋼桁架拆除

從跨中向主塔逐節(jié)段拆除橋面系和鋼桁架，利用汽車吊從橋面直接拆運。同一節(jié)段拆除時，按照“橋面鋪裝—橋面板—上風(fēng)構(gòu)—橫梁—下風(fēng)構(gòu)—縱梁”的順序。桁架節(jié)段拆除時，每一構(gòu)件的拆除均應(yīng)提前做好吊裝準(zhǔn)備再拆除，以保證拆除過程的安全。

2.6.3 主纜拆除

采用卷揚機在兩側(cè)散索端分別做臨時牽引（牽引力不小于空纜內(nèi)力），從散索端切割主纜，在卷揚機牽引作用下，緩慢地將主纜下放至跨中水面浮箱上，用船只拖離。主纜切割后下放過程中，在自重作用下，隨著主纜向主跨方向滑動，索鞍同方向滑動，在索鞍即將頂死鞍座前，應(yīng)停止下放，反向頂推索鞍至背索端，再開始下放主纜。在切割散索和主纜下放過程中，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控主跨段和背索段主纜索力、各索鞍滑動量、主塔偏位等關(guān)鍵控制因素，當(dāng)與理論值不符時，應(yīng)立即停止施工，并分析原因。

3 結(jié)語

近些年來，懸索橋廣泛應(yīng)用于大跨徑橋梁建設(shè)中。該文結(jié)合某跨徑為260 m懸索橋拆除工程實例，通過有限元計算分析軟件模擬懸索橋拆除工況，通過計算分析以保證拆除過程中結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及安全性，為類似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]林君武.基于Midas的懸索橋倒拆分析方法探討[J].四川建材，2017（3）：96-97.