某3跨连续箱梁桥的拆除方案设计

吴　刚,华龙海

(天津市政工程设计研究院,天津300457)

摘　要:以某(18+26.4+18)m 的3跨连续箱梁桥拆除施工为背景,提出利用贝雷梁和吊杆固定主梁,采用钻石钢线切割法将主梁切割成3段,利用架桥机调离中跨主梁移到空旷地带破碎,两侧边跨及中跨2m 余留段采用满堂支架就地破碎的拆除方案。为确保施工安全,采用有限元软件分析施工中结构内力和变形。结果表明,贝雷梁下挠幅度较主梁大,造成两侧吊杆拉力大,中间吊杆拉力小,因此在起吊前对吊杆进行了预张拉,在起吊中过程进行吊杆轴力调整。该桥现已拆除完毕,整个过程安全可控。

关键词:连续梁桥;箱形梁;旧桥;拆除;贝雷梁;吊杆;方案设计中图分类号:U448.215;U455.6

文献标志码:A

文章编号:1671-7767(2011)02-0077-04

收稿日期:2011-01-17作者简介:吴　刚(1980-),男,工程师,2001年毕业于同济大学交通土建工程专业,工学学士,2007年毕业于华南理工大学建筑与土木工程专业,工程硕士(E 2mail :602696234@qq.com )。

1　前　言

基础设施的建设直接关系到城市功能的改善、经济的发展、人们出行的方便,但部分桥梁的适应性

已不能满足运营要求[1],制约着城市的发展,因此需要进行拆除[2]。依据桥型及所处地理位置的不同,可采取不同的方法拆除旧桥[3]。由于旧桥规模大,周边建筑密集,下边有交通需求等原因,旧桥的拆除难度往往较大。

目前国内在桥梁拆除过程中的施工方法和工艺还不够系统、完善和成熟,没有统一的标准或规范指导旧桥拆除施工。虽然国内在拆桥过程中已发生数起安全事故,但仍没有引起广大工程技术人员的重视,国内可检索到相关文献少之又少。本文以一座3跨连续箱梁桥为背景,介绍了该桥拆除方案,为确保施工安全,采用有限元软件分析施工中贝雷梁、主梁和吊杆内力和变形。2　工程概况

某桥为一座(18+26.4+18)m 的3跨连续箱梁桥[4],桥面宽3.5m ,高1.2m 。随着地方社会经济的发展,该桥已不能满足运营要求。经有关部门研究,决定拆除该桥,在原址修建一座大型立交。该桥虽然跨径不大,但由于其上跨铁路干线,且铁路运输繁忙,中断时间有限,拆除难度较大,需要采用最安全稳妥的方案进行拆除。

位于铁路线正上方的中跨是需要重点考虑的部位。由于要保证铁路通车安全,在拆除期间,不能在梁下架设支架,只能采取切割吊移方案。但是切割

吊移方案的施工风险远远大于常规拆桥方案,稍有

不慎,就可能导致吊杆断掉、梁身断裂、承重梁失稳破坏等后果发生。一旦出现这些情况里的一种,都会导致下边铁路无法通车,在经济上造成重大损失。

经比选,确定拆除方案为:在主梁上设置6排贝雷梁(在拆除过程中起到固定梁体的作用),把贝雷梁和主梁中跨部分通过精轧螺纹钢吊杆紧密连接(见图1),用HIL TI 钻石钢线切割机[5]将铁路线正上方的长22.4m 的主梁横向切断,把主梁纵向切为3段,再由架桥机将贝雷梁和主梁整体吊起移出铁路范围外破碎;两侧边跨及中跨2m 余留段采取满堂支架就地破碎拆除

。

图1　贝雷梁与箱梁连接示意

沿桥横向布置2根主纵梁,每根主纵梁由单层

3排贝雷梁并排组成[6],每排9片,每排之间用支撑架连接,在起吊点位置2排贝雷梁之间用型钢斜撑架加强连接。贝雷梁长27m ,在墩顶位置垫起。拼接时先将三角形单片与弦杆组成安装单元,3～5个三角形单片组成1个安装单元[7]。吊杆的间距为1.25～3m ,共9根,从左到右依次编号为1～9。主梁起吊示意如图2所示。

图2　主梁起吊示意

3　实体建模分析3.1　有限元模型

为确保施工安全,采用M IDAS

进行建模[8],计

算参数:箱梁混凝土采用C40;贝雷梁采用16Mn 钢;上、下弦杆采用2根10号槽钢;竖杆采用8号工字钢[9]

;吊杆采用<25精轧螺纹钢。3.2　计算结果及分析

图3为贝雷梁和主梁受力后的变形情况,具体结果见表1(拉为正压为负)。

图3　贝雷梁和主梁受力后的变形示意

表1　吊杆理论轴力

kN

吊杆编号

吊杆轴力

吊杆编号

吊杆轴力1762

6　-8.9

2-1497-1393-1398-1494-8.99

762

5

40.7

　　由表1可知,吊杆轴力有正有负,其原因主要是由于模型模拟的时候,吊杆采用两端铰接的贝雷梁单元模拟(根据实际情况模拟),但是由于承重贝雷梁的整体截面刚度远远小于下边吊着的混凝土箱梁,导致贝雷梁的下挠幅度很大,达5cm ,而22.4m 的混凝土主梁即使按两端支承计算,其跨中挠度也只有1.2cm 。从贝雷梁和主梁的变形(见图3)情况也可以直观地看出,

有的吊杆变长了,有的变短了,

相应的吊杆轴力就有正有负。但是这样造成了中间的吊杆轴力很小,外侧的吊杆轴力很大,甚至超出了精轧螺纹钢的设计强度,理论上吊杆有断裂的可能。等外侧2根吊杆断掉以后,经过重新分配内力,次外侧的2根吊杆也会经受不住拉力而断裂,然后是再次外侧的吊杆,最后全部吊杆断掉,主梁下坠。

为避免以上情况发生,需要给吊杆一定的预拉力。这个办法与建设新桥时候满堂支架预压道理上类似,就是等承重贝雷梁和下部待拆主梁用吊杆连

接起来后,通过调节吊杆上的螺栓来给吊杆施加一定的拉力。在还没有切割主梁的时候,让贝雷梁先有一定程度的下挠,这个下挠值与主梁切断以后,贝雷梁在主梁的自重作用下产生的挠度越接近越好。3.3　吊杆内力调整方法及计算结果

(1)第一步。假设贝雷梁的刚度无限大,得到吊杆在主梁自重作用下的轴力,这个轴力就是贝雷梁和主梁变形完成后吊杆的轴力。在比较均匀的轴力作用下,贝雷梁、吊杆和主梁受到的力都是最佳的、最均匀的。吊杆轴力见表2。

表2　起吊前吊杆轴力及应力

吊杆编号

起吊前吊杆轴力/kN

占主梁自重的比例

起吊前吊杆应力/MPa

1

134.30.143136.8292.50.09994.2383.40.085.04101.90.109103.85112.80.120114.96101.90.109103.8783.40.085.02.50.09994.29

134.3

0.143

136.8

　　由于主梁两端处于悬臂状态,所以1号、9号吊杆的轴力较大,2号、3号、7号、8号吊杆的轴力较

小。4号～7号由于远离悬臂端,所以轴力比较均匀,基本上相当于长3m 的梁体自重。这些吊杆的轴力均远小于<25mm 精轧螺纹钢所能承受的拉力。

主梁在自重和吊杆拉力作用下的弯矩、应力见图4、图5。分析可知,最大弯矩为122.1kN ・m (靠近1号、9号吊杆附近),其相应的应力值为0.4M Pa (拉为正压为负)(在主梁上缘)、-0.5M Pa (在箱梁下缘),均在混凝土容许应力范围内。

(2)第二步。把表2中的吊杆拉力作用在贝雷

图4　切割后主梁在自重和吊杆拉力作用下的弯矩

图5　切割后主梁在自重和吊杆拉力作用下的应力

梁上,查看贝雷梁的受力情况,贝雷梁用于结构工程支架的关键问题是预控贝雷梁的变形[10]。计算结果见图6、图7。从图可知,贝雷梁跨中最大位移8.5cm ,单元最大拉应力为1.6MPa ,最大压应力为185.9M Pa ,均小于[σ]=273MPa

。

图6　

贝雷梁在吊杆拉力作用下的受力和变形示意

图7　贝雷梁在吊杆拉力作用下的单元应力

(3)第三步。验算在切割梁体前、预张拉吊杆

后主梁的受力情况。因为切割前主梁还是一个3跨连续梁,是一个整体,此时主梁中跨受到了9个点作用的向上的拉力。

因为该桥已建成多年,其梁体应力情况与当初建成时已发生了些变化,所以未去模拟全桥,只把待切割部分拿出来进行了计算。从计算结果(见图8)来看,

应力变化幅度很小,而且由于吊杆是向上拉的,所以不管现在梁体里储存的应力有多大,结构都是安全的,不会发生突然断裂的情况。

图8　切割前、预张拉吊杆后主梁应力

相对拆桥前主梁应力变化

(4)第四步。在切割完梁体后,需要进行吊装,

根据施工方案,架桥机的吊钩作用在贝雷梁的1号、9号吊杆所对应的位置上,承重贝雷梁的两端呈悬

臂状态,原有支点往内侧各移了4.5m 。从计算的角度讲,相当于在贝雷梁两侧各加了一个1325kN ・m 的弯矩。由于在体系转化的过程中主梁的

挠度变化很小,所以在计算吊杆内力变化的过程中

可以忽略主梁挠度的变化,直接把吊杆下端固结,这

样计算出的吊杆内力为起吊时吊杆在贝雷梁两端弯矩的作用下产生的轴力。因为吊杆下端实际上是主梁,不是固结的,所以计算出的轴力比实际轴力要大。计算结果见表3。

表3　起吊时吊杆轴力及应力

吊杆编号

起吊时两端弯矩作用下吊杆产生的轴力/kN

吊杆轴力最大值/kN

吊杆最大拉应力/MPa

1

0134.3136.8277.392.594.23117.8117.8120.0480.7101.9103.8551.5112.8114.9680.7101.9103.87117.8117.8120.0877.392.594.29

134.3

136.8

　　由表3可知,整个起吊阶段吊杆的拉应力最大

为136.8M Pa ,远小于精轧螺纹钢的抗拉设计强度。图9为贝雷梁在起吊时的应力,其中最大拉应力为86.1M Pa ,最大压应力为82.2M Pa ,均小于[σ]=273M Pa ,说明起吊时是安全的。

图9　贝雷梁在起吊时的应力

4　结　语

该桥按照此拆除方案,已经顺利拆除完毕。本

文提出的拆除施工工艺新颖,拆除过程达到了安全、顺利、快捷、环保的目标。全桥拆除过程历时1周,施工前制定的工艺得到了很好的执行,取得了理想的效果,相关技术和措施可为同类工程提供借鉴[5]。参　考　文　献:

[1]侍　刚,张若刚,李国栋.某钢筋混凝土旧桥承载能力评

估[J ].世界桥梁,2010,(2):63-69.

[2]杨学祥.老红星桥拆除施工[J ].世界桥梁,2010,(1):

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[3]郑　越,田中亚.顶推法在拆桥中的应用[J ].公路,

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施工汇报方案[Z].2009.

[5]魏志成.城市高架桥拆除施工技术及贝雷梁托架验算

[J ].建筑结构,2010,(S1):459-461.

[6]金　辉,邵红勇,王小岗.基于考虑次内力的贝雷梁挂篮

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[8]张欣禹,张星云.沈阳市某预应力混凝土连续梁桥的病

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北京:人民交通出版社,2002.

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(3):118-119.

Design of Demolishing Scheme for a32Span

Continuous Box G irder B ridge

WU Ga ng,HUA L ong2hai

(Tianjin Municipal Engineering Design and Research Institute,Tianjin300457,China)

Abstract:For t he demolishing const ruction of a32span continuous box girder bridge wit h span arrangement(18+26.4+18)m,a demolishing scheme was p roposed and designed,i.e.,t he main girder of t he bridge was stabilized by t he bailey truss and suspenders,t he girder was cut in2 to3sections by t he diamond steel wire cutting met hod,t he sectio n of t he girder over t he cent ral span was lifted away by t he overhead launching gantry and shifted to an open ground where it was t hen bro ken into pieces.The side spans flanking t he cent ral span and t he22m remaining sections of t he cent ral span were broken in sit u on staging.To ensure t he const ruction safety,t he internal force and deformation of t he st ruct ure in t he const ruction p rocess were analyzed by t he finite ele2 ment software.The result s of t he analysis indicated t hat t he deflection of t he bailey t russ was greater t han t hat of t he main girder,which caused great tensile force in t he suspenders at bot h sides of t he truss and little tensile force in t he suspenders in t he middle.In t hat case,t he sus2 penders were p re2tensio ned before lifting and in t he lifting p rocess,t he axial forces of t he sus2 penders were adjusted.Presently,t he demolishing of t he bridge has been completed and t he whole process of t he demolishing is safe and cont rollable.

K ey w ords:continuo us girder bridge;box girder;old bridge;demolishing;bailey t russ;sus2 pender;scheme design

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《世界桥梁》编辑部

2011年3月