跨线等截面箱梁桥顶推拆除计算

跨线等截面箱梁桥顶推拆除计算

肖一文朱慈祥吴威林磊

(武汉二航路桥特种工程有限责任公司武汉430000)

摘要以某高速公路桥梁顶推法拆除为工程背景，对等截面连续梁拆除顶推过程采用麦达斯软件进行建模分析，计算了箱梁起吊过程的受力情况，以及顶推过程中多种工况下箱梁及支架的受力情况，得出了该桥顶推拆除过程安全可靠的结论。

关键词顶推等截面连续梁跨线拆除计算

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.021

收稿日期：2015-02-18

1工程概况

该桥是某高速公路上的一座大桥，跨径组合为3联12跨，每跨40m(其中第4跨下方为城市主要交通干线，交通量非常大，第3跨下方为空地)，桥梁全长495.43m，上部结构为单箱单室等截面预应力混凝土连续箱梁，梁高2.4m，顶板宽12m，底板宽5.8m，腹板为斜腹板，全桥由2幅组成。原桥设计荷载：汽车-超20级，挂车-120级。下部结构为双支点盖梁独墩，桩基础。因该桥第4跨横跨市区交通要道，业主要求拆桥期间不中断市区主道交通运行，项目部采取双排布设6个临时顶推支架和6套顶推设备(如图1)，将第4跨箱梁整体顶推平移至第3跨位置，再整体下放第4跨箱梁至第3跨地面。第4跨顶推系统按图1所示位置进行安装。

图1　第1联顶推系统布置图(从右往左顶推)(单位： cm)

2顶推施工工艺简介

箱梁顶推平移前，在桥下浇筑混凝土临时扩大基础，待强度达到设计要求后，利用叉车将标准节段支架安放在混凝土扩大基础上，支架与混凝土通过螺栓或预埋件连接，然后在钢管支架上放置顶推设备，第3跨的顶推支架及设备安装可直接在桥下进行，利用汽车吊将各构件分块拼装到位。顶推设备调试完毕后，顶推开始前，用氧割割断支座四角螺杆和连接钢板，并切断第4跨箱梁两端，调试顶推设备。

顶推动作：第一步，支架上的顶推设备将第4跨箱梁梁体同步逐级顶升至设计吨位，箱梁脱离盖梁后，顶推设备托起箱梁往第3跨方向平移25cm；第二步，顶推设备下放梁体落至临时支撑钢筒上，顶推设备水平油缸回缩，回原位，再从第一步开始，通过这样不断循环的过程来实现顶推箱梁。顶推时，应注意以下问题:①采用顶推平移法施工时，各截面正负弯矩交替变化，计算时应考虑多种工况;②顶推装置上应安装顶升限位装置，确保各点顶起高度相同;③顶推时，各顶推点须同步顶起、平移、下落。新形势下，顶推施工安全提出了更高的要求，施工单位必须掌握桥梁拆除的施工技术，还必须懂得桥梁的施工拆除理论计算[1]。

3下放箱梁自身结构验算

大节段下放箱梁最长的节段为37.6m，吊点距离梁端4.8m，吊点之间的距离为28m。考虑底板束钢绞线的作用，有效预应力按50%考虑。对于下放箱梁的结构计算采用MIDAS/Civil2006软件来完成。由于箱梁为C40混凝土，查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)[2]的设计拉应力为ftd=1.65MPa，设计压应力为fcd=18.4MPa，密度26kN/m3，自重系数为1.2。在吊点的位置一端约束3个方向，一端约束Y，Z方向的线位移。根据下放吊点位置及顶推控制工况下各支点所在梁体的位置进行划分单元，最低需要划分36个单元格，计算时可以划分为108个梁单元。共分为8种工况，采用MIDAS/Civil2006软件来完成。模型图见图2。

图2　下放箱梁整体模型图

应力云图如图3所示，箱梁最大压应力为3.560 43N/mm2=3.560 43 MPa

图3下放箱梁应力云图(单位：MPa)

图4　下放箱梁变形云图(单位： mm)

由上可知，下放箱梁在设计长度和设计吊点位置吊装下放是安全可靠的。

4顶推过程箱梁自身结构验算

采用MIDAS/Civil2006软件来完成工况建立。根据顶推时各个支点所在的位置确定工况，各工况下顶推反力的计算结果见表1。

表1　各工况第4跨顶推梁段顶推反力计算表

箱梁为C40混凝土，容重取26kN/m3，自重系数为1.2。桥面铺装及栏杆的重量为20.8kN/m；系数为1.2。模型建好后，设置约束，每个工况下其中一个顶推支座的支点约束X，Y，Z方向，其他约束Y，Z方向的线位移。由于箱梁为C40混凝土，查《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[2](JTGD62-2004)的设计拉应力为ftd=165MPa，设计压应力为fcd=18.4MPa。

工况划分参考表1。对各个控制施工工况进行计算分析。分析计算第1～8种工况。由计算结果可知：最大拉应力出现在工况2(见图4)，为0.616MPa；最大压应力出现在工况7(见图5)，为5.001MPa，均满足混凝土抗裂要求。

图5工况2箱梁应力云图(单位：MPa)

图6工况7箱梁应力云图(单位：MPa)

5箱梁顶推过程支架验算

顶推钢管支架由直径×壁厚=630mm×14mm与219mm×6mm组成的空间矩形桁架标准节段，分4.5m与1.5m2种标准节段，顺桥向为4.4m，横桥向长度为1.8m，根据此几何特性建立空间杆件单元结构，依据支架结构的几何交点确定杆单元节点位置。结构自重取密度7 850kg/m3；自重系数为1.2，顶推支架底部与基础接触位置视为固端，约束X，Y和Z 方向的线位移。

根据桥梁自重计算结果并考虑摩擦系数、安全系数进行计算，可知，最不利工况2作用下顶推底座传递到支架的竖向荷载为3 953.86kN，水平荷载为197.69kN。

根据应力云图，最大拉应力为65.5MPa<205MPa，最大压应力为100MPa<273MPa。强度满足规范要求。由于组合最大应力小于抗剪强度设计值，故不对抗剪单独进行设计验算。

变形图见图6，水平最大位移为4.178mm

图7　顶推支架变形云图

稳定性满足要求。利用麦达斯计算在设计荷载作用下支点反力。水平方向最大反力为48.47kN，竖向最大反力为2 173.13kN。

由上可知，顶推支架在设计结构尺寸和设计荷载作用下是安全可靠的。

5结论

由上计算分析可知，顶推箱梁在设计顶推支点布置及设计长度下满足混凝土的强度、抗裂要求,满足支架的强度和稳定性符合要求，因此，该跨线等截面箱梁桥顶推拆除过程理论上是安全可靠的。该项目实践证明，顶推法能有效减小对交通的影响，施工过程安全、平稳，同时采取施工安全监控。

参考文献

[1]朱慈祥.混凝土连续梁(刚构)桥拆除的系统安全控制方法研究[J].路桥技术，2010(6): 81-83.

[2]JTG/D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京，人民交通出版社，2004.

[3]GB50017-2003钢结构设计规范[S].北京: 中国建筑工业出版社，2009.