老桥拆除吊车支腿集中力作用于实心梁板分布方式的可靠度分析——以东流港老桥拆除施工为例

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1 简支梁老桥现状概述

桥梁是公路设施的重要组成部分，也是交通运输的咽喉，在使用过程中受环境、车辆、侵蚀、超限等诸多因素影响，容易遭到不同程度的破坏，形成交通安全隐患。简支梁桥遭到的破坏主要表现为梁端支撑受力不均、制作老化滑脱、梁体受力不均；铰缝纵向开裂严重，横向连接削弱，桥面系整体受力性能差，单板或单梁受力特征显著；桥面开裂、磨损、老化、剥落等。

老桥危害形成的主要原因如下：

（1）修建时间长。简支桥梁大多建于2000年前，按1989年颁布的设计技术标准建造。

（2）工艺技术制约、设计标准低。受当时条件、资金和技术力量的影响，桥梁荷载设计标准大多为汽-10、汽-15、汽-20、履带-50、挂车-80、挂车-100。由于受当时条件制约，大多就地取材，土法上马，施工工艺和技术含量低，材质一般都不能满足相关要求。

（3）交通量大及超限运输影响。随着二级公路收费站的取消、高速公路的分流和地方经济的快速发展，交通量剧增，数十吨及上百吨的超限车辆肆意横行，导致桥梁结构实际受力状况超出设计容许值，直接造成结构破坏。

传统拆除方案的编制一般依据老桥的设计规范，对集中力按汽车或挂车荷载技术标准进行分布，1片梁在规范荷载内承受不了时，就按2片或多片梁一起分担，比较简单粗暴，没有按梁板实际受力分布情况对梁板自身承载力进行分析。文章通过对梁板实体自身承载力进行建模分析，验证了传统荷载分布方式作用于老桥的可靠性。

2 东流港老桥概况

东流港老桥建于1997年，是规格为7m×6.6m的钢筋砼实心板，桥梁全长54.2m，桥面宽度为14m，设计荷载等级为汽-20，挂-100；下构为盖梁柱式墩，桥台采用U形桥台，基础采用扩大基础，桥台采用浆砌片石。该工程中桥台砌石局部开裂、砌缝松散，基础有一定冲刷；主梁板下挠严重，影响桥梁结构稳定。老桥不满足现今车辆通行需要，拟拆除老桥原址重建新桥。东流港桥现状如图1所示。

图1 东流港桥现状

老桥为7跨，每跨长6.6m，桥面宽度为14m，每跨共14片梁板，每片梁板为1m宽、0.4m厚的钢筋砼实心板，全桥共98片梁板，单片梁重6.6t，梁板砼为C50。每跨帽梁长度为14m，宽度为1m，厚度为0.8m。原老桥墩柱由直径为0.4m的预制管桩组成，共6排，每排20根，共计120根预制管桩。东流港老桥立面图、断面图如图2、图3所示。

图2 东流港老桥立面图

图3 东流港老桥横断面图

3 老桥梁板拆除及吊装工艺

3.1 老桥梁板拆除施工

桥面砼用风炮机结合人工每跨逐一拆除，该方案为桥面砼破除一跨吊装一跨，直至吊装完成。梁板切割采用顺桥方向切割，间距为1m，整个桥梁板共需绳锯切割13个截面，长度为46.2m。在每片梁之间打2个吊装孔，因此梁板拆除需打2×98=196个吊装孔。梁板用1台汽车吊起吊，起吊前应检查梁板的捆绑与吊机吊钩之间的牢固性。现场应有专人指挥，吊臂应伸到梁板的中心上方，慢慢起吊，在梁板的两端设牵引绳，以便控制梁板使其平稳、准确地放置在运输车上，运输车上应放有枕木。吊装时必须保证在吊车的起重半径内作业，作业范围超出许可操作半径时，应及时调整吊车位置。

3.2 梁板吊装施工方法

先切割梁体，后用1台50t的汽车吊吊放至运输车上运走。拆除前需先切割梁板端头处的连接，再切割梁板之间的铰缝连接，使连成整体的梁板断开，成为单独的一片梁板。为使钢丝绳有效捆绑空心梁板，在距梁端头1m处钻取直径为20cm的圆孔，作为穿钢丝绳的吊装孔。采用1台50t汽车吊由北向南，每跨由两边至中间依次将空心板吊起，第1跨板之间的连接全部断开以后，通过圆孔下穿钢丝绳，然后落放在运输车上运走（施工第一跨时其余跨板之间的连接不应断开，保证整体稳定）。

具体施工工艺如下：将汽车吊摆放到指定位置（即紧靠桥墩架设），支放平稳，保障4条支腿均匀受力。架设吊车时应在支腿下摆设钢板或道木。吊车支放完毕后，梁板托运车开或退到吊车作业半径内，停稳后操作工人用卡环将钢丝绳和桥板卡住后，挂入吊车吊钩。吊车同时缓慢起钩，待板梁吊离帽梁5cm时，吊车停止起升。操作人员需再次对吊索和吊车进行检查，确定没有问题后由指挥人员指挥吊车，平稳起升达到一定高度后，通过旋转或变幅，吊车将板梁摆放到运梁车上，操作人员对板梁进行校正，确认无误后方可进行下一块板梁的吊装。

4 吊车支腿集中力作用于梁板的可靠度分析

4.1 老桥设计规范下梁板承载力验算

（1）梁板自重计算。单块板厚0.4m、长6.6m、宽1m，每片梁重6.6×1×0.4×2.5=6.6t。

（2）老桥桥梁承载力验算。老桥设计荷载等级为汽-20、挂-100。汽车吊工作时最不利的情况是三点着地，也就是3个支腿支持整台吊车的重量（包括自重、荷重、汽车吊自重，取40.4t）。单个支腿最大支承力。依据《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—1989）中的表3.12，只要支腿集中力每块板的分布不大于130÷2=65kN，即可满足老桥承载力要求（汽-20后轮着地宽度及长度分别为0.6m、0.2m）。对此，在每个支腿下设置规格为2.5m×2.5m的枕木，使枕木横跨3片梁板，单个支腿最大支承力为3×65kN=195kN＞157kN，满足要求。

4.2 梁板受力实体单元建模复核

利用迈达斯FEA对单梁板进行建模分析，支腿通过枕木分布压力荷载，使分布在梁上的平面荷载为157÷2.2×2.5=25.12kN/m2，具体作用于1片梁上的面积为1×2.5=2.5m2。

通过对现状桥梁边跨一单板进行剥凿，单片梁板构造及钢筋布置如图4所示。通过迈达斯FEA建立单片梁受力模型如图5所示，梁板跨中受力，支座设置为铰接。

图4 单片梁板构造及钢筋布置图（单位：m）

图5 单片梁受力模型

单个支腿最大支承力F=157kN，受力面积A=6.25m2，则面压力荷载δ的计算公式如下：

梁板自重设置如下：自重因子设置Z方向-1。

通过迈达斯FEA运行计算，结果如图6～图8所示。

图6 钢筋拉应力图

图7 梁板变形图

图8 混凝土拉应力图

吊车单个支腿最大支承力作用下钢筋最大拉应力为7.85MPa＜360MPa，满足要求。

依据《混凝土结构设计规范（2015年版）》（GB 50010—2010），梁板容许挠度为6.6÷250=0.0264m=26.4mm，大于吊装时实际变形挠度0.437mm，满足要求。

梁板混凝土最大拉应力为1.659MPa，小于《混凝土结构设计规范（2015年版）》（GB 50010—2010）中C50混凝土轴心抗拉强度设计值ft=1.89MPa，满足要求。

5 结论

（1）老桥拆除吊装，吊车支腿要考虑最不利三点着地的情况下单个支腿的最大支承力。

（2）老桥拆除时，要对吊车支腿作用于梁板的集中荷载进行适当分布，使每片梁的作用荷载小于老桥对应设计规范中的要求，这样可使老桥在吊装过程中处于安全状态。

（3）对于老桥的设计承载力，一定要对应老桥的相应设计规范要求。