拱橋拆除及施工監控技術范文

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1拆除方案

由于該橋為系桿拱橋體系，結構整體性強，跨度長、自重大，使得該橋只能在搭設支架的情況下采取分段切割配合浮吊吊運拆除的方法。為符合通航要求，支架間距設定為40m。當吊桿切斷后拱圖1橋梁立面管理施工171肋與系桿間的聯系瞬間消失，會引起橋梁結構的劇烈震動，不利于保證施工安全。因此吊桿被切斷時，在橋跨跨中部位設置一臺浮吊頂緊系桿，減小由于瞬間釋放的吊桿力引起的結構震動。在結構穩定后浮吊迅速駛離，保證航道暢通。圖2為航道內設置的臨時支架和跨中浮吊。橋梁結構拆除的一般原則為先拆除次要構件后拆除主要構件，主體結構拆除前恒載應最小。結合以上原則，該橋拆除施工步驟確定為：拆除橋面板及中橫梁，切斷吊桿，鑿除風撐，鑿斷并吊除拱肋，鑿斷并吊除系桿中段，最后將兩側系桿及端橫梁吊除。橋梁拆除施工順序如圖3所示。

2拆除方案仿真分析

在橋梁拆除過程中，結構構件的受力狀態和邊界條件隨施工工況的改變而改變，為保證拆除施工的安全性，應對拆除過程進行仿真分析，以確定關鍵控制工序的安全性。根據分析結果，影響拆除安全的關鍵工況為風撐拆除及吊桿切斷后的拱肋穩定性、系桿承載能力，系桿拱肋分段吊除過程中構件的承載能力。

2.1拱肋穩定分析在該橋的拆除過程中，中橫梁和風撐的拆除降低了構件橫向抗彎剛度和扭轉剛度，而且在吊桿切斷后，系桿和拱肋的整體性減弱，所以應對該工況之后的拱肋穩定性進行分析。在恒載和風載作用下，拱肋的第一階失穩模態均表現為拱肋面外對稱側傾失穩，最小穩定安全系數9.582。拱肋的穩定安全系數大于4~5，其穩定性滿足穩定要求。圖4給出拱肋裸拱的一階屈曲模態，表明裸拱的一階屈曲形式為面外失穩。

2.2系桿承載力分析當吊桿切斷后，橋梁系桿所承受的吊桿力消失，系桿的自重通過臨時支撐及端支點傳遞到地面。由于臨時支撐由鋼管樁和貝雷梁組成，整體支撐剛度小，在支撐處可能發生較大沉降。系桿變形及彎矩分布如圖5所示。在不考慮支撐沉降的情況下，在預應力和構件自重等施工荷載作用下，跨中最大撓度為44mm，遠小于規范的限值要求，系桿結構效應都小于結構抗力。考慮支撐沉降效應，當沉降量將達到15cm時，系桿跨中變形增大，系桿彎矩接近系桿承載能力不能繼續承載。因而在拆除施工過程中應著重加強臨時支撐的承載能力，并采取必要措施減小支撐沉降。此外還應加強臨時支撐的剛度和對橋梁結構的監測預警，防止臨時支撐發生過大變形導致結構突發破壞。

2.3系桿、拱肋吊裝驗算切斷的系桿和拱肋均采用一臺浮吊吊除，設置兩個吊點，應對起吊時兩個吊點作用下構件的承載力進行驗算，以確保起吊過程中拱肋構件不致斷裂。對拱肋和系桿的吊裝驗算表明，在吊點位置選擇合適的情況下，吊裝時拱肋構件內力以及吊裝鋼絲繩承受的拉力小于構件本身抗力以及吊裝鋼絲繩的破斷拉力，滿足吊裝要求。

3拆除施工監控

舊橋拆除過程中結構體系及內力傳遞路徑不斷發生變化，而且舊橋服役多年，其結構剛度和強度、預應力鋼筋的預應力損失等因素均不能在拆除施工前很確切地掌握，使得在拆除過程中不可預見因素增多，因而在拆除施工過程中應引入施工監控，實時掌握結構內力分布及各構件的邊界狀態，以確保拆除過程安全順利進行。在拆除施工時，一旦橋梁進入危險狀態，監控預警指標出現報警信息，通過分析采集的預警指標信息指導下一步拆除施工的實施。因此，對結構形式復雜、跨徑大、不確定因素較多的橋梁結構在拆除施工中進行必要的施工監控顯得非常重要。

3.1監控方案施工監控應在仿真分析的基礎上，對每一個施工階段的構件應力和變形情況進行數據采集和對比分析，并設定橋梁進入危險狀態的控制閥值。根據該橋的結構形式和拆除方案，吊桿拆除后拱肋和系桿受力形式發生變化，系桿的狀態控制是保證整個施工安全的關鍵。根據實際情況主要施工監控工況為拆除部分橋面板及中橫梁、吊桿切斷、鑿除風撐、鑿斷并吊除拱肋4個階段。經驗算知在預應力和構件自重等施工荷載作用下，吊桿拆除后臨時墩沉降為15cm時，系桿跨中截面累計變形為26cm，此時跨中所受彎矩已經達到系桿抗彎承載能力的96%，因此設定預警控制閥值為：（1）臨時墩累計沉降量達到15cm；（2）系桿跨中截面累計下撓值達到26cm；（3）監控點應力增量異常或超過理論增量。圖6給出了監測控制點布置位置，主要有系桿中部、臨時支撐處及其對應的拱肋部位。在控制點處粘貼棱鏡及應變傳感器以監測該部位的變形和應力變化。系桿中部應變傳感器粘貼在系桿底面，支撐部位傳感器粘貼在系桿頂面。

3.2監控結果分析

3.2.1應力分析舊橋拆除施工前，對不同施工階段的應力進行了分析計算。在施工過程中，通過與不同階段采集的實際應力數據比對，掌據結構應力分布規律和各構件的應力情況。圖7給出了各施工階段特征截面測點的應力實測值與理論值曲線。分析可知，在各施工階段理論值的絕對值均大于實測值。結果表明，有限元計算獲得的理論解偏于安全。

3.2.2變形分析從橋面拆除施工至系桿拆除，各測點變形量與理論變形值吻合較好，未出現較大異常變形。各工序完成后，監控點的變形情況如表1所示。由于夜間通航要求限制，吊桿切割、拱肋拆除后，需間隔一天再進行下一道施工工序，考慮在間歇期間臨時支座可能發生沉降，故對間歇期間各特征測點的變形進行監測。對表1數據分析可知，系桿的跨中截面累計最大實測變形值為17.1cm，小于預警值26cm。4個臨時墩的最大沉降值為8.2cm，遠小于預警值15cm，因而在主橋拆除施工中，系桿及拱肋結構均處于安全范圍內。吊桿切割、拱肋拆除后，間歇期間臨時支撐發生一定沉降，造成系桿撓度增大，可見在對主要構件拆除施工后應盡量減小間歇時間。此外，分析可知橋梁各拆除施工階段對拱肋的變形影響不大，拱肋總體變形量較小，利于保持結構穩定。

4結語

該橋航道船舶流量大，通航要求高，通過制定合理的施工方案，采取施工監控等有效措施，保證了通航要求。橋梁拆除過程中僅暫時性斷航3次，每次不超過4h，最大限度減少了施工對航道的影響。航道橋梁往往具有跨度大、橋型復雜等特點，橋梁拆除過程中構件的受力形式不斷發生轉變，施工方案確定過程中，應對關鍵拆除工況進行嚴格驗算，以保證橋梁拆除各階段的承載能力和穩定性。舊橋經過多年的運營，拆除時不可預見因素較多，對結構復雜橋梁拆除采取必要的監控措施，準確把握橋梁的受力狀態是很有必要的。

作者：張守軍  單位：江蘇省交通科學研究院股份有限公司