半幅分割拆桥下部结构计算对比分析

邓志朋 廖健凯 黄 伟

(1.中国建筑第八工程局有限公司 上海 200000; 2.四川建筑职业技术学院交通与市政工程系 德阳 618000)

随着我国城市基础设施建设的飞速发展，一些既有桥梁由于自身结构老化或航道等级不足等原因阻碍了新的城市规划与发展。老桥拆除原址重建在各种改扩建工程中屡见不鲜，但拆除安全事故时有发生，造成了一定的社会影响和经济损失[1]。一般原有桥梁是整幅结构的，大多采取整幅拆除重建、同时搭设钢便桥临时改道的方法；但有些市政桥梁所处位置特殊，现场没有多余位置搭设钢便桥，又不能中断交通，只有将原有整幅桥梁切割成2个半幅，采用半幅拆除重建、半幅临时通行，两幅交替施工的方法。本文结合实际工程，对半幅逆序拆除进行计算对比分析，验证半幅拆除、半幅保留通行的可行性。

1 工程概况

东向阳河老桥现状为三跨简支梁桥，跨径组合为8 m+10 m+8 m，桥面横向布置为0.3 m(栏杆)+4×3.75 m(车行道)+0.3 m(栏杆)。由于该桥跨径不满足最新河道规划上跨桥梁最小跨径不小于16 m的要求，故需拆除并原地重建新桥，新桥采用三跨(10 m+16 m+10 m)简支空心板梁桥。经多个拆除方案对比论证后，最终采用半幅拆除、半幅保留维持交通交替施工的方案。拆除半幅桥梁后，桥面临空一侧新建0.5 m的安全带及临时护栏和封闭围挡，由于桥面过窄，只在北侧设置人行道[2]。桥面布置为0.3 m(栏杆)+0.5 m(人行道)+2×3 m(车行道)+0.5 m(新建护栏和封闭围挡)，见图1。

图1 半幅桥梁断面图(单位：mm)

2 半幅拆桥内力计算

2.1 半幅拆除

老桥整幅双向4车道为1个整体，用液压金刚石绳锯机切割技术分解梁体[3]，把盖梁与承台对中切割成两半，从而将整幅桥梁变为南北2个半幅桥梁，先拆除南半幅，保留北半幅双向2车道维持交通。桥梁拆除是一个动态的稳定过程，盲目拆除易造成剩余结构失稳，所以对结构的任何改变都应保证剩余结构的稳定性，盖梁切割分段应保证剩余结构的稳定[4]。根据2017年青浦区农村公路桥梁定期检查报告，东向阳河桥综合评定为2级——属于功能良好，材料有局部轻度缺损或污染，桥梁结构的强度、刚度、稳定性均符合要求。文中针对盖梁切割分幅后，保留的北半幅桥梁在维持交通中受到最不利荷载情况下(仅考虑活载：汽车+人群；由于已经将桥梁分割成了2个半幅，拆除南半幅桥时的施工荷载对北半幅桥没有影响)，与原桥盖梁未切割状态进行下部结构的内力、位移计算对比分析。

2.2 支点最大反力计算

画出支座反力影响线，顺桥向车道荷载、人群荷载按最不利情况布置求出支点最大反力值[5]。根据规范[6]本工程采用公路-II级，车道荷载为均布荷载qk=7.875 kN/m，集中荷载pk=210 kN；冲击系数μ=0.3；人群荷载qr=3 kN/m，对于汽车荷载其支点最大反力Rq计算图见图2。

图2 支点最大反力计算图

(1)

Rr=Ω×qr

(2)

式中：Ω为均布荷载对应影响线面积，m2；yk为集中荷载对应影响线竖标值。

故汽车荷载作用下，Rq=365.137 5 kN。

汽车2车道满载，故支点最大反力值为2Rq=730.275 kN。

同理，人群荷载作用下，Rr=27 kN。

2.3 荷载横向分布系数m计算

支点截面用杠杆原理法计算荷载横向分布系数m。为计算简便，将空心板铰缝两侧相距仅25 cm的2个支座简化为铰缝处的1个支座，简化模型及杠杆原理法计算过程见图3。

图3 简化模型及杠杆原理法计算图(尺寸单位：m)

2车道车辆横向布置为1.8 m+1.3 m+1.8 m=4.9 m，规范要求2边各离边缘至少0.5 m，总共5.9 m。而半幅桥梁2车道只有6 m宽，车辆横向布置仅有0.1 m的横向移动范围，故直接将2车道沿中心线对称布置，2边离边缘各0.55 m。读取汽车、人群荷载对应的影响线竖标值ηi后，可计算出荷载横向分布系数mi，mri=∑ηir，mqi=1/2∑ηiq。

2.4 每个支座反力Ri计算

各个支座所分担到的反力Ri=R×mi。计算结果见表1。

表1 mi、Ri计算结果 kN

3 幅、半幅盖梁与立柱内力比较分析

3.1 建立模型

用结构力学求解器建立盖梁、立柱刚架模型，输入对应的抗弯刚度EI、抗拉压刚度EA、抗剪切刚度GA后，将各个支座反力值Ri加载到盖梁上，如图4所示。

图4 下部结构计算模型(单位：N)

3.2 内力、位移计算

利用结构力学求解器进行多次超静定结构的内力、位移计算，下部结构的弯矩见图5。

图5 盖梁弯矩图(单位：kN·m)

3.3 盖梁切割分幅后数据分析结果

2种状态内力值、位移值结果对比见表2。

表2 半幅拆除前后结果对比

1) 盖梁正弯矩4号梁段增幅最大，为14.54%，而1号梁段则稍有下降；盖梁最大正弯矩从1号梁段转移到了4号梁段，总共增幅6.27%；增幅不大，但为保证半幅桥梁绝对安全，采取限重200 kN通行的办法。

2) 盖梁最大负弯矩均在2号梁段左端，稍有增加，增幅为0.9%，可忽略不计。

3) 柱端最大弯矩均在5号柱，增幅28.9%，增幅虽大，但弯矩值很小，可忽略不计。

4) 立柱最大轴力均在3号柱，稍有增加，增幅为0.62%，可忽略不计。

5) 竖向最大位移均在3号梁段，增幅1.4%，水平最大位移均在5号柱顶端，增幅达137.5%，但其位移值是微米级，可忽略不计。

4 结语

综上所述，盖梁切割分幅后，半幅桥梁在活载作用下，相比较于整幅原桥梁结构而言，盖梁、立柱的内力和位移全部有所增加，但其增加的绝对内力值、位移值很小，不会对半幅结构产生实质性影响，但为保证半幅桥梁绝对安全，采取限重200 kN通行的办法。

桥梁拆除属超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，难点重点在于如何保证拆除过程中和拆除后的安全。通过上述的计算，验证了半幅切割拆除、半幅保留通行方案的可行性，解决了因场地限制无法搭设钢便桥或因搭设钢便桥造成的工期、成本增加的问题。