拱桥拆除及施工监控技术

拱桥拆除及施工监控技术因为该桥为系杆拱桥体系，结构整体性强，跨度长、自重大，使得该桥只能在搭设支架的情况下采取分段切割配合浮吊吊运拆除的方法。为符合通航要求，支架间距设定为40m。当吊杆切断后拱图1桥梁立面治理施工171肋与系杆间的联系瞬间消逝，会引起桥梁结构的剧烈震动，不利于保证施工安全。所以吊杆被切断时，在桥跨跨中部位设置一台浮吊顶紧系杆，减小因为瞬间释放的吊杆力引起的结构震动。在结构稳定后浮吊迅速驶离，保证航道畅通。图2为航道内设置的临时支架和跨中浮吊。桥梁结构拆除的一般原则为先拆除次要构件后拆除主要构件，主体结构拆除前恒载应最小。结合以上原则，该桥拆除施工步骤确定为：拆除桥面板及中横梁，切断吊杆，凿除风撑，凿断并吊除拱肋，凿断并吊除系杆中段，最后将两侧系杆及端横梁吊除。桥梁拆除施工顺序如图3所示。2拆除方案仿真分析在桥梁拆除过程中，结构构件的受力状态和边界条件随施工工况的改变而改变，为保证拆除施工的安全性，应对拆除过程实行仿真分析，以确定关键操纵工序的安全性。根据分析结果，影响拆除安全的关键工况为风撑拆除及吊杆切断后的拱肋稳定性、系杆承载水平，系杆拱肋分段吊除过程中构件的承载水平。2.1拱肋稳定分析在该桥的拆除过程中，中横梁和风撑的拆除降低了构件横向抗弯刚度和扭转刚度，而且在吊杆切断后，系杆和拱肋的整体性减弱，所以应对该工况之后的拱肋稳定性实行分析。在恒载和风载作用下，拱肋的第一阶失稳模态均表现为拱肋面外对称侧倾失稳，最小稳定安全系数9.582。拱肋的稳定安全系数大于4~5，其稳定性满足稳定要求。图4给出拱肋裸拱的一阶屈曲模态，表明裸拱的一阶屈曲形式为面外失稳。2.2系杆承载力分析当吊杆切断后，桥梁系杆所承受的吊杆力消逝，系杆的自重通过临时支撑及端支点传递到地面。因为临时支撑由钢管桩和贝雷梁组成，整体支撑刚度小，在支撑处可能发生较大沉降。系杆变形及弯矩分布如图5所示。在不考虑支撑沉降的情况下，在预应力和构件自重等施工荷载作用下，跨中最大挠度为44mm，远小于规范的限值要求，系杆结构效应都小于结构抗力。考虑支撑沉降效应，当沉降量将达到15cm时，系杆跨中变形增大，系杆弯矩接近系杆承载水平不能继续承载。因而在拆除施工过程中应着重增强临时支撑的承载水平，并采取必要措施减小支撑沉降。此外还应增强临时支撑的刚度和对桥梁结构的监测预警，防止临时支撑发生过大变形导致结构突发破坏。2.3系杆、拱肋吊装验算切断的系杆和拱肋均采纳一台浮吊吊除，设置两个吊点，应对起吊时两个吊点作用下构件的承载力实行验算，以确保起吊过程中拱肋构件不致断裂。对拱肋和系杆的吊装验算表明，在吊点位置选择合适的情况下，吊装时拱肋构件内力以及吊装钢丝绳承受的拉力小于构件本身抗力以及吊装钢丝绳的破断拉力，满足吊装要求。3拆除施工监控旧桥拆除过程中结构体系及内力传递路径持续发生变化，而且旧桥服役多年，其结构刚度和强度、预应力钢筋的预应力损失等因素均不能在拆除施工前很确切地掌握，使得在拆除过程中不可预见因素增多，因而在拆除施工过程中应引入施工监控，实时掌握结构内力分布及各构件的边界状态，以确保拆除过程安全顺利实行。在拆除施工时，一旦桥梁进入危险状态，监控预警指标出现报警信息，通过度析采集的预警指标信息指导下一步拆除施工的实施。所以，对结构形式复杂、跨径大、不确定因素较多的桥梁结构在拆除施工中实行必要的施工监控显得非常重要。3.1监控方案施工监控应在仿真分析的基础上，对每一个施工阶段的构件应力和变形情况实行数据采集和对比分析，并设定桥梁进入危险状态的操纵阀值。根据该桥的结构形式和拆除方案，吊杆拆除后拱肋和系杆受力形式发生变化，系杆的状态操纵是保证整个施工安全的关键。根据实际情况主要施工监控工况为拆除部分桥面板及中横梁、吊杆切断、凿除风撑、凿断并吊除拱肋4个阶段。经验算知在预应力和构件自重等施工荷载作用下，吊杆拆除后临时墩沉降为15cm时，系杆跨中截面累计变形为26cm，此时跨中所受弯矩已经达到系杆抗弯承载水平的96%，所以设定预警操纵阀值为：（1）临时墩累计沉降量达到15cm；（2）系杆跨中截面累计下挠值达到26cm；（3）监控点应力增量异常或超过理论增量。图6给出了监测操纵点布置位置，主要有系杆中部、临时支撑处及其对应的拱肋部位。在操纵点处粘贴棱镜及应变传感器以监测该部位的变形和应力变化。系杆中部应变传感器粘贴在系杆底面，支撑部位传感器粘贴在系杆顶面。3.2监控结果分析3.2.1应力分析旧桥拆除施工前，对不同施工阶段的应力实行了分析计算。在施工过程中，通过与不同阶段采集的实际应力数据比对，掌据结构应力分布规律和各构件的应力情况。图7给出了各施工阶段特征截面测点的应力实测值与理论值曲线。分析可知，在各施工阶段理论值的绝对值均大于实测值。结果表明，有限元计算获得的理论解偏于安全。3.2.2变形分析从桥面拆除施工至系杆拆除，各测点变形量与理论变形值吻合较好，未出现较大异常变形。各工序完成后，监控点的变形情况如表1所示。因为夜间通航要求限制，吊杆切割、拱肋拆除后，需间隔一天再实行下一道施工工序，考虑在间歇期间临时支座可能发生沉降，故对间歇期间各特征测点的变形实行监测。对表1数据分析可知，系杆的跨中截面累计最大实测变形值为17.1cm，小于预警值26cm。4个临时墩的最大沉降值为8.2cm，远小于预警值15cm，因而在主桥拆除施工中，系杆及拱肋结构均处于安全范围内。吊杆切割、拱肋拆除后，间歇期间临时支撑发生一定沉降，造成系杆挠度增大，可见在对主要构件拆除施工后应尽量减小间歇时间。此外，分析可知桥梁各拆除施工阶段对拱肋的变形影响不大，拱肋总体变形量较小，利于保持结构稳定。4结语该桥航道船舶流量大，通航要求高，通过制定合理的施工方案，采取施工监控等有效措施，保证了通航要求。桥梁拆除过程中仅临时性断航3次，每次不超过4h，最大限度减少了施工对航道的影响。航道桥梁往往具有跨度大、桥型复杂等特点，桥梁拆除过程中构件的受力形式持续发生转变，施工方案确定过程中，应对关键拆除工况实行严格验算，以保证桥梁拆除各阶段的承载水平和稳定性。旧桥经过多年的运营，拆除时不可预见因素较多，对结构复杂桥梁拆除采取必要的监控措施，准确把握桥梁的受力状态是很有必要的。拱桥拆除及施工监控技术