大跨径悬索桥拆除工程模拟计算分析

钱贤青

摘  要：悬索桥能够充分利用材料的强度，用料省、自重轻，跨越能力最大。近些年来，悬索桥在大跨径桥梁建设中取得快速发展。某钢桁架悬索桥技术状况较差，承载能力不满足规范要求，需对原桥进行拆除。该文通过有限元分析模拟悬索桥不同拆除工况，根据不同工况计算结果确定悬索桥实际拆除方案，保证拆除过程中结构整体稳定性及安全性，并明确悬索桥实际拆除方案中具体施工流程及施工要点，为类似工程提供参考。

关键词：悬索桥;拆除工况;有限元分析

中图分类号：U448        文献标志码：A

1 桥梁概况

某钢桁架悬索桥桥跨布置为（24.2+18.5+3×20.5）m引桥+240 m（悬索桥）+（4×20.5）m引桥;主缆矢高为24.0 m，

矢跨比f/L=1/10;设计荷载：汽车-超20级，挂车-120，人群3.0 kN/m2;桥面全宽：0.5 m（防护带）+1.0 m（人行道） +9 m（机动车道）+1.0 m（人行道） +0.5 m（防护带）=12 m。原桥桥型布置如图1所示。

原桥加劲梁采用的是234 m×12 m×2.7 m的华伦式钢桁架，加劲钢桁架在工厂加工成6 m节段，现场拼接成12 m长节间。钢桁架纵梁由上、下弦杆、斜杆及竖杆组成。桥面板为跨径596 cm、厚30 cm的预制钢筋混凝土实心板，中板宽199 cm，边板宽174 cm。主缆由19束91根Φ5高强镀锌平行钢丝索股组成，直径为240 mm，主缆钢丝无应力长度为461.86 m。吊索采用带PE套的61Φ7高强镀锌平行钢丝，吊索间距6 m，全桥共39对。主塔采用矩形截面的门式主塔，塔高67.8 m。两塔柱基础均采用扩大基础。

根据桥梁外观检测、特殊检测结果及承载能力评定结果，现有主桥技术状况较差，承载能力不满足规范要求，运营风险及维修加固成本较高，拟对主桥采取拆除方案。

2 悬索桥拆除

2.1 拆除总体思路

悬索桥拆除是该项目的重点及难点，主要包括拆除桥面系、钢桁架、缆索系统及主塔。拆除方案总体思路如下：

（1）悬索桥拆除过程的安全是拆除方案制定的根本。

（2）充分考虑悬索桥的受力特点、构造特点及原桥的设计理念、施工方法及目前病害状况的前提下，制定拆除方案。

（3）悬索桥构件拆除总体顺序与建设时相反，即按顺序拆除桥面系、桥面板、钢桁架、缆索系统、主塔。

（4）桥梁拆除方案考虑机械、设备的作业能力。

（5）原桥主塔为扩大基础，从受力角度考虑，主缆拆除前主塔的安全是控制重点。

（6）悬索桥主缆内力大、跨度长，拆除过程的控制较为重要。

2.2 拆除方案

悬索桥拆除方案为从跨中向两侧主塔方向分节段对称拆除桥面板和钢桁架，每节段6 m长。桥面系和钢桁架均分3阶段拆除，第一阶段，分节段拆除最外侧两块桥面板;第二阶段，分节段拆除中间两块桥面板;第三阶段，分节段拆除最内侧两块桥面板和钢桁架。

2.3 拆除总体步骤

该次拆除，考虑将桥面板与桥面铺装采取“整体切割、汽吊机吊离”的拆除方式，拆除卸载原则：“同步、对称、均衡”。原主桥（悬索桥）拆除的总体步骤如下：

第一步：对原主桥进行改造（检测及加固），并安装相关监测设备;第二步：先分块整体拆除两边桥面系、桥面板，再拆除剩余桥面板及钢桁架;第三步：拆除主缆;第四步：切割主塔上塔柱形成新建连续刚构桥的过渡墩。

2.4 拆除计算分析

2.4.1 钢桁架应力

第一阶段拆除过程中，拆至第六节后，钢桁架应力最大140 MPa;第二阶段拆除過程中，拆至第六节段后，钢桁架应力最大174 MPa;第三阶段过程中，拆至第八节段后，钢桁架应力最大194 MPa。三阶段过程中，钢桁梁最大应力均未超过材料允许应力，从控制应力角度出发，该拆除工况可行。

2.4.2 主缆变位

第一～第三阶段拆除过程中，主缆垂点竖向变位及主缆塔顶纵向变位如图2所示。三阶段过程中，主缆垂点竖向变位及主缆塔顶纵向变位满足规范要求，从控制主缆变位角度出发，该拆除工况可行。

2.4.3 钢桁梁梁端竖向变位

第一～第三阶段拆除过程中，钢桁梁梁端竖向变位如图3所示。三阶段过程中，钢桁梁梁端竖向变位满足规范要求，从控制钢桁梁梁端竖向变位角度出发，该拆除工况可行。

2.4.4 主缆内力

第一～第三阶段拆除过程中，主缆内力如图4所示。三阶段过程中，主缆内力满足规范要求，从控制主缆内力角度出发，该拆除工况可行。

通过模拟拆除施工阶段的仿真分析，拆除方案一按工况五，分三阶段拆除，在拆除过程中主缆变位、主缆内力、钢桁梁应力等控制指标均在安全范围之内，是可行的拆除方案。

2.5 施工流程

（1）主桥桥墩基础施工，同时搭设水上钢浮箱（在水上钢浮箱未搭设前，尽可能利用原桥作为新建连续刚构水中基础施工运输通道）。

（2）主塔、主梁、主缆控制截面安装监测设备。

（3）钢桁架梁端设置临时限位装置。

（4）改造索鞍为可滑动状态，并进行试顶推。

（5）从跨中向主塔依次切割横桥向最外侧桥面板，利用汽吊机吊至运输车运离桥面。

（6）同样的方式依次拆除次外侧两块桥面板，保留中间2块桥面板作为下阶段的拆除通道。

（7）钢桁架内部搭设拆除支架及拆除平台。

（8）逐节段从跨中向主塔拆除剩余桥面板及钢桁架，利用中间2块桥面板作为平台，运离桥面。

（9）拆除主缆。

（10）链锯与盘锯相结合方式分段切割主塔，改造为过渡墩。

2.6 施工要点

悬索桥拆除前，应委托专业机构，针对悬索桥拆除过程的受力情况，对全桥各构件进行检测及安全评估;因主桁架的应力是拆除方案及工序控制的重点，建议在构件检测评估同时，对主桁架重要构件（象上、下纵梁）进行材料性能试验，并依据检测、试验结果调整优化拆除施工方案，保证拆除过程的安全。

2.6.1 桥面系、桥面板拆除

全桥桥面板顺桥向分块长度与主梁节段一致，横桥向布置6块。第一阶段：采取整体切割、桥面汽吊吊离的方式，逐节段顺桥向拆除两最外侧桥面板和铺装（由跨中向主塔方向对称拆除）。

2.6.2 钢桁架拆除

从跨中向主塔逐节段拆除桥面系和钢桁架，利用汽车吊从桥面直接拆运。同一节段拆除时，按照“桥面铺装—桥面板—上风构—横梁—下风构—纵梁”的顺序。桁架节段拆除时，每一构件的拆除均应提前做好吊装准备再拆除，以保证拆除过程的安全。

2.6.3 主缆拆除

采用卷扬机在两侧散索端分别做临时牵引（牵引力不小于空缆内力），从散索端切割主缆，在卷扬机牵引作用下，缓慢地将主缆下放至跨中水面浮箱上，用船只拖离。主缆切割后下放过程中，在自重作用下，随着主缆向主跨方向滑动，索鞍同方向滑动，在索鞍即将顶死鞍座前，应停止下放，反向顶推索鞍至背索端，再开始下放主缆。在切割散索和主缆下放过程中，应严格监控主跨段和背索段主缆索力、各索鞍滑动量、主塔偏位等关键控制因素，当与理论值不符时，应立即停止施工，并分析原因。

3 结语

近些年来，悬索桥广泛应用于大跨径桥梁建设中。该文结合某跨径为260 m悬索桥拆除工程实例，通过有限元计算分析软件模拟悬索桥拆除工况，通过计算分析以保证拆除过程中结构整体稳定性及安全性，为类似工程提供参考。

参考文献

[1]林君武.基于Midas的悬索桥倒拆分析方法探讨[J].四川建材，2017（3）：96-97.