老橋拆除吊車支腿集中力作用于實心梁板分布方式的可靠度分析
——以東流港老橋拆除施工為例

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1 簡支梁老橋現(xiàn)狀概述

橋梁是公路設(shè)施的重要組成部分，也是交通運輸?shù)难屎恚谑褂眠^程中受環(huán)境、車輛、侵蝕、超限等諸多因素影響，容易遭到不同程度的破壞，形成交通安全隱患。簡支梁橋遭到的破壞主要表現(xiàn)為梁端支撐受力不均、制作老化滑脫、梁體受力不均；鉸縫縱向開裂嚴重，橫向連接削弱，橋面系整體受力性能差，單板或單梁受力特征顯著；橋面開裂、磨損、老化、剝落等。

老橋危害形成的主要原因如下：

（1）修建時間長。簡支橋梁大多建于2000年前，按1989年頒布的設(shè)計技術(shù)標準建造。

（2）工藝技術(shù)制約、設(shè)計標準低。受當時條件、資金和技術(shù)力量的影響，橋梁荷載設(shè)計標準大多為汽-10、汽-15、汽-20、履帶-50、掛車-80、掛車-100。由于受當時條件制約，大多就地取材，土法上馬，施工工藝和技術(shù)含量低，材質(zhì)一般都不能滿足相關(guān)要求。

（3）交通量大及超限運輸影響。隨著二級公路收費站的取消、高速公路的分流和地方經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通量劇增，數(shù)十噸及上百噸的超限車輛肆意橫行，導致橋梁結(jié)構(gòu)實際受力狀況超出設(shè)計容許值，直接造成結(jié)構(gòu)破壞。

傳統(tǒng)拆除方案的編制一般依據(jù)老橋的設(shè)計規(guī)范，對集中力按汽車或掛車荷載技術(shù)標準進行分布，1片梁在規(guī)范荷載內(nèi)承受不了時，就按2片或多片梁一起分擔，比較簡單粗暴，沒有按梁板實際受力分布情況對梁板自身承載力進行分析。文章通過對梁板實體自身承載力進行建模分析，驗證了傳統(tǒng)荷載分布方式作用于老橋的可靠性。

2 東流港老橋概況

東流港老橋建于1997年，是規(guī)格為7m×6.6m的鋼筋砼實心板，橋梁全長54.2m，橋面寬度為14m，設(shè)計荷載等級為汽-20，掛-100；下構(gòu)為蓋梁柱式墩，橋臺采用U形橋臺，基礎(chǔ)采用擴大基礎(chǔ)，橋臺采用漿砌片石。該工程中橋臺砌石局部開裂、砌縫松散，基礎(chǔ)有一定沖刷；主梁板下?lián)蠂乐兀绊憳蛄航Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定。老橋不滿足現(xiàn)今車輛通行需要，擬拆除老橋原址重建新橋。東流港橋現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1 東流港橋現(xiàn)狀

老橋為7跨，每跨長6.6m，橋面寬度為14m，每跨共14片梁板，每片梁板為1m寬、0.4m厚的鋼筋砼實心板，全橋共98片梁板，單片梁重6.6t，梁板砼為C50。每跨帽梁長度為14m，寬度為1m，厚度為0.8m。原老橋墩柱由直徑為0.4m的預制管樁組成，共6排，每排20根，共計120根預制管樁。東流港老橋立面圖、斷面圖如圖2、圖3所示。

圖2 東流港老橋立面圖

圖3 東流港老橋橫斷面圖

3 老橋梁板拆除及吊裝工藝

3.1 老橋梁板拆除施工

橋面砼用風炮機結(jié)合人工每跨逐一拆除，該方案為橋面砼破除一跨吊裝一跨，直至吊裝完成。梁板切割采用順橋方向切割，間距為1m，整個橋梁板共需繩鋸切割13個截面，長度為46.2m。在每片梁之間打2個吊裝孔，因此梁板拆除需打2×98=196個吊裝孔。梁板用1臺汽車吊起吊，起吊前應(yīng)檢查梁板的捆綁與吊機吊鉤之間的牢固性?，F(xiàn)場應(yīng)有專人指揮，吊臂應(yīng)伸到梁板的中心上方，慢慢起吊，在梁板的兩端設(shè)牽引繩，以便控制梁板使其平穩(wěn)、準確地放置在運輸車上，運輸車上應(yīng)放有枕木。吊裝時必須保證在吊車的起重半徑內(nèi)作業(yè)，作業(yè)范圍超出許可操作半徑時，應(yīng)及時調(diào)整吊車位置。

3.2 梁板吊裝施工方法

先切割梁體，后用1臺50t的汽車吊吊放至運輸車上運走。拆除前需先切割梁板端頭處的連接，再切割梁板之間的鉸縫連接，使連成整體的梁板斷開，成為單獨的一片梁板。為使鋼絲繩有效捆綁空心梁板，在距梁端頭1m處鉆取直徑為20cm的圓孔，作為穿鋼絲繩的吊裝孔。采用1臺50t汽車吊由北向南，每跨由兩邊至中間依次將空心板吊起，第1跨板之間的連接全部斷開以后，通過圓孔下穿鋼絲繩，然后落放在運輸車上運走（施工第一跨時其余跨板之間的連接不應(yīng)斷開，保證整體穩(wěn)定）。

具體施工工藝如下：將汽車吊擺放到指定位置（即緊靠橋墩架設(shè)），支放平穩(wěn)，保障4條支腿均勻受力。架設(shè)吊車時應(yīng)在支腿下擺設(shè)鋼板或道木。吊車支放完畢后，梁板托運車開或退到吊車作業(yè)半徑內(nèi)，停穩(wěn)后操作工人用卡環(huán)將鋼絲繩和橋板卡住后，掛入吊車吊鉤。吊車同時緩慢起鉤，待板梁吊離帽梁5cm時，吊車停止起升。操作人員需再次對吊索和吊車進行檢查，確定沒有問題后由指揮人員指揮吊車，平穩(wěn)起升達到一定高度后，通過旋轉(zhuǎn)或變幅，吊車將板梁擺放到運梁車上，操作人員對板梁進行校正，確認無誤后方可進行下一塊板梁的吊裝。

4 吊車支腿集中力作用于梁板的可靠度分析

4.1 老橋設(shè)計規(guī)范下梁板承載力驗算

（1）梁板自重計算。單塊板厚0.4m、長6.6m、寬1m，每片梁重6.6×1×0.4×2.5=6.6t。

（2）老橋橋梁承載力驗算。老橋設(shè)計荷載等級為汽-20、掛-100。汽車吊工作時最不利的情況是三點著地，也就是3個支腿支持整臺吊車的重量（包括自重、荷重、汽車吊自重，取40.4t）。單個支腿最大支承力。依據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ 021—1989）中的表3.12，只要支腿集中力每塊板的分布不大于130÷2=65kN，即可滿足老橋承載力要求（汽-20后輪著地寬度及長度分別為0.6m、0.2m）。對此，在每個支腿下設(shè)置規(guī)格為2.5m×2.5m的枕木，使枕木橫跨3片梁板，單個支腿最大支承力為3×65kN=195kN＞157kN，滿足要求。

4.2 梁板受力實體單元建模復核

利用邁達斯FEA對單梁板進行建模分析，支腿通過枕木分布壓力荷載，使分布在梁上的平面荷載為157÷2.2×2.5=25.12kN/m2，具體作用于1片梁上的面積為1×2.5=2.5m2。

通過對現(xiàn)狀橋梁邊跨一單板進行剝鑿，單片梁板構(gòu)造及鋼筋布置如圖4所示。通過邁達斯FEA建立單片梁受力模型如圖5所示，梁板跨中受力，支座設(shè)置為鉸接。

圖4 單片梁板構(gòu)造及鋼筋布置圖（單位：m）

圖5 單片梁受力模型

單個支腿最大支承力F=157kN，受力面積A=6.25m2，則面壓力荷載δ的計算公式如下：

梁板自重設(shè)置如下：自重因子設(shè)置Z方向-1。

通過邁達斯FEA運行計算，結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖6 鋼筋拉應(yīng)力圖

圖7 梁板變形圖

圖8 混凝土拉應(yīng)力圖

吊車單個支腿最大支承力作用下鋼筋最大拉應(yīng)力為7.85MPa＜360MPa，滿足要求。

依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（2015年版）》（GB 50010—2010），梁板容許撓度為6.6÷250=0.0264m=26.4mm，大于吊裝時實際變形撓度0.437mm，滿足要求。

梁板混凝土最大拉應(yīng)力為1.659MPa，小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（2015年版）》（GB 50010—2010）中C50混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值ft=1.89MPa，滿足要求。

5 結(jié)論

（1）老橋拆除吊裝，吊車支腿要考慮最不利三點著地的情況下單個支腿的最大支承力。

（2）老橋拆除時，要對吊車支腿作用于梁板的集中荷載進行適當分布，使每片梁的作用荷載小于老橋?qū)?yīng)設(shè)計規(guī)范中的要求，這樣可使老橋在吊裝過程中處于安全狀態(tài)。

（3）對于老橋的設(shè)計承載力，一定要對應(yīng)老橋的相應(yīng)設(shè)計規(guī)范要求。