有限元数值分析方法在桥梁拆除的应用范文

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摘要:旧路改造中涉及既有旧桥的拆除及其扩建，旧桥改扩建的施工方法的合理性直接关系到既有结构拆除过程中的安全性及扩建的经济性。基于不中断道路通车的前提，通过简化的结构计算，对公路旧桥拆除过程中下部结构的盖梁切割及合理拆除顺序进行探讨，找到满足结构安全要求并提高工作效率的拆除方法，从而保证旧桥拆除过程中的安全并最大程度地节省施工费用。

关键词:桥梁拆除;合理拆除顺序;结构计算

0引言

伴随着国家经济与社会的发展，我国的交通基础建设也得到了迅猛的发展［1，2］。因建设初期交通和经济水平的局限，早年建设完成并处于服役状态的多数桥梁在安全性、适用性及耐久性存在不足，其中部分桥梁已不能满足现今所处地域的交通需求及运营过程中的安全性。例如，江苏省江都市胜利桥、山东省济宁市白马河桥及浙江省温州市方隆桥等，都在桥梁拆除过程中出现坍塌的安全事故［3，4］。鉴于此，需要对一些不能满足当下经济发展需要并且在安全性上得不到相应保证的危旧桥进行拆除、改造或者加固［5，6］。基于此本文将在概略介绍旧桥拆除施工技术控制方法的基础上，基于有限元计算理论，从结构拆除过程中对临时结构的受力状态进行分析的基础上，对旧桥结构在拆除和改扩建过程中结构的受力进行研究，从而探索出结构拆除、改建和扩建的合理程序，以期保证结构的拆除、改建和扩建的过程安全并在最大程度上节省造价。

1常规桥梁拆除方法

1.1桥梁上部结构的切割与吊装运输流程简述首先用一次切割的方法切割桥梁护栏及混凝土防撞护栏等附属设施，拆除护栏及栏杆时应保证板梁不被破坏且不开裂，且不能影响梁板吊除时的安全。护栏切割后采用重型汽车吊吊装运输，随后使用人工拆除桥上其他附属设施。附属结构拆完后进行主梁的切割，从原桥梁板湿接缝处进行切割。采用碟式切割机从桥台处开始向另一桥台方向退着切割施工，每切割一跨吊运一跨，一跨吊运完成后再进行下一跨切割，按此顺序依次拆除吊装主梁。

1.2桥梁下部结构的切割与吊装运输基本方法盖梁拆除前先将盖梁按照三段进行切割线标记，呈倒八字切割，取出盖梁中间部分，减少整体吊装重量，且切割时需采用2台120t吊机预吊，吊机处于悬吊状态，防止切断后失稳掉落;混凝土切断后，由吊车将砼块吊至运输车上通过施工便道运出施工现场，到指定场地进行破碎。

2确定合理旧桥拆除方案的必要性及其方法

2.1确定旧桥拆除施工程序的必要性及其基本方法概述旧桥改扩建过程中，主梁的吊装拆除顺序及下部结构的切割方案是施工方案的核心部分，上述2个工序实施过程中的安全性与合理性直接关系到既有结构拆除与扩建过程中能否做到安全施工并节省工程造价的目的［7－9］。主梁的吊装过程中要考虑到，道路要在施工过程中考虑通行且方便后续新上部结构施工;而下部结构的盖梁拆除过程中，则先要对最佳切割位置进行合理选择，然后再得到合理的切割拆除位置与顺序。盖梁切割前需对其进行各种切割工况下的静力分析，通过对数值模拟计算得到的盖梁在不同切割工况下的内力状态进行分析，找到盖梁最适合的切割位置。本文以笔者参与的某既有公路的改扩建项目为背景，运用有限元软件对结构拆除过程中，各种假定拆除工况下临时结构的受力状态进行分析，对不同工况下结构的内力状态进行比较，进而以此为依据来选择最符合安全与经济原则的主梁吊装及盖梁的最佳切割位置。

2.2确定旧桥拆除施工程序的理论依据引用有限元计算的基本思路，并引用有限元方法的基本公式。简要阐述有限元计算分析在计算桥梁结构拆除施工过程中的临时结构的优越性。2.3基于结构计算基本理论的主梁拆除与盖梁切割施工方法本文将用有限元方法对盖梁拆除前后的状态进行模拟，首先对盖梁拆除前在自重荷载作用下的受力状态进行有限元方法下的数值分析;然后，对盖梁跨中节点约束进行释放，以此模拟在盖梁跨中进行切割拆除的方法;最后，通过对桥墩处盖梁单元节点约束进行释放，来模拟从桥墩附近对盖梁进行切割拆除的过程。基于此，通过对盖梁梁体不同的位置进行梁端约束释放的方式来模拟盖梁的不同切割拆除方法，最终通过对不同切割拆除状态下盖梁的受力特点与拆除前的状态进行比较分析，进而提出既能保证盖梁切割拆除过程安全性，又能快速高效地完成盖梁拆除的施工方案。

3旧桥拆除施工方法的工程实际运用

工程背景:六叱大桥位于柳南高速K1415+731.953(中心桩号)位置，本桥为拆除老桥梁板改造，老桥左幅桥长167.104m，右幅桥长146.904m，桥面宽26m。桥跨组合:左幅8×20m，右幅7×20m，柱式墩，桩基础，桩柱台、肋板台、桩基础，简支结构。桥梁为柳南高速主线，现由于柳南高速改扩建工程已经开始施工，桥梁需两幅加宽以满足车辆通行。为了改扩建工程顺利施工需拆除老桥梁板及盖梁并进行更换，两侧桥面加宽以满足两端道路加宽要求。本文以该项目中的盖梁拆除过程进行有限元模拟分析，计算中对不同的盖梁切割过程进行分析，通过对计算结果的比较分析来找到最合理的盖梁切割及拆除方法。

4结论

1)本文首先陈述了既有旧桥改扩建的现状，基于找到满足结构安全要求并最大程度节省施工费用的拆除工艺的目的，对公路旧桥拆除过程中主梁及下部结构的合理拆除顺序进行探讨，从而保证旧桥拆除过程中的安全。2)通过有限元对从不同位置对桥梁下部结构中的盖梁进行切割的方案进行数值模拟计算，计算结果表明从靠近盖梁下的墩柱位置附近进行切割，盖梁尚未切割完成时，临时结构的弯矩分布较从盖梁跨中进行切割时的临时结构更加均匀。因此，对盖梁进行切割时，从盖梁的墩柱附近进行切割能更好地保证切割过程的安全性，并且保证切割能高效完成，节省施工过程中的额外费用。3)本文从数值计算的角度对既有桥梁的上下部结构在切割拆除及拆移吊装过程的结构受力分析出发，对多种拆除方法进行比较分析，同时结合既有桥梁改扩建的施工工艺，对已有的施工方法从理论上对其合理性进论证，并进行一定程度的创新，在一定程度上对今后既有危旧桥的加固及改扩建等具有理论指导意义。

作者：张晓东 单位：湖南交通国际经济工程合作有限公司