桥梁临时支撑墩拆除工况分析与方案制定

桥梁临时支撑墩拆除工况分析与方案制定

赵元一 汪鼎盛 周孟东

（中天三建，上海 201102）

[摘要] 金沙江真北路人行天桥项目位于市区，横跨中环线和轨道交通13号线，主要透水层为上海地区的④层，其桩基持力层位于承载力较高的⑦层土体。为保证周边道路的安全和变形，采用有限元模型对人行天桥以及其下部土体进行受力和变形分析。通过力学数值计算并对比实际工程测量结果可得，在天桥施工过程中设置的临时支墩应按照一定顺序进行拆除，以保证桥体结构的变形以及周边道路的安全。 [关键词] 有限元；钢结构；数值计算；变形控制

1 工程概况

金沙江路真北路新建人行天桥工程位于上海市普陀区长风生态商务区西北部，横跨中环线（真北路）、金沙江路和轨道交通13号线。本项目连接金沙江路与真北路交叉口的四个象限地块；西北象限内为绿洲中环中心，西南象限内为118广场，东北、西北象限内为新建近铁广场写字楼及商业综合体工程，轨道交通13号线真北路站在真北路东侧、金沙江路北侧开有两个出入口。本项目建成后，将轨道交通车站和附近人口密集的居住区、商业区加以连接，大量减少行人在四个象限的商业区之间穿行的时间，起到疏导地区交通、减缓高峰期道路拥堵的作用，图1即为总体周边环境图。

图1 项目周边建、构筑物分布及道路场地图

本项目的桥体部分为整体预制的钢结构桥身，在工厂中建造完毕后分块进行运送、吊装，在临时支撑墩的支撑下完成起吊、对接、安装作业。桥面板整体呈椭圆形，主要承力结构由钢桁架桥面梁和侧向、顶部的不规则钢桁架组成。桥墩地面部分为四个大型异形混凝土墩柱，外观为自下而上逐渐变

宽的、包含二十四个侧立面的不规则类梯形台。临时支撑墩为九条10号角钢组成的型钢格构柱，每1.5m高进行一次焊接。

经过多次计算与现场勘查，最后决定设置12组临时支撑墩，其中两组设置于中环隧道的隔墙上，由隔墙原有基础进行支撑；一组由于现场工况原因减少两根格构柱间距，采用悬臂梁承载桥体；一组由于现场工况原因增加两组格构柱间距，采用简支梁承载桥体；一组由于靠近永久桥墩，减少为单根格构柱。在桥体吊装、拼接完成后，所有临支墩需进行拆除，而在拆除过程中，不同的临支墩之间会发生应力的重分布。由于现场地况复杂，地下有中环隧道、地铁13号线隧道，周围有超高层建筑基础，因此拆除临支墩的过程需要经过严密计算和分析，以得出合理的拆除顺序和拆除方案。以西北象限金沙江路北侧临支墩为第1组，按照顺时针顺序依次将临支墩从1组到12组进行编号，如图2所示。

图2 环形天桥模型示意图

2 计算模型

在综合考虑项目实际情况的情况下，决定采用有限元分析计算软件对于施工过程进行模拟。在计算过程中，环形天桥的侧向和上部桁架结构采用三维梁单元，每单元两个节点，每节点包括三个位移自由度和三个转角自由度。桥面板采用板（壳）单

元，每单元由3-4各节点组成，每个节点亦包括三个位移和三个转角自由度。板单元与梁单元的公用节点应保证自由度的一致性。临时支撑和下部临时桩亦采用三维梁单元。在计算过程中梁单元材料及几何尺寸由实际施工构件确定。下部永久墩（钢筋混凝土结构）和土体采用三维实体单元，，实体单元各节点为三个位移自由度，不包括转角，当实体单元与梁单元公用节点时，只要保证位移自由度协调变形即可。

在对桥体进行了合理简化后，选用CAD建模，导入Midas GTS软件进行有限元分析计算。

3 计算结果分析

人行天桥总质量为628T，将自重及荷载换算施加于桥面板上，并对计算模型进行临时支撑的拆除受力分析。图3为临时支撑拆除前的环形天桥变形图。

图3 拆撑前环形钢桥变形云图

由计算可得最大轴力为第1组的外侧墩，最大值为313.05KN，竖向变形最大值位于西侧桥面，幅值为2.12mm。

图4 拆除3、10组临支墩后环形钢桥变形云图

（第一次拆撑工况）

考虑到对中环线隧道隔墙的保护，计划优先拆除位于中环线隧道隔墙上的两组临时支墩，即第3组和第10组，拆除后桥面变形如图4所示。

由计算可得拆撑后最大轴力为第2组的外侧墩，最大值为436.05KN。拆除这两组临支墩后的桥面位移幅值为2.13mm，位于西侧和北侧桥面。

经过对各种不同拆撑方案的横向对比计算，得

出变形影响率较小的方案是拆除第6组、第8组临支墩，拆除后位移重分布情况如图5所示：

图5 拆除6、8组临支墩后环形钢桥变形云图

（第二次拆撑工况）

经计算得出最大轴力为第7组的外侧墩，最大值为485.28KN，拆除这两组临支墩后的桥面位移幅值为2.90mm，位于东侧桥面。

仍以尽量降低最大位移，降低最大临支墩轴力，优先拆除工况复杂、危险系数高的支撑三项原则进行综合比较，得出第三批拆除的临时支墩方案为第4组、第11组，拆除后桥面变形如图6所示：

图6 拆除4、11组临支墩后环形钢桥变形云图

（第三次拆撑工况）

经计算得出最大轴力为第9组的外侧墩，最大值为631.52KN。拆除后的桥面位移幅值为5.71mm，位于南侧桥面。

同理可得，第四批拆除的临时支墩为第5、12组，拆除后桥面变形如图7所示：

图7 拆除5、12组临支墩后环形钢桥变形云图

（第四次拆撑工况）

经计算得出最大轴力仍为第9组的外侧墩，最大值为615.58KN。拆除后的桥面位移幅值为5.48mm，位于南侧桥面。

第五批拆除的临时支墩为第2组、第9组；拆除后桥面变形如图8所示：

图8 拆除2、9组临支墩后环形钢桥变形云图

（第五次拆撑工况）

经计算得出最大轴力为第7组的外侧墩，最大值为338.68KN。拆除后的桥面位移幅值为16.0mm，位于南侧桥面。

最后一批（第六次）拆除的临时支墩为第1组、第7组；拆除后桥面变形如图9所示：

图9 拆除1、7组临支墩后环形钢桥变形云图

（第六次拆撑工况）

临时支墩完全拆除后，环形天桥桥面的最大竖向位移位于南侧两永久墩之间，幅值为15.1mm。

经对比分析，临时支撑墩拆除顺序为：3、10——6、8——4、11——5、12——2、9——1、7。考虑到3、10组临时支撑设置于地下隧道的隔墙部位，在设计时无桩基础，应首先选择拆除。

将环形钢桥的测点按照图10标注进行布置，可得各测点在各个拆除临时支墩后的变形幅值，其变化趋势如图12所示。

图11 环形天桥不同测点编号图

图12中横坐标为环形钢桥各测点在桥面上的空间编号，其具体分布位置由图11表示；纵坐标

为各测点在各个不同拆除工况下的竖向变形幅值，单位为mm。

图10 环形天桥不同工况拆撑后总体竖向变形图

4 结 论

拆除临时支墩应以尽量降低最大位移，降低最大临支墩轴力，优先拆除工况复杂、危险系数高的支撑三项原则进行综合比较。各跨中的最大位移应随着拆撑的进行而平缓增大，最后达到最大值。四个跨中最终位移为3、6、10、15mm左右；轴力最大值发生在第三次拆除后，最大轴力位置为第9组的外侧环，最大轴力为631.52KN。位于中环隧道隔墙上的两组四根临支墩的最大轴力值为255.05，位于第3组内侧。综合各个拆撑工况，可以得出以下结论： 1）按照既有规定顺序进行临时支墩的拆除，可以保证各跨的变形平缓，避免出现竖向变形不均匀突变的危险情况；

2）应根据实际情况，优先拆除危险系数较高的临时支墩，如第3、10组，以避免对现有建、构筑物的影响。

3）综合分析各拆除工况的最大轴力出现部位，能够保证临时支墩的承载能力和安全度。

参考文献

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