矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法技术

本发明专利技术提供矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法，属于矮墩连拱桥拆除技术领域，实测矮墩连拱桥结构尺寸参数和材料容重，以矮墩连拱桥的墩柱作为分析对象，桥墩除了自身自重及顶部传递而来的竖向荷载外，仅受到拱肋传递来的推力作用，当桥墩所受推力大于其自身抗剪强度时，桥墩则会整体发生剪切失效。能使矮墩连拱桥整体倒塌，使施工工期大大缩短，降低设备与人工成本，在拱桥结构完好的对称受力状态下对桥墩进行对称、同步切割作业，对于结构受力影响较小，避免施工人员在结构受力不对称的条件下逐跨实施拆除，降低了施工人员的安全风险。安全风险。

【技术实现步骤摘要】
矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法


[0001]本专利技术涉及矮墩连拱桥拆除
，尤其涉及矮墩连拱桥快速拆除的 桥墩失效模型的分析方法。

技术介绍

[0002]在20世纪60
‑
70年代，我国仍处于交通基础设施发展的初期，许多大跨 度桥梁的建设被提上日程，但受限于当时技术水平、设备数量以及钢筋、水 泥等原材料产量有限，简支梁桥与大跨度拱桥往往不是首选的桥型，因此含 钢量低、耐久性能好、建造技术简单、外形美观的连拱桥成为我国当时桥梁 建设的热门桥型。截至目前，部分连拱桥的使用寿命已经临近，且由于现代 化的交通运输荷载已经远超当时的设计荷载等级，以至于该部分连拱桥产生 大量病害，技术状况等级明显下降，部分已被多次加固的无筋或少筋连拱桥 仍难以满足实际的交通需求，故需要对其进行拆除重建。
[0003]拱桥拆除通常有爆破拆除与机械拆除两种方法。常规的爆破拆除方法需 要在全桥范围内布置炸药来进行引爆破碎，如中国专利申请号 CN201210585935.1公开了一种钢筋混凝土拱桥爆破拆除方法，其步骤包括： (1)设置炮孔，在钢筋混凝土拱桥主拱的拱顶、左拱脚、右拱脚位置分别设 有若干个炮孔；(2)安装炸药，在每个炮孔孔内放置炸药；(3)布置延期 导爆管雷管，在所述拱顶、左拱脚、右拱脚炮孔的孔内分别设置延期导爆管 雷管一，孔外分别设置延期导爆管雷管二，并将其簇联在一起；主拱安全防 护；(4)爆破拆除，起爆所述拱顶，再延时起爆所述左拱脚和右拱脚，实现 所述拱桥的爆破拆除。但由于连拱桥跨度较大，若采用全桥布置炸药的方法 成本极高，且有可能会引发一系列的社会影响问题。常规的机械拆除方法则 往往是采用与建设过程相反的顺序来进行拆除，如中国专利申请号 CN201911201261.9公开了一种多跨双曲拱桥的拆除方法，包括如下步骤：(1) 拆除桥面构造物，架设缆索吊装系统；(2)依次拆除拱上填充物、腹拱圈和 横墙；(3)搭设钢拱架支撑平台、安装钢拱架；(4)拆除拱圈；(5)先拆 除钢拱架后拆除钢拱架支撑平台；(6)拆除桥墩。但在拆除过程中要时刻注 意横桥向与纵桥向受力对称的问题，无法使用大型的设备在桥上进行施工， 拆除效率低、工期长、成本高，且施工人员长时间在桥上实施拆除作业工作 会存在很高的安全风险。
[0004]由于连拱桥存在连拱效应，当一跨受力或发生位移时，其余各跨的拱墩 节点均会产生相应的内力与变形。基于此原理，当桥下无交通、无水或少水 时，只需要对第一跨桥台处的拱脚进行爆破或机械破除，使第一跨的桥拱结 构失去主拱圈的支撑而发生完全倒塌，后续各跨的桥墩会由于左右两侧受力 不对称而失效，各跨桥拱也会因此发生倒塌。但在实际拆除过程中，由于桥 墩的设计刚度较大或经过相应的加固，在第一跨结构发生失效后其余的各跨 仍能保持完整，后续仍需要大型机械逐跨进行拆除，导致施工工期延长、成 本增加，且此时受力不对称，在拆除过程中随时可能发生连续倒塌，安全风 险极大。因此，连拱桥发生连续倒塌的关键在于第一跨结构倒塌后桥墩是否 失效，若各桥墩在受力后均发生失效，则能够实现连拱桥整体垮塌的快速拆 除。因此，需要分析除第一爆破桥墩以外桥墩
的失效情况，从而实现使第一 跨的桥拱结构失去主拱圈的支撑而发生完全倒塌。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方 法，解决现有矮墩连拱桥快速拆除的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法，实测矮墩连拱桥结构 尺寸参数，获取桥面系自重荷载集度、侧墙、填料、腹拱、主拱、立柱和桥 墩的材料容重，以矮墩连拱桥的墩柱作为分析对象，受力分析，假设第一跨 的拱桥结构完全倒塌，由于顶部的填料、侧墙、腹拱圈及桥面系的抗拉能力 低，对墩柱的影响不大，可忽略不计，桥墩除了自身自重及顶部传递而来的 竖向荷载外，仅受到拱肋传递来的推力作用，当桥墩所受横向推力大于其自 身抗剪强度时，桥墩则会整体发生剪切失效。
[0008]进一步地，拱肋传递来的推力包括主拱肋的自重荷载、拱上立柱的荷载 F(n)＝F1+F2+
…
+F
n
、分布荷载q1和均布荷载q2，分布荷载q1为拱肋简化而成的 杆件端点与n号腹拱边缘之间实腹段的填料、侧墙及桥面系的自重荷载，均 布荷载q2为拱肋简化而成的杆件端点到桥跨中点之间的填料、侧墙及桥面系 的自重荷载，F
n
为单根拱上立柱的荷载，n为正整数，表示拱上立柱的根数。
[0009]进一步地，先计算一根拱上立柱荷载，则i号拱上立柱承受的集中荷载F
i
可 以表示为：
[0010][0011]q
qm
为桥面系纵桥向的自重恒载集度，ρ
cq
为侧墙材料容重、ρ
tl
为填料 材料容重、ρ
fa
为腹拱材料容重和ρ
lz
为立柱材料容重，设i为非零的自然数， 从桥梁小桩号向大桩号对腹拱依次进行由小到大的编号，i号腹拱计算跨径为 l
i
、f
i
为计算矢高，x
i
为水平方向上i号腹拱的中点距i号拱上立柱中心线的计 算距离，i号腹拱拱上侧墙横桥向的等效宽度为k
eqi
，i号腹拱填料横桥向的等 效宽度为k
tli
，i号腹拱横桥向的等效宽度为k
fgi
，i号腹拱顶部上方
填料高度 为h
tli
，i号腹拱顶部上方侧墙高度为h
cql
，i号腹拱拱肋高度为h
fgi
，i号拱上 立柱高度为h
i
，横桥向宽度为k
i
，纵桥向宽度为d
i
。
[0012]进一步地，计算分布荷载q1的具体过程为：分布荷载q1的竖直受力为 F
g1
：
[0013][0014]其中，L1为q1实腹段的长度，x
s
为距B点的水平距离，k
tlq1
为q1实腹段填 料的横桥向等效宽度，k
cqq1
为实腹段侧墙的横桥向等效宽度，主拱顶部上方 填料高度为h
tlq
，主拱顶部上方侧墙高度为h
cqq
，β为角度。
[0015]进一步地，均布荷载q2为实腹段的集中荷载F
q2
的具体计算过程为：
[0016]F
qn
＝(q
m
+ρ
tl
k
tlq2
h
tlq
+ρ
oq
k
cqq2
h
cqq
)L2[0017]其中，L2为q2实腹段的长度，k
tlq2
为q2实腹段填料的横桥向等效宽度， k
cqq2
为实腹段侧墙的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法，其特征在于：实测矮墩连拱桥结构尺寸参数，获取桥面系自重荷载集度、侧墙、填料、腹拱、主拱、立柱和桥墩的材料容重，以矮墩连拱桥的墩柱作为分析对象，受力分析，假设第一跨的拱桥结构完全倒塌，由于顶部的填料、侧墙、腹拱圈及桥面系的抗拉能力低，对墩柱的影响不大，可忽略不计，桥墩除了自身自重及顶部传递而来的竖向荷载外，仅受到拱肋传递来的推力作用，当桥墩所受横向推力大于其自身抗剪强度时，桥墩则会整体发生剪切失效。2.根据权利要求1所述的矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法，其特征在于：拱肋传递来的推力包括主拱肋的自重荷载、拱上立柱的荷载F(n)＝F1+F2+
…
+F
n
、分布荷载q1和均布荷载q2，分布荷载q1为拱肋简化而成的杆件端点与n号腹拱边缘之间实腹段的填料、侧墙及桥面系的自重荷载，均布荷载q2为拱肋简化而成的杆件端点到桥跨中点之间的填料、侧墙及桥面系的自重荷载，F
n
为单根拱上立柱的荷载，n为正整数，表示拱上立柱的根数。3.根据权利要求2所述的矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法，其特征在于：先计算一根拱上立柱荷载，则i号拱上立柱承受的集中荷载F
i
可以表示为：q
qm
为桥面系纵桥向的自重恒载集度，ρ
cq
为侧墙材料容重、ρ
tl
为填料材料容重、ρ
fg
为腹拱材料容重、ρ
lz
为立柱材料容重，设i为非零的自然数，从桥梁小桩号向大桩号对腹拱依次进行由小到大的编号，i号腹拱计算跨径为l
i
，f
i
为计算矢高，x
i
为水平方向上i号腹拱的中点距i号拱上立柱中心线的计算距离，i号腹拱拱上侧墙横桥向的等效宽度为k
cqi
，i号腹拱填料横桥向的等效宽度为k
tli
，i号腹拱横桥向的等效宽度为k
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，i号腹拱顶部上方填料高度为h
tli
，i号腹拱顶部上方侧墙高度为h
cqi
，i号腹拱拱肋高度为h
fgi
，i号拱上立柱高度为h
i
，横桥向宽度为k
i
，纵桥向宽度为d
i
。4.根据权利要求3所述的矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法，其特征在于：计算分布荷载q1的具体过程为：分布荷载q1的竖直受力为F
q1
：
其中，L1为q1实腹段的长度，x
s
为距B点的水平距离，k
tlq1
为q1实腹段填料的横桥向等效宽度，k
cqq1
为q1实腹段侧墙的横桥向等效宽度，主拱顶部上方填料高度为h
tlq
，主拱顶部上方侧墙高度为h
cqq
，β为角度。5.根据权利要求4所述的矮墩连拱桥快速拆除的桥墩失效模型的分析方法，其特征在于：均布荷载q2为...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔令才，宁杰钧，郝天之，陈齐风，骆俊晖，
申请(专利权)人：广西北投交通养护科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：