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高架桥拆除单跨结构连续塌落模型试验

futao 桥梁拆除 2019-05-23 731 0
川渝拆除17713551981

高架桥拆除单跨结构连续塌落模型试验

1试验目的

沌阳3.5km长高架桥,规模大,影响范围广,安全要求高,为确保工程的安全实施,进行1:1单跨或多跨失稳塌落过程的试验具有重要意义。为研究高架桥失稳倒塌过程,确定桥墩合理的爆破高度,合理起爆时差及倒塌破坏效应,建造单跨桥体模型进行试验。

3.3.2试验模型

模型与工程原型的几何相似比为1:1,模型中4根墩柱(3=、4=、5=、6=)高度相同(6m),截面尺寸相同(55cm×100cm),混凝土标号相同(C40),3#、4#墩柱配筋相同,5#、6=墩柱配筋相同。3*、4*墩柱配筋:竖筋2228+825,箍筋中8@200,加强箍筋16,自上至下4根;5、6=墩柱配筋:3025,箍筋8@200,加强箍筋16,自上至下4根。

上部结构采用贝雷架代替钢筋混凝土箱梁,沙袋配重代替箱梁和桥面自重,各墩柱顶部用槽钢相连代替原桥的暗帽梁,上部结构共重330t。

本桥结构模型为单跨简支悬臂梁,悬挑长度3m,下部设四个墩柱,矩形布置,纵向间距为16m,横向间距为8m。桥墩横向设置700×300×13×24H型钢作承重梁,并将型钢与桥墩可靠连接;在该承重梁上放置8排纵向加强型双排单层贝雷梁作为纵向分布梁,其间距为1.14m(中心间距);在纵向分布梁上正交放置I25a工字钢,间距1.0m;最后在工字钢上放置厚度为1.2cm的钢板,如图3-15和图3-16所示。

图3-15单跨模型上部结构

图3-15单跨模型上部结构

图3-16加载配重后的单跨模型

图3-16加载配重后的单跨模型

3.3.3试验方案

爆高:距地面0.5m钻孔,沿短边中心线布孔,孔距30cm,单墩柱13孔。

单耗:1200~1500g/m3。炸药:2#岩石乳化炸药。雷管:MS16段导爆管雷管,MS9段导爆管雷管,MS1瞬发电雷管。

网路:导爆管簇联后用电雷管起爆。

墩柱防护采用3层棉絮+1层钢丝网捆扎防护(图3-17),另在桥体翼板自上至下悬挂1层密目网对爆破飞石进行防护。

单跨模型试验时,布设了2台高速摄像机记录模型塌落过程(图3-18),1*机位布置在模型的长边方向,观测5°和3*立柱;2机位布置在模型的短边方

图3-17墩柱防护

图3-17墩柱防护

图3-18高速摄像机现场布置

图3-18高速摄像机现场布置

向,观测6和5立柱,其中3和5立柱的加强箍筋被预先切断。爆破时,每根立柱上各布置13孔,上部9孔单孔药量100g+100g,下部4孔,单孔药量120g+120g,单墩柱2.76kg,总药量11.04kg,孔内装MS16,孔外用MS9接力。

为获得高架桥爆破倒塌爆破振动、触地振动、冲击荷载对地下管线的破坏效应,在1:1单跨物理模型地下1.5m处分别预埋一条500混凝土预制管道和600铸铁管道,管道长度均为12m。

模型试验过程中,通过在墩柱、管道和模型下方土体中埋设或布置应变片、土压力计、加速度计、爆破测振仪(图3-19~图3-22),进一步研究高架桥桥墩的爆炸破坏机理与有害效应。

图3-19振动传感器布置

图3-19振动传感器布置

图3-20墩柱应力-应变片布置

图3-20墩柱应力-应变片布置

图3-21土压力计现场埋设

图3-21土压力计现场埋设

图3-22管道应力-应变片现场布置

图3-22管道应力-应变片现场布置

3.3.4试验结果分析3.3.4.1塌落过程

1#机位首先观测到左侧墩柱(5=和6=柱子)起爆,起爆后25ms时其防护基本完好,150ms时观测到左侧墩柱开始下降;300ms时顶板倾角约5°左右;

左侧墩柱起爆310ms后右侧墩柱开始起爆;470ms时3=、4*墩柱上部结构开始下落;925ms时5#、6墩柱上部结构触地,1420ms时3=、4*墩柱上部结构柱触地,如图3-23所示。

图3-231#机位高速摄影

图3-231#机位高速摄影

2#机位观测到5#和6#墩柱在起爆后25ms时防护基本完好,120ms时5#墩柱上部结构开始下降;200ms时6“墩柱上部结构才开始下降,此时5#墩柱上部结构已下降约10cm;300ms时,5*墩柱上部结构下降约50cm,5#墩柱顶部的砂袋与顶板开始分离(板的下降速度大于砂袋的自由落体),6#墩柱上部结构下降不足20cm;925ms时5*墩柱上部结构触地,1.1s时6#墩柱上部结构触地,如图3-24所示。

从高速摄像资料来看,由于采用钢丝网的捆扎防护,起爆后25ms时防护基本完好,120ms时墩柱开始下降,300ms时墩柱下降约50cm,但此时桥面板的重心已开始向先爆的左侧偏转。因此,左侧墩柱完全塌落的时间较右侧小,也就是说先爆的墩柱由于桥面板倾斜重心偏于先爆侧,先爆的墩柱更易失稳。切断加强箍筋的墩柱较未切割的更易失稳,如果一侧切割,而另一侧未切割时,将可能导致桥面板向切割侧偏转,可利用这一特性来避免桥面板以较大的冲击荷载塌落在需重点保护部位。

图3-242*机位高速摄影

图3-242*机位高速摄影

3.3.4.2动应力应变监测结果

动应力应变测试采用测试动应变换算动应力,仅在单跨模型试验时进行测试。测点布置如下:在地下管线上布置5个测点,每个点分别布置环向、轴向应变片,其中在铸铁管上布置3个测点,在混凝土管上布置2个测点。此外在3#和4*墩柱内布设4个测点,每个测点均布置竖向和水平向两个应变片,但该组应变片在爆破瞬间超限被破坏。

根据实测应变值,计算混凝土管压应力最大幅值为3.34MPa,出现在中轴线混凝土管S08测点位置上。铸铁管拉应力最大幅值为9.87MPa,出现在3*与5#柱轴线间铸铁管S05测点位置上,均在规范允许的范围内,并有一定的富余。

当塌落荷载冲击地面瞬间,铸铁管与混凝土管构件产生变形,环向各测点受力方向相同,轴向各测点受力方向也相同。在4#与6*柱轴线间铸铁管上埋设的两组测点(S01、S02、S03、SO4),起到了相互验证的效果,试验数据可靠。

通过分析动应变实测数据,单跨模型试验没有对预埋的构件造成破坏性影响,随后开挖进行的宏观调查也没发现铸铁管、混凝土管构件产生任何破坏。

3.3.4.3爆破试验振动监测

1#测点位于居民房屋基础上,距离爆区边缘75m。2*测点位于居民房立柱基础上,距离爆区边缘66m。3测点位于侧面高速摄影仪处,布置在土中,距离爆区边缘45m,4#测点位于正面高速摄影仪处,布置在土中,距离爆区边缘38.2m。振动速度测试结果如表3-4所示,测点布置如图3-25所示。

表3-4单跨模型试验爆破振动监测数据

表3-4单跨模型试验爆破振动监测数据

图3-25单跨模型试验爆破振动测点布置平面(单位:m)

图3-25单跨模型试验爆破振动测点布置平面(单位:m)

振动历程分析表明,主振段持续时间在2.5s以内,其中桥体整体触地出现在起爆后1.0~1.2s;各点最大振动均为桥体整体触地振动,其振动幅值在中远区可达爆破振动的2~5倍,爆破振动小于0.1cm/s。通过高速摄影仪可获知,起爆后0.95s左右桥体一侧墩柱先失稳触地。相对于爆破地震波,噪声声波延迟,由此计算的场地的纵波波速为1237m/s和1276m/s。

3.3.4.4振动加速度测试结果

振动加速度测点布置在已爆破独立墩柱基础上,距离爆区边缘9m,振动加速度测试结果如表3-5所示。测试结果表明,最大振动为桥体整体触地振动,其加速度幅值在爆破10m左右区域可达爆破振动的6~7倍。

表3-5单跨模型试验爆破振动加速度测试结果

表3-5单跨模型试验爆破振动加速度测试结果

3.3.4.5动土压力测试结果

动土压力测试布置2个测孔,每孔2测点,Pl布置在混凝土管中段,位于桥体平面投影中心,孔内无水;P2布置在铸铁管端头,位于桥体侧边线(4#与6=

柱连线),正对桥墩,孔内充水,测点旁有砂袋。各测点上下部均铺薄层细砂。桥体触地动土压力测试结果如表3-6所示;爆破动土压力测试结果如表3-7所示。

表3-6单跨模型试验桥体触地动土压力测试成果

表3-6单跨模型试验桥体触地动土压力测试成果

表3-7单跨模型试验爆破动土压力测试成果

表3-7单跨模型试验爆破动土压力测试成果

桥体触地动土压力测试结果表明桥体中心触地冲击力大于桥体边缘,与应变测试结果具有一致性。综合分析认为,桥体触地重心向3#、5*桥墩方向偏转减轻了4#、6桥墩侧的冲击荷载。此外,P2测孔内充水以及附近压有砂袋避免桥体直接冲击可能也是降低动土压力因素。

爆破动土压力测试结果表明各测孔内上部测点压力测值均小于孔底测点,主要是因为上部测点基床为回填土且仅经人工捣实并与原状土体物理力学参数差异较大,存在卸载效应所致。从测点与爆源的距离关系来看,铸铁管距5#、

6#桥墩近、距3#、4#桥墩远,混凝土管则相反;P1-1测点、P2-1测点测值互有大小,客观反映了测点与爆源的远近关系,测试结果是合理的。


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