基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法

摘要

本发明公开了基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法，包括步骤1、高墩连拱桥结构力学简化；步骤2、计算每个主拱助推力；步骤3、计算桥墩所受水平推力；步骤4、计算使桥墩发生受弯失效的临界纵向钢筋数量m；步骤5、确定桥墩受弯失效方案：根据步骤4计算的临界纵向钢筋数量m，当m>0，仅切断纵桥向两侧的纵向钢筋；否则，在完全切断外围纵向钢筋的条件下，还需切割核心部分混凝土截面，削弱截面的抗弯强度，使桥墩能发生受弯失效；步骤6、高墩连拱桥拆除。本发明能使高墩连拱桥整体倒塌，使施工工期大大缩短，降低设备与人工成本。

权利要求

1.一种基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、高墩连拱桥结构力学简化：设待拆除高墩连拱桥为N跨桥，从左至右分别为第一跨、第二跨、……、第N跨；其中，N≥2，则N跨桥具有至少一个桥墩，设连接第一跨和第二跨的桥墩为1#桥墩，连接第二跨和第三跨的桥墩为2#桥墩，依次类推；

N跨桥中的每跨均包括两个对称布设的半跨；每个半跨均包括主拱助、n个腹拱、n个拱上立柱、拱上侧墙、q1实腹段和q2实腹段；

n个腹拱并列布设在主拱助与桥面之间，且从桥台或桥墩向着每跨的主拱助拱顶方向分别标记为1号腹拱、2号腹拱、……、i号腹拱、……、n号腹拱；其中；n≥1，1≤i≤n；

n个拱上立柱用于连接腹拱与主拱助或桥台或桥墩，且采用与腹拱相同的标记顺序；

拱上侧墙用于连接腹拱与桥面；

根据待拆除高墩连拱桥的受力特性，将桥墩简化为底端刚接的竖直杆件，将桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化为水平杆件，将主拱助简化为两端分别与桥墩简化杆件和桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件相铰接的倾斜杆件；每根拱上立柱均简化为两端分别与主拱助简化杆件和桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件相铰接的竖直杆件；

q1实腹段为n号腹拱边缘与主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件交点之间的部分；

q2实腹段为主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件交点与桥跨中点之间的部分；

在每个半跨中，主拱助、位于桥墩正上方的立柱以及桥面围合形成直角三角形ABC，其中，A为直角角点，C为主拱助简化杆件与桥墩简化杆件顶端的铰接点，B为主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件的铰接点，令∠ABC＝β；n个拱上立柱竖直作用在对应主拱助上的集中荷载分别为F1、F2、……、Fi、……、Fn；其中，1≤i≤n；

步骤2、计算每个主拱助推力Fp，具体计算公式为：式(1)中，Fq1为q1实腹段的集中荷载；Fq2为q2实腹段的集中荷载；Gzg为主拱助的自重荷载；

其中，Fi的计算公式为：

式(1a)中：

qm为桥面荷载；

li为i号腹拱的跨径；li+1为i+1号腹拱的跨径；

ρtl为填料的材料容重；

ktli为i号腹拱填料横桥向的等效宽度；

htli为i+1号腹拱拱顶上方填料高度；

ktli+1为i+1号腹拱填料横桥向的等效宽度；

htli+1为i+1号腹拱拱顶上方填料高度；

ρcq为拱上侧墙的材料容重；

kcqi为i号腹拱对应拱上侧墙横桥向的等效宽度；hcqi为i号腹拱拱顶上方拱上侧墙高度；

kcqi+1为i+1号腹拱对应拱上侧墙横桥向的等效宽度；hcqi+1为i+1号腹拱拱顶上方拱上侧墙高度；

ρfg为腹拱的材料容重；

kfgi为i号腹拱横桥向的等效宽度；hfgi为i号腹拱拱肋高度；

kfgi+1为i+1号腹拱横桥向的等效宽度；hfgi+1为i+1号腹拱拱肋高度；

fi为i号腹拱的矢高；fi+1为i+1号腹拱的矢高；

plz为拱上立柱的材料容重；

ki为拱上立柱的横桥向宽度；hi为拱上立柱的高度；di为拱上立柱的纵桥向宽度；

Fq1的计算公式为：

式(1b)中：

ktlq1为q1实腹段填料的横桥向等效宽度；

htlq为主拱助拱顶正上方填料高度；

kcqq1为q1实腹段侧墙的横桥向等效宽度；

L1为q1实腹段的长度；

Fq2的计算公式为：

Fq2＝(qm+ptlktlq2htlq+pcqkcqq2hcqq)L2     (1c)式(1c)中：

ktlq2为q2实腹段填料的横桥向等效宽度；

kcqq2为q2实腹段侧墙的横桥向等效宽度；

hcqq为主拱助拱顶正上方侧墙高度；

L2为q2实腹段的长度；

步骤3、计算桥墩所受水平推力Fpx，具体计算公式为：其中，Gzg的计算公式为：

式(1d)中：

pzg为主拱肋的材料容重；kzg为主拱肋的横桥向宽度；hzg为主拱肋厚度；fzg为主拱肋矢高；lzg为主拱肋跨径；

步骤4、计算使桥墩发生受弯失效的临界纵向钢筋数量m，具体计算公式为：式(3)中，hd为桥墩墩底截面距拱脚的垂直高度；

h为桥墩沿纵桥向的长度；as为纵向钢筋合力点至桥墩截面边缘距离；fc为混凝土抗压强度；b为桥墩沿横桥向的长度；f′y为纵向钢筋抗压强度；D为纵向钢筋直径；

步骤5、确定桥墩受弯失效方案：根据步骤4计算的临界纵向钢筋数量m，进行桥墩受弯失效方案的确定，确定的受弯失效方案为：方案A、当m＞0时，对每一跨桥墩墩底截面纵桥方向上两侧的纵向钢筋进行对称、同步切割，使剩余纵向钢筋数量小于m；

方案B、当m≤0时，桥墩拆除方法，包括如下步骤：步骤51、切断纵向钢筋：将每一跨桥墩外围的纵向钢筋均从墩底截面进行对称、同步切断；

步骤52、计算桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底核心混凝土临界截面抵抗矩W，具体计算公式为：式(4)中，fct为核心混凝土的材料抗拉强度步骤53、切割桥墩墩底截面：对桥墩墩底截面沿纵桥向或横桥向进行对称、同步切割，使剩余的桥墩墩底核心混凝土有效截面抵抗矩小于步骤52计算并确定的W值；

步骤6、高墩连拱桥拆除，具体包括如下步骤：步骤61、桥墩受弯失效预处理：封闭交通，采用步骤5中的方案A或方案B，对待拆除高墩连拱桥中的所有桥墩均进行桥墩受弯失效的预先处理；

步骤62、高墩连拱桥拆除：破除第一跨的拱脚，使第一跨发生倒塌，1#桥墩则会在第一跨倒塌的条件下，受第二跨传递而来的水平推力作用发生受弯失效，进而倒塌；依次类推，第二跨和2#桥墩依次倒塌，直至所有桥墩和所有桥跨均实现连续倒塌，进而将高墩连拱桥进行拆除。

2.根据权利要求1所述的基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法，其特征在于：步骤

52中，当桥墩为矩形桥墩时，W的计算公式为：其中，bc为桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底截面中核心混凝土沿横桥向的临界长度；hc为桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底截面中核心混凝土沿纵桥向的长度。

3.根据权利要求1所述的基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法，其特征在于：步骤

62中，采用爆破或机械拆除的方法，进行第一跨拱脚的破除。

说明书

基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种拱桥施工工艺，特别是一种基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法。

背景技术

[0002] 我国存在大量技术等级较低的高墩连拱桥需要进行拆除重建，目前常用的拆除方法主要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，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，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。

[0003] 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，通常在理想状态下，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。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法，该基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法能使高墩连拱桥整体倒塌，使施工工期大大缩短，降低设备与人工成本。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0006] 一种基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法，包括如下步骤。

[0007] 步骤1、高墩连拱桥结构力学简化：设待拆除高墩连拱桥为N跨桥，从左至右分别为第一跨、第二跨、……、第N跨；其中，N≥2，则N跨桥具有至少一个桥墩，设连接第一跨和第二跨的桥墩为1#桥墩，连接第二跨和第三跨的桥墩为2#桥墩，依次类推。

[0008] N跨桥中的每跨均包括两个对称布设的半跨；每个半跨均包括主拱助、n个腹拱、n个拱上立柱、拱上侧墙、q1实腹段和q2实腹段。

[0009] n个腹拱并列布设在主拱助与桥面之间，且从桥台或桥墩向着每跨的主拱助拱顶方向分别标记为1号腹拱、2号腹拱、……、i号腹拱、……、n号腹拱；其中；n≥1，1≤i≤n。

[0010] n个拱上立柱用于连接腹拱与主拱助或桥台或桥墩，且采用与腹拱相同的标记顺序。

[0011] 拱上侧墙用于连接腹拱与桥面。

[0012] 根据待拆除高墩连拱桥的受力特性，将桥墩简化为底端刚接的竖直杆件，将桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化为水平杆件，将主拱助简化为两端分别与桥墩简化杆件和桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件相铰接的倾斜杆件；每根拱上立柱均简化为两端分别与主拱助简化杆件和桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件相铰接的竖直杆件。

[0013] q1实腹段为n号腹拱边缘与主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件交点之间的部分；

[0014] q2实腹段为主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件交点与桥跨中点之间的部分；

[0015] 在每个半跨中，主拱助、位于桥墩正上方的立柱以及桥面围合形成直角三角形ABC，其中，A为直角角点，C为主拱助简化杆件与桥墩简化杆件顶端的铰接点，B为主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件的铰接点，令∠ABC＝B；n个拱上立柱竖直作用在对应主拱助上的集中荷载分别为F1、F2、……、Fi、……、Fn；其中，1≤i≤n；

[0016] 步骤2、计算每个主拱助推力Fp，具体计算公式为：

[0017]

[0018] 式(1)中， 为q1实腹段的集中荷载； 为q2实腹段的集中荷载；Gzg为主拱助的自重荷载。

[0019] 步骤3、计算桥墩所受水平推力Fpx，具体计算公式为：

[0020]

[0021] 步骤4、计算使桥墩发生受弯失效的临界纵向钢筋数量m，具体计算公式为：

[0022]

[0023] 式(3)中，hd为桥墩墩底截面距拱脚的垂直高度。

[0024] h为桥墩沿纵桥向的长度；αs为纵向钢筋合力点至桥墩截面边缘距离；fc为混凝土抗压强度；b为桥墩沿横桥向的长度；f′y为纵向钢筋抗压强度；D为纵向钢筋直径。

[0025] 步骤5、确定桥墩受弯失效方案：根据步骤4计算的临界纵向钢筋数量m，进行桥墩受弯失效方案的确定，确定的受弯失效方案为：

[0026] 方案A、当m＞0时，对每一跨桥墩墩底截面纵桥方向上两侧的纵向钢筋进行对称、同步切割，使剩余纵向钢筋数量小于m。

[0027] 方案B、当m≤0时，桥墩拆除方法，包括如下步骤：

[0028] 步骤51、切断纵向钢筋：将每一跨桥墩外围的纵向钢筋均从墩底截面进行对称、同步切断。

[0029] 步骤52、计算桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底核心混凝土临界截面抵抗矩W，具体计算公式为：

[0030]

[0031] 式(4)中，fct为核心混凝土的材料抗拉强度

[0032] 步骤53、切割桥墩墩底截面：对桥墩墩底截面沿纵桥向或横桥向进行对称、同步切割，使剩余的桥墩墩底核心混凝土有效截面抵抗矩小于步骤52计算并确定的W值。

[0033] 步骤6、高墩连拱桥拆除，具体包括如下步骤：

[0034] 步骤61、桥墩受弯失效预处理：封闭交通，采用步骤5中的方案A或方案B，对待拆除高墩连拱桥中的所有桥墩均进行桥墩受弯失效的预先处理。

[0035] 步骤62、高墩连拱桥拆除：破除第一跨的拱脚，使第一跨发生倒塌，1#桥墩则会在第一跨倒塌的条件下，受第二跨传递而来的水平推力作用发生受弯失效，进而倒塌；依次类推，第二跨和2#桥墩依次倒塌，直至所有桥墩和所有跨均实现连续倒塌，进而将高墩连拱桥进行拆除。

[0036] 步骤2中，Fi的计算公式为：

[0037]

[0038] 式(1a)中：

[0039] qm为桥面荷载。

[0040] li为i号腹拱的跨径；li+1为i+1号腹拱的跨径。

[0041] ρtl为填料的材料容重。

[0042] ktli为i号腹拱填料横桥向的等效宽度。

[0043] htli为i+1号腹拱拱顶上方填料高度。

[0044] ktli+1为i+1号腹拱填料横桥向的等效宽度。

[0045] htli+1为i+1号腹拱拱顶上方填料高度。

[0046] ρcq为拱上侧墙的材料容重。

[0047] kcqi为i号腹拱对应拱上侧墙横桥向的等效宽度；hcqi为i号腹拱拱顶上方拱上侧墙高度。

[0048] kcqi+1为i+1号腹拱对应拱上侧墙横桥向的等效宽度；hcqi+1为i+1号腹拱拱顶上方拱上侧墙高度。

[0049] ρfg为腹拱的材料容重。

[0050] kfgi为i号腹拱横桥向的等效宽度；hfgi为i号腹拱拱肋高度。

[0051] kfgi+1为i+1号腹拱横桥向的等效宽度；hfgi+1为i+1号腹拱拱肋高度。

[0052] fi为i号腹拱的矢高；fi+1为i+1号腹拱的矢高。

[0053] ρlz为拱上立柱的材料容重。

[0054] ki为拱上立柱的横桥向宽度；hi为拱上立柱的高度；di为拱上立柱的纵桥向宽度。

[0055] 步骤2中，Fq1的计算公式为：

[0056]

[0057] 式(1b)中：

[0058] ktlq1为q1实腹段填料的横桥向等效宽度。

[0059] htlq为主拱助拱顶正上方填料高度。

[0060] kcqq1为q1实腹段侧墙的横桥向等效宽度。

[0061] L1为q1实腹段的长度。

[0062] 步骤2中， 的计算公式为：

[0063]

[0064] 式(1c)中：

[0065] ktlq2为q2实腹段填料的横桥向等效宽度。

[0066] kcqq2为q2实腹段侧墙的横桥向等效宽度。

[0067] hcqq为主拱助拱顶正上方侧墙高度。

[0068] L2为q2实腹段的长度。

[0069] Gzg的计算公式为：

[0070]

[0071] 式(1d)中：

[0072] ρzg为主拱肋的材料容重；kzg为主拱肋的横桥向宽度；hzg为主拱肋厚度；fzg为主拱肋矢高；lzg为主拱肋跨径。

[0073] 步骤52中，当桥墩为矩形桥墩时，W的计算公式为：

[0074]

[0075] 其中，bc为桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底截面中核心混凝土沿横桥向的临界长度；hc为桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底截面中核心混凝土沿纵桥向的长度。

[0076] 步骤62中，采用爆破或机械拆除的方法，进行第一跨拱脚的破除。

[0077] 本发明具有如下有益效果：

[0078] (1)相较于常规爆破拆除方法，采用本方法不需要全桥范围内布置炸药，能极大地节约施工成本，减小对周边环境、结构物及人员的影响。

[0079] (2)相较于常规机械拆除方法，采用本方法能使高墩连拱桥整体倒塌，使施工工期大大缩短，降低设备与人工成本。

[0080] (3)在拱桥结构完好的对称受力状态下对桥墩进行切割作业，对于结构无安全隐患，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。

[0081] (4)利用结构跌落撞击地面的能量，使其破碎成小块，或在地面对未完全破碎的材料进行进一步的人工切割，实现快速装载清运。

附图说明

[0082] 图1显示了本发明一种桥墩受弯失效的高墩连拱桥的结构示意图。

[0083] 图2显示了图1的局部放大示意图。

[0084] 图3显示了本发明中高墩连拱桥中第二跨的左半跨的结构力学简化示意图。

[0085] 图4显示了主拱助的受力分析示意图。

[0086] 其中有：

[0087] 11.第一跨；12.第二跨；13.第三跨；

[0088] 20.桥面；

[0089] 30.桥墩；31.1#桥墩；32.2#桥墩；

[0090] 40.主拱助；41.拱脚；42.主拱助拱顶；

[0091] 51.1号腹拱；52.2号腹拱；53.3号腹拱；

[0092] 60.拱上立柱；70.拱上侧墙；

[0093] 81.q1实腹段；82.q2实腹段；

[0094] 90.桥台。

具体实施方式

[0095] 下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0096] 本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

[0097] 待拆除高墩连拱桥为N跨桥，从左至右分别为第一跨、第二跨、……、第N跨；其中，N≥2，则N跨桥具有至少一个桥墩，设连接第一跨和第二跨的桥墩为1#桥墩，连接第二跨和第三跨的桥墩为2#桥墩，依次类推。

[0098] n个腹拱并列布设在主拱助与桥面之间，且从桥台或桥墩向着每跨的主拱助拱顶方向分别标记为1号腹拱、2号腹拱、……、i号腹拱、……、n号腹拱；其中；n≥1，1≤i≤n。

[0099] n个拱上立柱用于连接腹拱与主拱助或桥台或桥墩，且采用与腹拱相同的标记顺序。

[0100] 拱上侧墙用于连接腹拱与桥面。

[0101] 本发明以N＝3，也即三跨桥为例，进行详细说明，具体如图1所示，三跨桥从左至右分别为第一跨11、第二跨12和第三跨13，具有1#桥墩31和2#桥墩32。

[0102] 如图2所示，每跨均包括两个对称布设的半跨；每个半跨均包括主拱助40、n个腹拱、n个拱上立柱60、拱上侧墙70、q1实腹段81和q2实腹段82。

[0103] 本实施例中，n＝3，也即具有3个腹拱，从桥台或桥墩向着每跨的主拱助拱顶方向分别为1号腹拱51、2号腹拱52和3号腹拱53。

[0104] 一种基于高墩受弯失效的连拱桥快速拆除方法，包括如下步骤。

[0105] 步骤1、高墩连拱桥结构力学简化

[0106] 如图3和图4所示，根据待拆除高墩连拱桥的受力特性，将桥墩简化为底端刚接的竖直杆件，将桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化为水平杆件，将主拱助简化为两端分别与桥墩简化杆件和桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件相铰接的倾斜杆件；每根拱上立柱均简化为两端分别与主拱助简化杆件和桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件相铰接的竖直杆件。

[0107] q1实腹段为n号腹拱边缘与主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件交点之间的部分。

[0108] q2实腹段为主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件交点与桥跨中点之间的部分。

[0109] 在每个半跨中，主拱助、位于桥墩正上方的立柱以及桥面围合形成直角三角形ABC，其中，A为直角角点，C为主拱助简化杆件与桥墩简化杆件顶端的铰接点，B为主拱肋简化杆件与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱部位简化杆件的铰接点，令∠ABC＝β；n个拱上立柱竖直作用在对应主拱助上的集中荷载分别为F1、F2、……、Fi、……、Fn；其中，1≤i≤n。

[0110] 在图4中，分布荷载q1为杆件AB内实腹段的填料、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B到桥跨中点之间(也即主拱助拱顶与桥面之间)的填料、侧墙及桥面系的自重荷载，由于此段拱肋弧线较为平缓，故可近似简化为均布荷载来计算。

[0111] 步骤2、计算每个主拱助推力Fp，具体计算公式为：

[0112]

[0113] 式(1)中， 为q1实腹段的集中荷载； 为q2实腹段的集中荷载；Gzg为主拱助的自重荷载。

[0114] 上述Fi的计算公式为：

[0115]

[0116] 式(1a)中：

[0117] qm为桥面荷载。

[0118] li为i号腹拱的跨径；li+1为i+1号腹拱的跨径。

[0119] ρtl为填料的材料容重。

[0120] ktli为i号腹拱填料横桥向的等效宽度。

[0121] htli为i+1号腹拱拱顶上方填料高度。

[0122] ktli+1为i+1号腹拱填料横桥向的等效宽度。

[0123] htli+1为i+1号腹拱拱顶上方填料高度。

[0124] ρcq为拱上侧墙的材料容重。

[0125] kcqi为i号腹拱对应拱上侧墙横桥向的等效宽度；hcqi为i号腹拱拱顶上方拱上侧墙高度。

[0126] kcqi+1为i+1号腹拱对应拱上侧墙横桥向的等效宽度；hcqi+1为i+1号腹拱拱顶上方拱上侧墙高度。

[0127] ρfg为腹拱的材料容重。

[0128] kfgi为i号腹拱横桥向的等效宽度；hfgi为i号腹拱拱肋高度。

[0129] kfgi+1为i+1号腹拱横桥向的等效宽度；hfgi+1为i+1号腹拱拱肋高度。

[0130] fi为i号腹拱的矢高；fi+1为i+1号腹拱的矢高。

[0131] ρlz为拱上立柱的材料容重。

[0132] ki为拱上立柱的横桥向宽度；hi为拱上立柱的高度；di为拱上立柱的纵桥向宽度。上述Fq1的计算公式为：

[0133]

[0134] 式(1b)中：

[0135] ktlq1为q1实腹段填料的横桥向等效宽度。

[0136] htlq为主拱助拱顶正上方填料高度。

[0137] kcqq1为q1实腹段侧墙的横桥向等效宽度。

[0138] L1为q1实腹段的长度。

[0139] 上述 的计算公式为：

[0140]

[0141] 式(1c)中：

[0142] ktlq2为q2实腹段填料的横桥向等效宽度。

[0143] kcqq2为q2实腹段侧墙的横桥向等效宽度。

[0144] hcqq为主拱助拱顶正上方侧墙高度。

[0145] L2为q2实腹段的长度。

[0146] 上述Gzg的计算公式为：

[0147]

[0148] 式(1d)中：

[0149] ρzg为主拱肋的材料容重；kzg为主拱肋的横桥向宽度；hzg为主拱肋厚度；fzg为主拱肋矢高；lzg为主拱肋跨径。

[0150] 步骤3、计算桥墩所受水平推力Fpx，具体计算公式为：

[0151]

[0152] 步骤4、计算使桥墩发生受弯失效的临界纵向钢筋数量m，具体计算公式为：

[0153]

[0154] 本实施例中，临界纵向钢筋数量m优选取式(3)的最大值，也即：

[0155]

[0156] 式(3)中，hd为桥墩墩底截面距拱脚的垂直高度。

[0157] h为桥墩沿纵桥向的长度；αs为纵向钢筋合力点至桥墩截面边缘距离；fc为混凝土抗压强度；b为桥墩沿横桥向的长度；f′y为纵向钢筋抗压强度；D为纵向钢筋直径。

[0158] 由于在高墩连拱桥的桥墩内通常会布设纵向钢筋，故考虑其受弯破坏时，首先应考虑若仅切断受拉区与受压区的纵向钢筋，拱脚处水平推力产生的弯矩是否能导致桥墩发生受弯失效；若桥墩截面尺寸较大，在钢筋完全切断的条件下仍不能发生受弯失效，则需要在完全切断外围钢筋的条件下，进一步切割核心部分混凝土截面，削弱截面的抗弯强度。

[0159] 故而，本发明需要先行计算临界纵向钢筋数量m，其计算公式(3)主要依据桥墩抗弯承载力Md进行推导得出，查阅相关规范可得其抗弯承载力为：

[0160]

[0161]

[0162] 其中，x为桥墩截面的核心混凝土受压区高度，fy为纵向钢筋抗拉强度，ξb为桥墩截面的核心混凝土截面相对界限受压区高度。

[0163] 通常由于fy＝f′y，故x＝2αs，则：

[0164]

[0165] 若要使桥墩发生受弯失效，应考虑使拱肋传递而来的推力产生的弯矩最大，故取桥墩的墩底截面，则：

[0166] Md≤Fpxhd

[0167]

[0168] 通过上式(3a)，能够得到本发明的公式(3)。

[0169] 步骤5、确定桥墩受弯失效方案

[0170] 根据步骤4计算的临界纵向钢筋数量m，进行桥墩受弯失效方案的确定，确定的受弯失效方案为：

[0171] 方案A、当m＞0时，对每一跨桥墩墩底截面纵桥方向上两侧的纵向钢筋进行对称、同步切割，使剩余纵向钢筋数量小于m。

[0172] 方案B、当m≤0时，桥墩拆除方法，包括如下步骤：

[0173] 步骤51、切断纵向钢筋：将每一跨桥墩外围的纵向钢筋均从墩底截面进行对称、同步切断。

[0174] 步骤52、计算桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底核心混凝土临界截面抵抗矩W，具体计算公式为：

[0175]

[0176] 本实施例中，桥墩墩底核心混凝土临界截面抵抗矩W优选取式(4)的最大值，也即：

[0177]

[0178] 式(4)中，fct为核心混凝土的材料抗拉强度。

[0179] 上述公式(4)，也主要依据桥墩抗弯承载力Md进行推导得出，当将核心混凝土截面外围的纵向钢筋完全切断，假设发生受弯破坏的核心混凝土临界截面尺寸为bc×hc，查阅相关规范可得核心部分混凝土的抗弯承载力为：

[0180] Md＝Wfct

[0181] 对于矩形截面，上述W的优选计算公式为：

[0182]

[0183] 其中，bc为桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底截面中核心混凝土沿横桥向的临界长度；hc为桥墩发生受弯破坏时桥墩墩底截面中核心混凝土沿纵桥向的长度。

[0184] 若要使桥墩发生受弯失效，应考虑使拱肋传递而来的推力产生的弯矩最大，故取桥墩墩底截面，假设该截面距拱肋的垂直高度为hd，则：

[0185] Md≤Fpxhd

[0186] Wfct≤Fpxhd   (4b)

[0187] 通过上式(4b)，能够得到本发明的公式(4)。

[0188] 步骤53、切割桥墩墩底截面：对桥墩墩底截面沿纵桥向或横桥向进行对称、同步切割，使剩余的桥墩墩底核心混凝土有效截面抵抗矩小于步骤52计算并确定的W值。

[0189] 步骤6、高墩连拱桥拆除，具体包括如下步骤：

[0190] 步骤61、桥墩受弯失效预处理：封闭交通，采用步骤5中的方案A或方案B，对待拆除高墩连拱桥中的所有桥墩均进行桥墩受弯失效的预先处理。

[0191] 步骤62、高墩连拱桥拆除：优选采用爆破或机械拆除等方法，破除第一跨的拱脚，使第一跨发生倒塌，1#桥墩则会在第一跨倒塌的条件下，受第二跨传递而来的水平推力作用发生受弯失效，进而倒塌；依次类推，第二跨和2#桥墩依次倒塌，直至所有桥墩和所有跨均实现连续倒塌，进而将高墩连拱桥进行拆除。

[0192] 上述连续倒塌的原理分析为：当对第一跨桥台处的拱脚进行爆破或机械破除后，拱上建筑由于失去主拱圈的支承而发生倒塌，因此第一跨结构会发生完全倒塌，此时，由于1#桥墩处发生受弯失效，故而导致第二跨的拱桥结构倒塌，同理，第二跨结构倒塌后则会导致2#桥墩处发生受弯失效，进而导致第三跨拱桥结构倒塌，从而实现整体连续倒塌。因此，高墩连拱桥整体倒塌的关键在于每个墩柱是否发生受弯失效。

[0193] 下面以某需要进行拆除的5×30m高墩混凝土拱桥为例，对本发明做进一步的详细说明。

[0194] 该高墩连拱桥共5跨，其中3#墩为制动墩，制动墩与非制动墩的截面尺寸相同，仅基础埋置深度不同；桥墩较高，拱脚位置距墩底截面距离为6m，基本符合该发明所适用的工程特点。

[0195] 经查阅设计文件及现场实勘，主要参数如下：桥面系纵桥向的自重恒载集度qqm包括：单侧护栏纵桥向线密度1.65kN/m，桥面铺装厚度为0.13m混凝土，铺装宽度为7.0m，容重3 3
为25kN/m3；侧墙平均厚度为0.5m，材料容重ρcq＝17.8kN/m ；填料材料容重ρtl＝14.5kN/m ，
3
横桥向等效宽度ktli＝7.0m；腹拱材料容重ρfg＝21N/m ，横桥向等效宽度kfgi＝8.0m，高度
3
hfgi＝0.15m；立柱材料容重ρlz＝21N/m ，横桥向宽度ki＝8m，纵桥向宽度di＝0.3m，1号立柱高度h1＝2m，2号立柱高度h2＝1m；腹拱顶部上方填料高度htli与侧墙高度hcqi均为0.6m；腹拱计算跨径li＝1.6m、计算矢高fi＝0.5m。则：

[0196]

[0197] 也即：

[0198]

[0199] F2＝41.68+97.44+17.09+47.53+41.92+21×8×1×0.3＝296.06kN

[0200] q1实腹段长度L1＝2m，填料的横桥向等效宽度ktlq1＝7m，侧墙平均厚度为0.5m，主拱顶部上方填料高度htlq与侧墙高度hcqq均为0.6m， 则：

[0201]

[0202] 也即：

[0203]

[0204] q2实腹段长度L2＝4m，填料的横桥向等效宽度ktlq2＝7m，侧墙平均厚度为0.5m，主拱顶部上方填料高度htlq与侧墙高度hcqq均为0.6m。则：

[0205]

[0206] 也即：

[0207]

[0208] 主拱肋材料容重为ρzg＝21N/m3，计算跨径lzg＝20m，计算矢高fzg＝4m，横桥向宽度kzg＝8m，拱肋高度hzg＝0.6m。则：

[0209]

[0210] 也即：

[0211]

[0212] 则：

[0213]

[0214] 也即：

[0215]

[0216] 桥墩沿桥纵向方向的长度为4000mm，沿桥横向方向的长度为9000mm，钢筋直径为2
22mm，纵向钢筋合力点距截面边缘均为40mm，C30混凝土抗压强度fc＝20.1N/mm ，HRB335钢
2
筋抗拉、压强度fy＝f′y＝300N/mm，拱脚距墩底截面距离hd＝6000mm。发生受弯破坏时的临界数量为m，则：

[0217]

[0218] 由于计算所得m为负值，则需要在完全切断钢筋后，进一步切割核心部分混凝土。2
混凝土抗拉强度fct＝1.5N/mm ，发生受弯失效的核心部分混凝土临界横截面尺寸为bc×hc，则：

[0219]

[0220] 计算得到桥墩受弯失效的核心部分混凝土临界横截面的抵抗矩W＝3
14837960000mm 后，封闭交通，采用人工对各跨桥墩墩底截面进行对称、同步切割，在切断外围钢筋的条件下，使其剩余核心混凝土截面的有效面积小于上述数值，随后采用炸药或长臂钩机远距离破除第一跨桥台处的拱脚，使第一跨结构发生完全倒塌，随后各跨桥墩由于拱脚传递而来的水平推力作用，在切割面处发生受弯失效，从而引起整桥的连续倒塌，最后在地面对未完全破碎的材料进行人工切割并清运，完成整桥的拆除工作。

[0221] 考虑到爆破方法手续复杂、成本较高、社会影响巨大，因此该桥原计划采用与建设顺序相反的常规机械拆除方法来进行拆除，根据该高墩连拱桥的跨径以及现场人员、器械的情况，计划需要15天以上才能完成全桥拆除，而采用本发明所提出的方法仅需人工对桥墩进行切割后，即可用大型机械破除第一跨桥台处的拱脚，全桥即可发生整体连续倒塌，能极大地缩短作业工期，预计2天就能完成全桥拆除。此外，常规拆除方法需保持纵桥向与横桥向受力的对称，人员在桥上施工时存在较高的安全风险，采用该方法则无需人员在桥上进行拆除作业，且由于结构完整时桥墩往往不受水平推力，所以在水平方向上对桥墩进行切割，发生安全风险的可能性也较低，故从安全角度考虑，采用该方法也显著优于常规拆除方法。

[0222] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。