变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法

摘要

本发明公开一种变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法，包括以下步骤：步骤一，收集或者实测待破拆的圬工连拱桥的结构参数；步骤二，计算桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度hd；步骤三，计算在桥墩最经济切割面的位置发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W；步骤四，对桥墩截面沿纵桥向和/或横桥向进行对称、同步切割，使桥墩核心部分的有效截面抵抗矩小于W；步骤五，破拆第一跨拱脚使其发生倒塌，实现连续倒塌；步骤六，清运圬工材料，完成拆除作业。本发明可实现整跨垮塌，实现快速破拆、清运，降低破拆安全风险，最大程度缩短施工周期、降低施工成本、减少对周边环境的干扰与影响。

权利要求

1.变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，收集或者实测待破拆的变截面高墩圬工连拱桥的结构参数；

步骤二，计算桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度hd，获取桥墩最经济切割面的位置；

其中，f(hd)为待切割部分截面的抵抗矩，是关于hd的三次函数；a为桥墩顶部沿横桥向的长度；b为桥墩顶部沿纵桥向的长度；α为横桥向桥墩截面倾斜角度；θ为纵桥向桥墩截面倾斜角度；hd为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；fct为材料抗拉强度；Fpx为桥墩所受水平推力；

步骤三，计算在桥墩最经济切割面的位置发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W；

步骤四，根据步骤三获得桥墩最经济切割面的位置发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W，在各桥墩最经济切割面的位置，对各桥墩截面沿纵桥向和/或横桥向进行对称、同步切割，使各桥墩剩余核心部分的有效截面抵抗矩小于发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W；

步骤五，完成步骤四后，采用长臂钩机破拆圬工连拱桥的第一跨的拱脚使其发生倒塌，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而发生受弯失效，后续各跨则同样会由于桥墩发生受弯失效而实现连续倒塌；

步骤六，清运垮塌跌落下来的圬工材料，完成变截面高墩圬工连拱桥快速拆除作业。

2.根据权利要求1所述的变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法，其特征在于：步骤二中，桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度hd通过以下方式确定：对f(hd)求导得：

(1)若 则f

(hd)有两个极值点，分别为：

由于各参数均大于0，且0≤hd≤H，故只有

符合

条件；

若 则

比较该点以及hd＝0、hd＝H时，三个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为最经济切割面距墩顶的高度；

若 则

只需比较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；

(2)若 则f(hd)有

一个极值点，为 由于各参数均大于0，且0≤hd≤H，故该点不符合条件，只需比较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；

(3)若 则只需比

较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度。

3.根据权利要求1所述的变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法，其特征在于：所述桥墩所受水平推力Fpx根据以下算式获得：式中，Fq1为1号拱上实腹段的集中荷载，Fq2为2号拱上实腹段的集中荷载，Gzg为主拱肋的自重荷载，Fi为i号拱上立柱承受的集中荷载，n为变截面高墩圬工连拱桥的拱的总个数，i为1≤i≤n之间的自然数，β为变截面高墩圬工连拱桥的半跨结构受力简化图中∠ABC的角度。

说明书

变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法

技术领域

[0001] 本发明属于桥梁破拆施工技术领域，具体涉及了一种变截面高墩圬工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圬工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。例如中国专利申请号202011587682.2提出了一种三跨上承式钢筋混凝土连拱桥拆除方法，先后依次拆除桥梁的桥面附属结构、桥面板、拱圈、桥墩、承台、桩基、桥台，其中，对称分块切割桥面板和拱圈，并且安装临时固定支架，临时固定支架固定在桥墩顶面进行限位，从而防止拱圈拆除卸载有先后使桥墩上出现偏载或不平衡荷载，进而防止使拱圈上承受的应力超过容许应力导致拱圈产生裂缝甚至塌方，并且在拱圈拆除时加设水平拉索，防止拱圈断裂。

[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。例如中国专利申请号202110856940.0提出了一种圬工结构连续拱桥的拆除方法，该圬工结构连续拱桥包括多个跨，包括如下步骤：S1、制造载荷提升装置，所述载荷提升装置包括内部具有容置空间的载荷容器、用于抽水的动力元件以及用于连接载荷容器和动力元件的管道；S2、在需要拆除的圬工结构连续拱桥上的每一跨的跨中位置放置至少一个空置的载荷容器；所述动力元件置于桥外；S3、对需要拆除的圬工结构连续拱桥进行交通封锁；S4、利用所述动力元件将河水输送到所述载荷容器内；S5、对该圬工结构连续拱桥的边跨开始进行拆除，直至引起圬工结构连续拱桥其他跨的自行垮塌。

[0004] 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

[0005] 本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供了一种变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法。本发明能够通过机械拆除作业即可实现一次性整跨垮塌，并且利用整跨垮塌跌落的能量将圬工拱桥的圬工材料破碎成小块，实现快速破拆、清运，降低破拆安全风险，最大程度缩短施工周期、降低施工成本、减少对周边环境的干扰与影响。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0007] 一种变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法，包括以下步骤：

[0008] 步骤一，收集或者实测待破拆的变截面高墩圬工连拱桥的结构参数；

[0009] 步骤二，计算桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度hd，获取桥墩最经济切割面的位置；

[0010]

[0011] 其中，f(hd)为待切割部分截面的抵抗矩，是关于hd的三次函数；a为桥墩顶部沿横桥向的长度；b为桥墩顶部沿纵桥向的长度；α为横桥向桥墩截面倾斜角度；θ为纵桥向桥墩截面倾斜角度；hd为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；fct为材料抗拉强度；Fpx为桥墩所受水平推力；

[0012] 步骤三，计算在桥墩最经济切割面的位置发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W；

[0013]

[0014] 步骤四，根据步骤三获得桥墩最经济切割面的位置发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W，在各桥墩最经济切割面的位置，对各桥墩截面沿纵桥向和/或横桥向进行对称、同步切割，使桥墩剩余核心部分的有效截面抵抗矩小于发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W；

[0015] 步骤五，完成步骤四后，采用长臂钩机破拆圬工连拱桥的第一跨的拱脚使其发生倒塌，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而发生受弯失效，后续各跨则同样会由于桥墩发生受弯失效而实现连续倒塌；

[0016] 步骤六，清运垮塌跌落下来的圬工材料，完成变截面高墩圬工连拱桥快速拆除作业。

[0017] 作为本发明进一步说明，以上步骤二中，桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度hd通过以下方式确定：

[0018] 对f(hd)求导得：

[0019]

[0020] (1)若则f(hd)有两个极值点，分别为：

[0021]

[0022] 由于各参数均大于0，且0≤hd≤H，故只有符合条件；

[0023] 若则比较该点以及hd＝0、hd＝H时，三个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为最经济切割面距墩顶的高度；

[0024] 若则只需比较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；

[0025] (2)若 则f(hd)有一个极值点，为 由于各参数均大于0，且0≤hd≤H，故该点不
符合条件，只需比较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；

[0026] (3)若 则只需比较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度。

[0027] 作为本发明进一步说明，以上所述桥墩所受水平推力Fpx根据以下算式获得：

[0028]

[0029] 式中，Fq1为1号拱上实腹段的集中荷载，Fq2为2号拱上实腹段的集中荷载，Gzg为主拱肋的自重荷载，Fi为i号拱上立柱承受的集中荷载，n为变截面高墩圬工连拱桥的拱的总个数，i为1≤i≤n之间的自然数，β为变截面高墩圬工连拱桥的半跨结构受力简化图中∠ABC的角度。

[0030] 本发明的优点：

[0031] 1.本发明相较于常规爆破拆除方法，采用本发明的破拆方法不需要全桥范围内布置炸药，无需办理繁琐的申请、报批手续，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。

[0032] 2.本发明相较于常规机械拆除方法，采用本发明的破拆方法能使高墩圬工连拱桥整体倒塌，使施工工期大大缩短，降低设备与人工成本；在实施过程中，产生的振动小、粉尘少，不产生飞石、冲击波，不影响周边建筑结构物及人员安全，无需对周边人员近疏散、无需抑制粉尘相关措施。

[0033] 3.本发明通过获取桥墩核心部分混凝土临界截面抵抗矩，对桥墩墩底截面沿纵桥向或横桥向进行对称、同步切割，使核心部分混凝土有效截面抵抗矩小于临界值，随后破除第一跨的拱脚使其发生倒塌，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而发生受弯失效，后续各跨则同样会由于桥墩发生受弯失效而实现连续倒塌，达到快速拆除高墩圬工连拱桥的目的。

[0034] 4.本发明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。

[0035] 5.本发明的破拆工期最短、成本低，无论圬工连拱桥跨径大小，2天左右即可实现破拆完成，而根据圬工连拱桥跨径不同现有技术中常规机械拆除需要5～15天。

[0036] 6.本发明的破拆方法利用结构跌落产生的能量将圬工材料碎成小块，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

[0037] 图1为申请人采用现有技术中常规手段机械破拆圬工拱桥出现的未整跨垮塌、整跨跌落的示意照片。

[0038] 图2为申请人采用现有技术中常规手段机械破拆圬工拱桥出现的未整跨垮塌、整跨跌落的另一示意照片。

[0039] 图3为3跨变截面高墩圬工连拱桥的结构示意图。

[0040] 图4为图3简化后的结构示意图。

[0041] 图5为图4中第一跨完全倒塌后的结构示意图。

[0042] 图6为图5中1#墩柱的受力简图。

[0043] 图7为图5中取第二跨中半跨结构的示意图。

[0044] 图8为图7所示结构的受力分析示意图。

[0045] 图9为变截面高墩圬工连拱桥的腹拱结构示意图。

[0046] 图10为图9的结构简化示意图。

[0047] 图11为变截面高墩圬工连拱桥的桥墩纵桥向视图。

[0048] 图12为变截面高墩圬工连拱桥的桥墩横桥向视图。

具体实施方式

[0049] 下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

[0050] 一、本发明的技术原理及结构受力分析

[0051] (1)按照传统的施工方法，变截面高墩圬工连拱桥的建设过程首先是完成各基础、墩台的建设，再进行主拱圈的施工，随后以对称受力为原则施工立柱、侧墙、腹拱圈、拱上填料、护栏、桥面铺装等，因此可以假设立柱、侧墙、腹拱圈、拱上填料、护栏、桥面铺装等的荷载均是通过主拱圈与墩上立柱传递至墩台。

[0052] (2)变截面高墩圬工连拱桥结构力学简化

[0053] 取3跨变截面高墩圬工连拱桥作为分析对象，如图3所示，由于本发明所涉及的领域为桥梁拆除，重点关注的是桥墩所受拱肋传递而来的水平推力的大小，桥跨结构不是我们关注的重点，故可对桥跨结构进行一定程度的简化。

[0054] 由拱桥的受力特征可知，在变截面高墩圬工连拱桥拱跨结构内，拱肋及拱上立柱的受力形式均是以轴力为主，故考虑将拱肋及拱上立柱简化为两端铰接的杆件来进行分析；桥墩通常刚度较大，可考虑将其简化成与底部基础刚接的杆件；而桥面系、填料、侧墙、腹拱等部位不是本发明中重点关注的对象，仅起到向下传递自重荷载的作用，故将其简化成铰接在桥墩、拱肋与拱上立柱顶部的水平构件来进行分析。由于拱肋简化杆件与桥墩简化杆件之间的夹角直接决定了桥墩所受水平推力的大小，根据实际受力情况，其作用力的方向是与拱脚轴线的方向一致，故取拱脚轴线的方向作为拱肋简化杆件的方向，其延长线与顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱等部位简化杆件的交点，即为拱肋简化杆件的端点，简化后的结构如图4所示。

[0055] (3)连续倒塌过程受力分析

[0056] 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，因此假设第一跨结构会发生完全倒塌，则剩余部分结构简图则转化为如图5所示。若要使整体结构发生连续倒塌，则首先需要1#墩柱处发生受弯失效，才会导致第二跨的拱桥结构倒塌，同理，第二跨结构倒塌后则需要2#墩柱处发生受弯失效，才会导致第三跨拱桥结构倒塌，从而实现整体连续倒塌。因此高墩圬工连拱桥整体倒塌的关键在于每个墩柱是否发生受弯失效。

[0057] 取1#墩柱作为分析对象，对其进行受力分析，由于假设第一跨的拱桥结构完全倒塌，且由于顶部桥面系、填料、侧墙、腹拱等部位简化的杆件是通过铰接的形式与1#墩柱固定，仅传递轴力，因此1#墩柱除了自身自重与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，其受力简图如图6所示。可以发现，当桥墩所受横向推力产生的弯矩大于其自身抗弯强度时，桥墩则会整体发生受弯失效，从而导致第二跨拱桥结构倒塌。

[0058] (4)拱肋推力Fp计算

[0059] 由于第二跨可视为对称结构，故取第二跨的半跨结构作为分析对象，如图7所示，对其拱肋BC进行受力分析，如图8所示。查阅桥梁设计文件、竣工图或现场实测资料，根据各部位尺寸及材料的容重可计算1号拱上立柱的荷载F1、2号拱上立柱的荷载F2、以及n号拱上立柱的荷载Fn；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。

[0060] 查阅桥梁设计文件、竣工图或现场进行实测，得到桥面系纵桥向的自重恒载集度为qqm，侧墙、填料、腹拱及立柱的材料容重分别为ρcq、ρtl、ρfg、ρlz。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li、计算矢高为fi，xi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kcqi，i号腹拱填料横桥向的等效宽度为ktli，i号腹拱横桥向的等效宽度为kfgi，i号腹拱顶部上方填料高度为htli，i号腹拱顶部上方侧墙高度为hcqi，i号腹拱拱肋高度为hfgi，i号拱上立柱高度为hi，横桥向宽度为ki，纵桥向宽度为di。

[0061] 将如图9所示的腹拱简化为三角形来进行计算，如图10所示。

[0062] 根据几何结构及物理参数，i号拱上立柱承受的集中荷载Fi可以表示为：

[0063]

[0064] L1为q1实腹段的长度，xs为距B点的水平距离，ktlq1为q1实腹段填料的横桥向等效宽度，kcqq1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htlq，主拱顶部上方侧墙高度为hcqq，β为∠ABC的角度，根据几何构成及物理参数，q1实腹段的集中荷载Fq1可以表示为：

[0065]

[0066]

[0067] L2为q2实腹段的长度，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，由于q2为均布荷载，根据几何构成及物理参数，q2实腹段的集中荷载Fq2可以表示为：

[0068] Fq2＝(qqm+ρtlktlq2htlq+ρcqkcqq2hcqq)L2；

[0069] 主拱肋的材料容重为ρzg，主拱肋计算跨径为lzg，计算矢高为fzg，横桥向宽度为kzg，高度为hzg，则主拱肋的自重荷载Gzg可以表示为：

[0070]

[0071] 则推力Fp为：

[0072]

[0073] 故桥墩所受水平推力Fpx为：

[0074]

[0075] (5)桥墩最经济切割面计算

[0076] 由于在高墩圬工连拱桥中，常见的桥墩形式为变截面桥墩，其顶端的横截面积较小，底部横截面则较大，如图11、图12所示。若切割面靠近顶端，则切割工作量较小，但水平推力产生的力矩较小；若切割面靠近底部，则能产生较大的力矩，但切割工作量较大。因此，需要通过计算来寻找一个最经济的切割面，使桥墩发生弯曲破坏的同时，尽量减小工作量。

[0077] 假设发生受弯破坏的核心部分临界截面抵抗矩为W，材料抗拉强度为fct，切割面距拱脚的垂直高度为hd，当其发生受弯破坏时有：

[0078] Fpxhd＝fctW；

[0079] 假设桥墩顶部沿横桥向的长度为a，沿纵桥向的长度为b，横桥向桥墩截面倾斜角度为α，纵桥向桥墩截面倾斜角度为θ，欲使切割的面积最小，则在该切割面处原截面的抵抗矩与破坏面的抵抗矩之差最小，则有：

[0080]

[0081] f(hd)为待切割部分截面的抵抗矩，是关于hd的三次函数，需求其最小值，故应先对其求导，得出极值点，又可知0≤hd≤H,H为桥墩高度，比较这些点的值后，即可得到原截面的抵抗矩与破坏面的抵抗矩之差最小处所对应的hd。

[0082] 对f(hd)求导得：

[0083]

[0084] 1)若 则f(hd)有两个极值点，分别为：

[0085]

[0086] 由于各参数均大于0，且0≤hd≤H，故只有符合条件；

[0087] 若则比较该点以及hd＝0、hd＝H时，三个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为最经济切割面距墩顶的高度；

[0088] 若则只需比较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；

[0089] 2)若 则f(hd)有一个极值点，为 由于各参数均大于0，且0≤hd≤H，故该点不
符合条件，只需比较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；

[0090] 3)若 则只需比较hd＝0、hd＝H时，两个点所对应的f(hd)，最小值所对应的hd即为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度。

[0091] 获得最经济切割面据墩顶的高度hd后，计算该部位原截面的抵抗矩Wy：

[0092]

[0093] 剩余核心部分材料临界截面的抵抗矩W：

[0094]

[0095] 通过确定剩余核心部分材料临界截面的抵抗矩W'，可计算发生受弯破坏的桥墩沿横桥向的临界长度a'和/或桥墩沿纵桥向的临界长度b'：

[0096]

[0097] 在实际应用中，桥墩的沿横桥向的长度和沿纵桥向的长度可实际测量获得，在实操切割过程中，只要先确定其中一个长度值(即自定义其中一个参数的临界值)，然后根据上式即可计算出另一个参数的临界长度，即获知切割的深度值。

[0098] 通过上述方法计算得出剩余核心部分材料临界截面的抵抗矩，对桥墩墩底截面沿纵桥向或横桥向进行对称、同步切割，使核心部分材料的有效截面抵抗矩小于临界值，随后破除第一跨的拱脚使其发生倒塌，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而发生受弯失效，后续各跨则同样会由于桥墩发生受弯失效而实现连续倒塌，达到快速拆除高墩圬工连拱桥的目的。

[0099] 二、实施例：

[0100] 一种变截面高墩圬工连拱桥快速拆除方法，包括以下步骤：

[0101] 步骤一，收集或者实测待破拆的变截面高墩圬工连拱桥的结构参数；

[0102] 步骤二，计算桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度hd，获取桥墩最经济切割面的位置；

[0103]

[0104] 其中，f(hd)为待切割部分截面的抵抗矩，是关于hd的三次函数；a为桥墩顶部沿横桥向的长度；b为桥墩顶部沿纵桥向的长度；α为横桥向桥墩截面倾斜角度；θ为纵桥向桥墩截面倾斜角度；hd为桥墩最经济切割面距拱脚的垂直高度；fct为材料抗拉强度；Fpx为桥墩所受水平推力；

[0105] 步骤三，计算在桥墩最经济切割面的位置发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W；

[0106]

[0107] 步骤四，根据步骤三获得桥墩最经济切割面的位置发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W，在桥墩最经济切割面的位置，对桥墩截面沿纵桥向和/或横桥向进行对称、同步切割，使桥墩核心部分的有效截面抵抗矩小于发生受弯破坏的桥墩核心部分临界截面抵抗矩W；

[0108] 步骤五，完成步骤四后，采用长臂钩机破拆圬工连拱桥的第一跨的拱脚使其发生倒塌，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而发生受弯失效，后续各跨则同样会由于桥墩发生受弯失效而实现连续倒塌；

[0109] 步骤六，清运垮塌跌落下来的圬工材料，完成变截面高墩圬工连拱桥快速拆除作业。

[0110] 三、应用实例

[0111] 以某需要进行拆除的5×30m高墩混凝土拱桥为例，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。

[0112] 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 3
为25kN/m ；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＝8.0m，纵桥向宽度di＝0.3m，1号立柱高度h1＝2.0m，2号立柱高度h2＝1.0m；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：

[0113]

[0114]

[0115] F2＝41.68+97.44+17.09+47.53+41.92+21×8×1×0.3＝296.06kN

[0116] q1实腹段长度L1＝2.0m，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：

[0117]

[0118]

[0119] q2实腹段长度L2＝4.0m，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：

[0120] Fq2＝(qm+ρtlktlq2htlq+ρcqkcqq2hcqq)L2

[0121] Fq2＝4×(2×1.65+25×7×0.13+14.5×7×0.6+17.8×2×0.5×0.6)＝390.52kN

[0122] 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：

[0123]

[0124]

[0125] 则：

[0126]

[0127]

[0128] 材料抗拉强度fct＝15N/mm2，桥墩顶部沿横桥向的长度a＝8m，沿纵桥向的长度b＝2m，横桥向桥墩截面倾斜角度为α，tanα＝0.3，纵桥向桥墩截面倾斜角度为θ，tanθ＝0.2，桥墩高度H＝10m，切割面距拱脚的垂直高度为hd，则有：

[0129]

[0130] 求导得：

[0131]

[0132] 由于0≤hd≤10m，故上式求解可得hd＝781.06mm为极值点。

[0133] f(0)＝3.2×1010mm3

[0134] f(10000)＝5.93×1010mm3

[0135] f(781.06)＝5.62×109mm3

[0136] 可见，距拱脚(墩顶)高度hd＝781.06mm处的截面为最经济切割面。计算得到核心部分临界截面抵抗矩 后，封闭交通，采用人工对各跨桥9 3
墩墩底截面进行对称、同步切割，使其核心部分材料的抵抗矩小于1.93×10mm ，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。

[0137] 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。

[0138] 显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。