中承式集束钢管混凝土拱桥控制拆除爆破技术

文献概况与工程背景

本文涉及中承式集束钢管混凝土（CFTST）拱桥的控制拆除爆破技术。集束钢管混凝土拱桥是一种将多根钢管与混凝土协同工作的新型拱桥结构形式，其结构特点在于钢管与混凝土之间形成高效的约束效应，使混凝土处于三轴受压状态，钢管提供侧向约束并抵抗环向拉力。此类桥梁拆除面临的核心挑战在于：结构整体刚度大、刚度分布复杂、拆除顺序对剩余结构安全性影响显著，且爆破振动可能对周边既有结构造成损害。

核心观点与技术要点解读

集束钢管混凝土结构的力学特性

集束钢管混凝土拱桥的力学行为与传统钢筋混凝土拱桥有本质区别。钢管与混凝土之间的协同工作机制可概括为以下要点：

在拆除爆破设计中，必须充分考虑上述力学特性。集束钢管混凝土构件的破坏模式通常表现为：混凝土先达到极限压应变后发生压碎，随后钢管在环向拉应力作用下发生鼓胀或屈曲。这种渐进式破坏特征为控制爆破提供了可利用的时间窗口，但也意味着爆破能量需要更精确地控制以避免过度破坏导致飞石伤人。

爆破设计与振动控制

文献采用数值模拟（如LS-DYNA或ANSYS）与现场试验相结合的方式，对拆除方案进行了优化设计。关键技术要点包括：

• 起爆顺序：采用分段、分序、延时起爆方案，确保爆破载荷的时序可控。对于集束钢管混凝土拱桥，建议先拆除拱肋上弦杆（集束钢管），再拆除下弦杆，最后拆除拱上结构。
• 装药参数：单段最大装药量需严格控制，建议通过萨道夫斯基公式进行振动预测，并将质点振动速度控制在10–20 cm/s以下（依据GB 6722-2014《爆破安全规程》对邻近建筑物的安全要求）。
• 飞石控制：采用覆盖爆破器材与覆盖层（如沙袋、钢板）双重防护，覆盖层厚度根据单段装药量计算确定。

结构安全性评估

拆除过程中剩余结构的安全性是核心关注点。文献采用以下方法进行安全评估：

1. 有限元分析：建立全桥有限元模型，模拟拆除各阶段的结构响应，评估剩余结构的应力状态与变形。
2. 关键构件识别：通过FMEA方法识别拆除过程中的关键构件与薄弱环节，制定针对性防护方案。
3. 振动监测：在关键位置布设振动传感器，实时监测爆破振动响应，确保振动不超标。

与工程实践的结合与思考

从钢管与焊接技术专家的角度审视，集束钢管混凝土拱桥的拆除涉及几个与焊接密切相关的技术要点。首先，拱肋中的集束钢管在制造过程中通常采用焊接拼接，焊接接头的质量直接影响构件的断裂行为。如果焊接接头存在未熔合、裂纹等缺陷，爆破载荷作用下可能成为优先断裂点，导致非预期的破坏模式。

其次，拆除前需要对拱肋钢管的焊接接头进行无损检测（NDT），评估其完整性。对于存在缺陷的接头，需要在爆破前进行加固或特殊处理。我建议在拆除爆破方案中增加以下环节：

• 对拱肋关键部位的焊接接头进行UT或TOFD检测，评估接头完整性。
• 对检测发现的缺陷区域进行临时加固（如焊接补强板或采用环抱式钢板约束）。
• 在爆破设计中将焊接接头作为潜在薄弱点纳入破坏模式分析。

此外，集束钢管混凝土拱桥的拆除还涉及钢管与混凝土界面的脱开问题。在爆破载荷作用下，钢管与混凝土之间的粘结应力可能被破坏，导致钢管与混凝土分离，改变构件的破坏模式。这一现象在拆除爆破设计中需要特别考虑，建议通过数值模拟分析钢管-混凝土界面的脱开行为及其对爆破效果的影响。

学习心得与启示

本文献展示了控制爆破技术在复杂钢结构拆除中的应用，其核心价值在于将爆破工程与结构力学分析有机结合，实现了拆除过程的安全可控。对于从事钢管与焊接技术的人员而言，最重要的启示是：钢管焊接接头质量不仅影响桥梁的服役安全，还直接影响拆除阶段的结构行为。在桥梁全生命周期管理中，焊接接头质量管控应贯穿从制造、安装到拆除的全过程。未来研究应进一步关注拆除爆破振动对焊接接头疲劳性能的影响，以及不同焊接工艺对接头爆破响应的影响规律。