随着社会发展、交通量增加及荷载等级的提高，桥梁预应力拆除施工逐渐增多。桥梁工程中预应力拆除是一项复杂的系统工程，目前预应力拆除现场环境多变，不可预见因素较多，拆除方法无成熟经验可循。近年来，国内外学者对旧桥拆除技术开展了大量研究工作。李宏江等 ^[1]基于永和斜拉桥合龙段维修工程，提出拆除大桥原合龙段并重建新合龙段的置换加固技术;王凯等 ^[2]将有限元分析结果与现场施工监测结果进行对比，成功将1座跨航道连续梁桥顶推拆除完成;朱慈祥等 ^[3]基于静力切割法提出6种陆上混凝土箱梁桥非爆破拆除方法，详细阐述6种拆除方法的设计要点;项伟 ^[4]提出待拆桥梁性能评估方法及变截面预应力混凝土连续刚构桥具体拆除流程，并建立桥梁拆除施工风险评估框架;贾布裕等 ^[5]针对1座带挂梁的预应力混凝土T形刚构桥拆除工程，采用2台50m架桥机联体的方式，成功拆除该桥25m T梁;赵少杰等 ^[6]基于拆除施工仿真分析，对拆除施工全过程进行变形与内力监测，顺利完成南盘江悬索桥的拆除施工;袁鑫等 ^[7]利用无支架斜拉扣挂浮吊吊装拆除方法，成功拆除某7跨连续钢筋混凝土箱形拱桥;张志军等 ^[8]改进现有静力切割技术，提出以静力切割、移动式模板台车和BIM技术为核心的新型绿色静力切割技术，并成功拆除2座城市核心区高架桥;Singh等 ^[9]采用爆破钢桁架、液压机降低桥梁跨度等方法，成功拆除Grace大桥和Pearman大桥;Bluhm ^[10]通过爆破拆除770m长的Sinntal桥，并评估振动对相邻结构物的影响;Pereira等 ^[11]针对巴西1座预应力混凝土箱梁桥拆除工程，提出先放张预应力束再切割混凝土箱梁的拆除方法;Brunold等 ^[12]借助千斤顶降低桥梁结构的跨度，通过驳船将切割下来的混凝土梁段运至港口回收，成功拆除154m长的Oakland大桥。

　　 某在建大桥上部结构为预应力混凝土直腹板箱形连续梁，采用悬臂法施工，混凝土设计强度等级为C50，孔跨为 (45+70+45) m，桥长160m，单箱双室截面，孔跨布置如图1所示。大桥主梁纵向共划分为7个悬臂浇筑节段。箱梁桥面板宽17.75m，其中悬臂板宽3.6m，箱梁底宽10.55m，箱梁跨中梁高2m，支点梁高4.2m，按1.6次抛物线变化。箱梁顶板厚0.25m，底板厚0.3～0.7m，一般段腹板厚0.5m，中支点附近腹板厚0.7m。大桥主梁为预应力混凝土结构，且为纵横向预应力体系，纵向预应力采用17ф^s15.2, 12ф^s15.2群锚锚具体系。大桥1号墩已完成4号节段混凝土浇筑，预应力束均已张拉且灌浆封锚完毕;2号墩已完成3号节段混凝土浇筑，预应力束尚未张拉。其中2, 3号节段长3.5m, 4号节段长4.5m。由于多种原因，需对1号墩3, 4号节段及2号墩2, 3号节段进行拆除和重建。

　　 1号墩3, 4号节段和2号墩2号节段拆除施工前预应力束均已张拉且灌浆封锚完毕，锚后节段已建立了有效预应力，如何卸载和重新张拉钢束成为控制性技术，主要关注以下3点: (1) 卸载预应力束将降低已建节段的有效预应力，影响其承载能力和刚度; (2) 在已张拉预应力束的卸载过程中，割除锚具后钢束是否存在影响安全的较大瞬时回缩; (3) 在节段拆除和重建过程中，预应力束应力持续变化，如何确定重新张拉钢束的控制应力是重建的关键问题。

　　 首先开展拆除和重建施工过程仿真分析，计算拆除和重建施工全过程的结构状态，了解结构承载能力和刚度变化情况;然后对施工过程中未拆除梁体的标高和混凝土应变变化情况进行实时监测，将监测值与有限元仿真计算值进行对比，及时掌握结构实际受力状态，确保施工安全;最后以混凝土应变监测数据和有限元仿真分析数据为依据，分析预应力束卸载和重建过程中的混凝土预压应力变化趋势，遵循未拆除节段混凝土预压应力损失与补偿相等的原则，确定重建节段时预应力束的张拉控制应力。

　　 鉴于主梁拆除与重建作业具有空间结构复杂性，通过梁单元难以模拟其空间受力性能。借助大型有限元软件MIDAS/Civil进行计算，利用板单元法建立大桥空间模型，设置板单元沿纵桥向尺寸为0.5m，以便模拟主梁各节段长度。主梁拆除与重建仿真分析步骤为:挂篮后退至0号节段，放张预应力束，切割箱梁混凝土，挂篮前移，浇筑节段混凝土，张拉预应力束。在仿真分析过程中，单只挂篮荷载设为800kN，并按设计图布置支座与临时支墩，以约束箱梁相应的自由度。主梁拆除前各施工阶段持续时间根据桥梁建设方提供的实际施工进度确定，以此准确地模拟混凝土收缩、徐变对桥梁结构的影响。

　　 用板单元法计算时，预应力束通过虚拟梁单元模拟，虚拟梁单元与板单元通过共结点连接。虚拟梁单元主要有以下特征: (1) 材料弹性模量小，不影响结构整体刚度; (2) 材料容重小，不影响结构自重; (3) 单元可正常受力，保证力的传递。另外，由于放张后的预应力束仍存在一定有效预拉力，因此，在仿真分析过程中将预应力束后张法施工改为先张法施工，用以模拟放张后预应力束与混凝土梁的耦合效应。

　　 由于混凝土箱梁顶板厚度沿横桥向变化较大，因此，仿真分析时箱梁顶板厚度按截面惯性矩等效原则确定，腹板和底板均按实际情况模拟。全桥有限元模型共24 098个板单元、960个梁单元、23 675个结点。另外，为确定单元类型对计算结果的影响，用实体单元建立大桥空间有限元模型，并与板单元法计算结果进行对比。实体单元法建模过程与板单元法类似，单元沿纵桥向尺寸控制为0.5m，全桥有限元模型共48 196个实体单元、960个梁单元、75 093个结点。

　　 挠度测量数据是保证拆除施工安全和确保后期重建施工线形的重要依据。1, 2号墩箱梁顶面标高及应变测点布置如图2所示，在距各保留节段前端20cm (d=20cm) 及0号节段顶板中心位置沿横桥向对称布置5个标高观测点，可同时监测箱梁竖向挠度和扭转变形情况，图2c中测点6～8仅用于监测应变。将挠度监测值与有限元理论计算值进行比较，为确定重建节段时的钢束张拉控制应力提供依据。选用适合长期观测应力应变的JMZX-212HAT型表面智能数码弦式应变计，并沿纵桥向布置，如图3所示。

　　 在放张拟拆除节段预应力束的过程中，采用Hilti WS15型电动绳锯垂直于钢束进行锚具切割，确保切割后的预应力束端部位于同一断面。由于预应力束张拉控制应力大，导致钢束体内蓄积大量的弹性势能，锚具切割过程中预应力束是否发生瞬时大回缩是影响施工安全的重要问题。

　　 尹国伟 ^[13]开展了锚具切除后的预应力混凝土梁力学性能试验，通过试验研究锚具切除后的预应力混凝土梁承载力、刚度、延性、抗裂性等力学性能。研究结果表明，灌浆良好的后张法预应力混凝土梁锚具切割后，梁端一定长度范围内的预应力束发生回缩滑移，但滑移量可忽略不计，钢束有效预拉力和混凝土预压应力基本保持不变。经施工现场检测，该桥预应力管道灌浆良好，因此判断锚具切割过程中预应力束不会发生瞬时大回缩。

　　 在梁体拆除与重建过程中，1号墩各保留节段梁体挠度和顶板混凝土应变相对于拆除前的变化情况如图4所示，挠度以向上为正，应变以受拉为正。由图4可知，放张4, 3号节段预应力后，由于预应力束锚具的卸载效应，梁体各保留节段均产生了不同程度的向下挠度;而拆除4, 3号节段混凝土后，相当于卸掉作用于悬臂梁端部的向下集中荷载，各保留节段挠度出现了明显的回升。

　　 另一方面，各保留节段顶板混凝土应变变化情况与挠度变化情况对应，放张4, 3号节段预应力后，各保留节段顶板混凝土预压应力减小，对应拉应变增大;而拆除4, 3号节段混凝土后，各保留节段顶板混凝土预压应力恢复了一部分，对应拉应变减小。

　　 1号墩3, 4号节段重建施工与拆除施工工序相反，因此，拆除与重建施工监测数据的对称性越强，表明梁体在重建过程中的受力状态越合理。该桥预应力重建施工的基本思路为:预应力束张拉时先采用原设计张拉控制应力，若箱梁混凝土预压应力达不到拆除前状态，则启用桥梁备用束进行补拉。

　　 综合拆除与重建施工全程，各保留节段梁体挠度和顶板混凝土应变变化情况对称性良好，且现场实测值与计算值较吻合。由于节段混凝土受收缩、徐变的影响，图4中重建后的梁体相对挠度和混凝土相对应变并没有完全恢复为0，但差距很小，重建后梁体基本回归到拆除前状态，即设计状态。梁体挠度和混凝土预压应力监测值说明，重新张拉预应力束时采用原设计张拉控制应力可实现混凝土预压应力“放张损失多少，张拉补偿多少”的目标。

　　 1号墩各保留节段梁体挠度和顶板混凝土应变相对于拆除前的变化情况与采用板单元法建模时的计算结果曲线趋势大致类似。

　　 为更加直观地对比不同单元类型对计算结果的影响，将板单元法及实体单元法计算值与施工监测值的偏差分别进行汇总，如表1, 2所示。由表1, 2可知，采用板单元法计算得到的梁体挠度和顶板混凝土应变偏差相对较小，因此在梁体重建与成桥阶段均采用板单元法进行对比分析。

　　 对梁体重建过程中1号墩3, 4号节段及2号墩2, 3号节段混凝土应力应变进行监控，以1号墩小里程方向4号节段控制截面为例，顶板和底板在各施工工况下的应变实测值与计算值对比如图5所示。

　　 由图5可知，梁体混凝土应变实测值与有限元理论计算值吻合良好，有效防止了施工误差的累积，挂篮前移、节段混凝土浇筑、预应力束张拉等工况下的混凝土压应变值略高于理论计算值，表明主梁结构安全可靠，重建梁段中存在的预压应力恢复到了设计状态，确保了成桥后的桥梁结构符合设计要求。

　　 1) 在锚具切割过程中，管道灌浆良好的预应力束不会发生瞬时大回缩，且锚具切割后的预应力束仍存在大量有效预拉力。

　　 2) 在梁体拆除与重建过程中，针对各保留节段梁体挠度和顶板混凝土应变变化情况，将有限元仿真计算值与施工监测值进行对比分析，最终确定采用板单元法进行仿真分析更为恰当，计算值与施工监测值的偏差较小。

　　 3) 在箱梁重建过程中，采用原设计张拉控制应力重新张拉预应力束，重建后的梁体基本回归至拆除施工前的状态，即设计状态。若箱梁混凝土预压应力不足，则启用桥梁备用束进行补拉。

　　 4) 本工程施工技术安全可靠，有效降低了梁体拆除过程中的安全风险，且基本不影响桥梁结构的整体性、耐久性及承载能力。