貝雷梁支架結構計算

（蘭州交通大學，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

貝雷梁是由立桿、上下弦桿以及腹桿組成的桁架體系結構，作為在現澆支架、施工便橋以及公路、橋梁建設中廣泛應用的臨時結構形式，貝雷梁不同跨徑形式的布置對應的支座反力不同，因此對貝雷梁不同跨徑下的分析研究是很有必要的。

殷興杰[1]以某現澆連續梁橋為背景工程，對貝雷架進行了設計并對其承載力進行了分析；程強[2]對比分析了采用有限元軟件梁單元與傳統手算的結果差異性；梁遠森[3]等人對“321”貝雷梁鋼便橋靜力性能進行了分析；符強[4]等人研究了貝雷梁施工支架檢算及變形量預測在Ansys 中的應用；周力毅[5]以某高架橋為例，總結了貝雷梁體系支架施工的經驗。

1 工程概況

新建鐵路北京至沈陽客運專線（興隆西至沈陽段）公鐵立交工程位于河北省承德市安匠鄉，與京沈客運專線交叉，橋址平面位于緩和曲線（起始樁號：K0+151.167，終止樁號：K0+186.167）及直線（起始樁號：K0+186.167，終止樁號：K0+195）上，本橋線面鐵路以淺埋隧道通過，隧道上方地基承載能力不足，既有路不滿足通行條件。為滿足通行條件，本次設計為原位改建既有路，隧道上方以橋梁方式通過。橋梁全長37.0m，共一聯，孔跨布置為：1-30m 預應力混凝土簡支小箱梁，橋面連續。梁高1.6m，采用2 片邊梁。2片中梁，濕接縫40cm；橋臺采用柱式臺，單排樁2 根，樁徑1.5m；橋面鋪裝為：4cm 細粒式密級配瀝青混凝土（AC-13C）+6cm 中粒式密級配瀝青混凝土（AC-20C）+10cm 厚C50 防水混凝土。

本橋下穿鐵路以淺埋隧道通過，隧道上方地基承載能力不足，既有路不滿足通行條件，為滿足通行要求，隧道上方以橋梁方式通過；橋梁在橋位處現澆需在澆筑時搭設支架，支架既要滿足橋梁現澆要求，又要避繞下方淺埋隧道，經多方案比選，跨徑組合為3m+24m+3m。

2 貝雷梁支架結構設計

貝雷梁在橋臺上支點布置方式：首先在各支座墊石之間采用方木滿墊，高度與支座墊石頂面平齊，上鋪12471mm（長）×600mm（寬）×10mm（厚）找平鋼板，鋼板上焊接雙拼工32a 工字鋼，工字鋼頂面在焊接12471mm（長）×600mm（寬）×10mm（厚）鋼板作為貝雷梁的支撐平面。

貝雷梁在新增條形基礎支點布置方式：首先在新增條形基礎頂面鋪設13856mm（長）×600mm（寬）×10mm（厚）找平鋼板，鋼板上焊接雙拼工40 工字鋼，工字鋼頂面在焊接13856mm（長）×600mm（寬）×10mm（厚）鋼板作為貝雷梁的支撐平臺。

每片小箱梁下布置7 片貝雷梁，每片貝雷梁高150cm。貝雷梁兩側支點分別固定在兩側橋臺上，中間兩個支點固定在新增條形基礎上。由于貝雷梁邊跨跨徑太小，邊跨/中跨比為1/8，為增加貝雷梁兩端的穩定性，本次支架設計在兩端橋臺處增設貝雷梁壓力架。壓力架主要由Φ32 精軋螺紋鋼和工12 工字鋼組成，Φ32 精軋螺紋鋼總長270cm，其中下端錨固在橋臺上，錨固深度為60cm，外露210cm，上端固定在貝雷梁頂面上的工12 工字鋼上。工12 工字鋼布置在貝雷梁頂面，共2 排。

貝雷梁支架圖如圖1所示。

圖1 支架立面圖（單位：cm）

3 支架結構分析

3.1 有限元模型

采用Midas/Civil 有限元分析軟件，對跨線橋支架在不同跨徑結構下的力學性能進行有限元分析。考慮到貝雷梁是通過單片貝雷片在各端部用插銷連接，故需要釋放Y 方向的轉動自由度。單片貝雷梁橫向連接用角鋼花架連接，故需要釋放Rx 方向自由度。貝雷梁支架橋臺處采用簡支支撐，在新增基礎上設置豎向支撐。該模型單元總數2348 個，節點1131 個。

3.2 荷載組合

貝雷梁支架荷載組合取最不利組合計：恒載取1.2 倍安全系數，活載取1.4 倍安全系數[6]，考慮最不利情況為混凝土全部澆筑完畢的情況，荷載組合如表1所示。

表1 荷載組合

3.3 計算結果

3.3.1 貝雷梁支架強度驗算

貝雷梁支架的強度驗算結果如圖2、3

圖2 支架斷面圖（單位：cm）

圖3 貝雷梁支架最大應力包絡圖圖

由圖2、3 可知：貝雷梁支架最大應力在距端部3m 的新增基礎上，最大壓應力229.8MPa，小于Q345 鋼材抗壓強度設計值fd=275MPa，貝雷架最大剪應力89.6MPa，小于鋼材抗剪強度設計值fvd=160MPa，滿足規范要求；

3.3.2 貝雷梁支架剛度驗算

貝雷梁支架經有限元軟件計算得最大豎向位移為-29.5mm（“-”表示向下），小于規范規定[7][8]的L/400=600mm，滿足規范要求。

3.3.3 貝雷梁支點反力計算

由于貝雷梁支架邊跨跨徑太小，邊跨/中跨比為1/8，支架端點出現向上的反力（每片貝雷梁的反力）如圖6所示；為了增加貝雷梁支架兩端的穩定性，在橋臺處增設壓力架，壓力架主要由Φ32 精軋螺紋鋼和工12 工字鋼組成，精軋螺紋鋼，其中下端錨固在橋臺上，上端固定在貝雷梁頂面上，如圖4所示。

圖4 貝雷梁支架最大剪力包絡圖

端支點反力合力為N=-577.24kN，每根精軋螺紋鋼所受軸向拉力為：F=-144.31kN，

Φ32 精軋螺紋鋼截面積為：A=804.2mm2

4 結語

本文對貝雷梁支架進行了結構計算，分別從強度、剛度方面進行了力學分析，其最大壓應力229.8MPa，最大剪應力89.6MPa，最大豎向位移為-29.5mm；結果表明各項指標均滿足規范要求，但是由于貝雷梁支架施工需避繞下穿鐵路隧道，所以選擇了不合理跨徑，端支點支反力負值，對貝雷梁支架支點處壓力架進行力學分析，通過本次力學分析得到了一下結論：

1）選擇合理的跨徑組合，邊跨比中跨的值應盡可能接近一；

2）選擇不合理跨徑時，端支點出現支反力，需要抵消向上的反力，否則現澆箱梁的兩端翹曲。

3）預拱度設置：貝雷梁支架變形控制為40mm，箱梁底模板標高的預拱度為貝雷梁支架理論變形值（用預壓實測值驗證）與設計預拱度之代數和。

圖5 貝雷梁支架撓度圖

圖6 支座反力

圖7 壓力架結構立面圖