小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁貝雷支架組合設(shè)計(jì)與計(jì)算

郭太山 錢小龍 張 凱 李容基

（自貢市城市建設(shè)投資開發(fā)集團(tuán)有限公司，四川 自貢 643000）

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，貝雷支架組合已應(yīng)用于土木工程各個(gè)領(lǐng)域[1]，在橋梁工程中，梁式橋、拱式橋、斜拉橋等更是得到了廣泛使用。對于地面平坦搭設(shè)高度小的橋梁，采用滿堂支架法；而當(dāng)?shù)孛娓卟钇鸱^大或支架搭設(shè)高度大時(shí)，則使用貝雷支架組合更為合理。

眾多學(xué)者從不同角度研究了貝雷支架的設(shè)計(jì)與施工，其中，孫九春[2]依托具體工程采用數(shù)值模擬的方法對貝雷組合支架進(jìn)行模擬，分析了貝雷支架對拱橋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響；付浩[3]介紹了斜拉橋貝雷支架的施工方案。而針對梁式橋中現(xiàn)澆箱梁貝雷支架的研究更為成熟，欒傳寶[4]開展了貝雷支架高仿真數(shù)值模擬，驗(yàn)證了支架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性；鄧林[5]通過支架體系模擬與現(xiàn)場加載試驗(yàn)，相互印證了支架的安全性。目前，針對連續(xù)彎橋貝雷支架的研究，如秦文學(xué)[6]采用有限元方法模擬了空間彎橋超高支架，解決了雙層空間彎橋部分鋼管立柱直接立于既有的鐵路梁上的難題。為了進(jìn)一步研究彎橋貝雷支架的設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性，本文依托某復(fù)雜條件下小半徑曲線現(xiàn)澆箱梁橋，運(yùn)用有限元軟件模擬分析鋼管樁+貝雷梁+碗扣支架組合體系穩(wěn)定性，為類似工程提供參考。

1 工程概況

該橋上部結(jié)構(gòu)為（4×20）連續(xù)箱梁，現(xiàn)澆箱梁梁高1.5m，直腹板，單箱雙室截面，梁頂寬9m，梁底寬6m，懸臂長1.5m。現(xiàn)澆箱梁橫斷面如圖1 所示，曲線現(xiàn)澆箱梁橋平面布置如圖2 所示。0#墩與3#墩之間三跨現(xiàn)澆箱梁段采用鋼管樁+貝雷梁+碗扣支架組合施工。

圖1 現(xiàn)澆箱梁橫斷面圖

圖2 曲線現(xiàn)澆箱梁橋平面布置圖

2 支架設(shè)計(jì)

由于地面高差起伏較大且支架搭設(shè)高度較大，采用鋼管樁+貝雷梁+碗扣支架組合體系施工。單元自下而上結(jié)構(gòu)形式為：鋼筋混凝土基礎(chǔ)+ 426×5.5mm 鋼管立柱+雙拼Ⅰ56b工字鋼承重橫梁+2 組雙排、1 組三排單層不加強(qiáng)貝雷主梁+Ⅰ14 工字鋼分配梁+碗扣式腳手架+10×10cm 橫向方木+Φ48×3.0mm 縱向鋼管+1.5cm 厚膠合板底模。Φ426 鋼管平聯(lián)采用Ⅰ14，平聯(lián)高3m，間距3m。

所用材料主要技術(shù)參數(shù)：

（1）混凝土容重：G=26kN/m3；（2）鋼材彈性模量：E=2.1×105MPa；（3）Q235 鋼抗拉、抗壓強(qiáng)度[σ]=215MPa，抗剪強(qiáng)度[τ]=125MPa；（4）容許撓度ω：l/400。

3 鋼管樁+貝雷梁+碗扣支架計(jì)算分析

3.1 有限元模型建立

采用有限元軟件Midas civil 建立鋼管樁+貝雷梁+碗扣支架計(jì)算模型，鑒于貝雷架上滿堂碗扣支架布置形式與落地滿堂碗扣支架布置一致，且高度較低，在3m 以內(nèi)，為減少建模單元數(shù)，該部分不建模，直接按照梁體荷載分布，人群施工荷載，模板支架荷載布置在貝雷片上的Ⅰ14 分配梁上模擬，支架模型如圖3 所示。

圖3 支架模型

支架計(jì)算中采用的系數(shù)：（1）荷載臨界系數(shù)：4.0；（2）靜載的安全系數(shù)：1.2；（3）活載的安全系數(shù)：1.4。

支架系統(tǒng)模型的荷載工況如下：

本次建模均以面荷載方式加載，經(jīng)計(jì)算，腹板荷載為39kN/m2，翼緣板荷載為5.2kN/m2～11.7kN/m2線性遞增，頂、底板荷載為17.4kN/m2均衡布置，為建模方便，支架水平直線布設(shè)；模板自重軟件自動(dòng)計(jì)算，人員、機(jī)具荷載及混凝土沖擊荷載按2.5kN/m2考慮；風(fēng)荷載按氣象提供歷年最大風(fēng)速17m/s 計(jì)算，20m 跨徑含跨中調(diào)節(jié)單元每排計(jì)6 片貝雷片，縱橋向共4 排支點(diǎn)，則單樁水平風(fēng)載經(jīng)計(jì)算為5.775kN。

對 以 上 荷 載 按 以 下 組 合 考 慮：（1）1.2D+1.4L；（2）0.9D+1.4L；（3）D+L。

3.2 計(jì)算結(jié)果

3.2.1 分配梁驗(yàn)算

圖4 為Ⅰ14 工字鋼分配梁組合應(yīng)力、剪應(yīng)力與位移分布云圖，由圖可知，組合最大應(yīng)力為154MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力為55.6MPa＜120MPa，均滿足要求。

圖4 Ⅰ14 工字鋼分配梁模擬分析結(jié)果

3.2.2 貝雷片驗(yàn)算

圖5 為貝雷片組合應(yīng)力、剪應(yīng)力、位移與軸力分布云圖，由圖可知，組合最大應(yīng)力為269MPa＜290MPa，最大剪應(yīng)力為104MPa＜120MPa，均滿足要求。

圖5 貝雷片模擬分析結(jié)果

3.2.3 縱梁驗(yàn)算

圖6 為Ⅰ40b 縱梁組合應(yīng)力、剪應(yīng)力與位移分布云圖，由圖可知，組合最大應(yīng)力為76.2MPa＜215MPa，最大剪應(yīng)力為18.6MPa＜120mPa，均滿足要求。

圖6 Ⅰ40b 縱梁模擬分析結(jié)果

3.2.4 橫梁驗(yàn)算

圖7 為雙拼Ⅰ56b 橫梁組合應(yīng)力、剪應(yīng)力與位移分布云圖，由圖可知，組合最大應(yīng)力為133MPa＜215Pa，最大剪應(yīng)力為32MPa＜120mPa，均滿足要求。

圖7 雙拼Ⅰ56b 橫梁模擬分析結(jié)果

3.2.5 立柱驗(yàn)算

圖8 為高20mΦ426 鋼管立柱組合應(yīng)力與剪應(yīng)力分布云圖，由圖可知，組合最大應(yīng)力為203MPa＜215Pa，最大剪應(yīng)力為6.7MPa＜120mPa，均滿足要求。

圖8 高20mΦ426 鋼管立柱模擬分析結(jié)果

3.3.6 支架整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

圖9 為支架穩(wěn)定性分析結(jié)果圖，計(jì)算結(jié)果表明：兩種模態(tài)整體穩(wěn)定系數(shù)為4.08，4.08 均大于4，滿足規(guī)范要求。

圖9 支架穩(wěn)定性模擬分析結(jié)果

4 結(jié)論

4.1 鋼管樁+貝雷梁+碗扣支架的分配梁、貝雷片、縱梁、橫梁、立柱及支架整體計(jì)算結(jié)果均在規(guī)范容許范圍內(nèi)，支架的整體穩(wěn)定系數(shù)均大于4，表明該鋼管樁+貝雷梁+碗扣支架具有良好的穩(wěn)定性。

4.2 該地區(qū)風(fēng)荷載較大且該工程部分支架高度較高，應(yīng)盡量避開大風(fēng)季節(jié)施工。