李立国 （中铁十七局集团第三工程有限公司，河北 石家庄 050081）

1 工程概况

1.1 梁截面形式

截面类型为单箱单室等高度简支箱梁，两端顶板、底板及腹板局部向箱体内侧加厚。具体截面形式见图1。

图1 箱梁截面图(1:50)

1.2 支架形式

小纵坡(4.8‰)现浇简支箱梁支架采用梁柱式支架，支架结构从上向下依次为1.5cm竹胶板、10cm×10cm方木I10分配横梁、贝雷梁、2I40a工字钢横梁、钢管墩、桩基础。竹胶板下10cm×10cm方木间距：腹板下10cm，底板下20cm，I10分配横梁间距60cm。钢管墩采用Φ530mm，壁厚10mm螺旋管。本次主要优化了底板区域下的贝雷梁设计，将两组间距90cm的贝雷梁优化为1组间距为1.35m的贝雷片，具体支架形式见图2支架布置图。

图2 支架布置图

2 荷载及主要参数

2.1 荷载

依据局勘察设计院给出的《动车走行线跨铁科研环线特大桥14#～16#墩24m简支梁现浇支架计算书》，确定翼板、腹板及底板下的贝雷所受荷载，如表1所示。

贝雷梁受力取值表（单位：kN/m） 表1

2.2 主要参数

采用极限状态法，材料设计强度如下：

① Q235钢：[σ]235=215MPa，[τ]235=125MPa；

②Q345钢（贝雷片）：[σ]345=310MPa，[τ]345=180MPa。

结构刚度限值：挠跨比1/400。

3 模型的建立和运算

3.1 建立贝雷梁及双拼工字钢横梁的Midas模型

①定义好模型所用的材料和截面。

②按贝雷片的结构尺寸建立节点，连接节点建立单元。单片贝雷的模型如图3所示。

③复制建立完整贝雷梁模型，如图4。

图3 单片贝雷模型

图4 整体贝雷模型

④释放梁端约束，如图5所示。

图5 释放梁端约束

⑤建立双拼工字钢横梁模型，并添加刚性连接。如图6所示。

图6 贝雷梁与下横梁间的刚性连接

⑥添加边界条件。每根双拼工字钢的边界条件按照多跨连续梁的思路添加，同时考虑到由于钢管立柱顺桥向连接系焊接完成后承受荷载时会产生顺桥向的位移，边界条件如图7所示。

图7 边界条件

⑦建立荷载工况，添加荷载。如图8所示。

图8 添加完荷载的贝雷梁

3.2 结果分析

贝雷梁模型的计算结果如图9、图10所示。

图10 双拼工字钢横梁的计算结果

结论：①如图9所示，贝雷梁最大组合应力f=277.77MPa ＜[σ]345=310MPa，满足要求，最大组合应力主要集中分布在第二根、第三根双拼工字钢横梁与贝雷梁相接的位置及相邻杆件；

最大剪力τ=161.97 MPa＜[τ]345=180MPa，满足要求，最大剪力集中分布在跨中部位贝雷梁与双拼工字钢相接的销钉附近的杆件处；

最大位移l=8.99mm＜l/400=24000/400=60mm，满足要求，由于四根双拼工字钢横梁将整组贝雷梁分为一小两大三部分，最大位移出现在第一二根、第三四根双拼工字钢横梁之间的跨中部位。

②如图10所示，双拼工字钢横梁最大组合应力f=111.94MPa ＜[σ]235=215MPa，满足要求，应力集中分布在钢管立柱与双拼工字钢接触的部位，其中跨中部位的两排立柱中各自的第二三根钢管立柱与双拼工字钢横梁接触位置的应力最大；

最大剪力τ=74.73MPa＜[τ]235=125MPa，满足要求，最大剪力主要分布在双拼工字钢横梁与钢管立柱接触的位置。

最大位移l=3.25mm＜l/400=13800/400=34mm，满足要求。最大位移出现在腹板下的双拼工字钢横梁的跨中部位。

4 贝雷梁结构优化

现阶段使用的钢管贝雷梁支架由14片贝雷片组成，14片贝雷片分为6组，组与组之间的间距依次分别为1.35m、0.9m、0.9m、0.9m、1.35m，依次在搭设过程中存在贝雷梁拼装吊装时间长，贝雷片之间的距离复杂定位难的问题。为解决该问题，对贝雷梁结构进行优化。

4.1 优化依据

如图9所示，贝雷梁最大组合应力集中分布在贝雷梁与双拼工字钢横梁相接触的位置，其中跨中贝雷梁与双拼工字钢横梁相接触的位置的应力最大且集中（即图9中蓝色、红色和橙红色的部位），而贝雷梁其他部位的应力远小于Q345钢材的允许应力（即图11中绿色和黄色的部分）。由此可以对现使用的贝雷梁结构进行优化。

4.2 优化方案

调整箱梁底腹板下贝雷组片之间的间距，使底板下贝雷片数量减少为12片，12片贝雷梁分为5组，组与组之间的间距均为1.35m，如图12所示。

4.3 方案检算

4.3.1 确定荷载

依据局勘察设计院给出的《动车走行线跨铁科研环线特大桥14#～16#墩24m简支梁现浇支架计算书》和动车走行线跨铁科研环线特大桥简支箱梁施工图，确定荷载分布如表2、表3所示。

强度荷载 表2

刚度荷载 表3

4.3.2 横向分配梁检算

横向分配梁采用I10工字钢，顺桥向布置，间距60cm。其跨度为贝雷之间的距离，按照多跨连续梁计算。梁端支座区域其计算结果如图13所示，跨中截面计算结果如图14所示。

图13 梁端支座区域横向分配梁计算结果

图14 跨中截面横向分配梁计算结果

结论：

横向分配梁的最大组合应力f=137.73MPa＜[σ]235=215MPa，满足要求；

最大剪力 τ=103.67MPa＜[τ]235=125MPa，满足要求；

最大位移l=3.25mm＜l/400=13800/400=34mm，满足要求。

支座反力：横向分配梁的支座反力即为贝雷梁的受力，计算显示，各截面下同一组贝雷梁中各贝雷片受力不均匀，由于每组贝雷梁的贝雷片之间采用花架连接，因此，对于翼板、腹板及底板下的贝雷所受荷载，取其算术平均值，贝雷梁受力如下表4。

支座反力表 表4

4.3.3 贝雷梁及双拼工字钢横梁检算

参照“章节4.1.建立贝雷梁及双拼工字钢横梁的Midas模型”所述的方法再次建立优化后的贝雷梁及双拼工字钢横梁的Midas模型，进行检算，模型如图15所示，计算结果如图16、图17所示。

结果分析：

①如图16所示，贝雷梁最大组合应力 f=2767MPa＜[σ]345=310MPa，满足要求；虽然最大组合应力变化不大，但是贝雷梁各个杆件的受力大大增加即图17中黄色和蓝色部分（黄色和蓝色代表的应力值均在100MPa以上）。

图15 贝雷梁及双拼工字钢横梁的模型

图16 贝雷梁及双拼工字钢横梁的计算结果

图17 双拼工字钢横梁的计算结果

贝雷梁最大剪力τ=166.62 MPa＜[τ]345=180MPa，满足要求；同样贝雷梁各个杆件所受剪力也有所增加，但仍在允许范围之内。

贝雷梁最大位移l=7.98.mm＜l/400=24000/400=60mm，满足要求；

②如图17所示，双拼工字钢横梁的最大组合应力f=84.98MPa ＜[σ]235=215MPa，满足要求，由于减少了两片贝雷片，减小了现浇梁支架的自重，所以双拼工字钢横梁的组合应力有所减小。

双拼工字钢横梁最大剪力τ=84.11MPa＜[τ]235=125MPa，满足要求；双拼工字钢所受剪力也有所增加，同样是在双拼工字钢横梁与钢管立柱接触的位置建立较大。

双拼工字钢横梁最大位移l=2.2mm＜l/400=13800/400=34mm，满足要求，同样由于减少了两片贝雷片，调整了贝雷片的间距，导致支架自重减少，从而减少了双拼工字钢的受力以及下垂挠度，增加了支架的稳定性。

4.3.4 钢管立柱及地基承载力的检算

钢管立柱及地基主要承载现浇梁自重、模板自重、现浇梁支架自重及人员机具荷载。由减少了一组贝雷片，调整了贝雷片的间距，从而减少了现浇梁重，使钢管立柱受力减小，所以在钢管立柱的布置方式及地基处理方式不改变的情况下，钢管立柱和地基承载力满足要求。

5 结论

经过检算贝雷梁、双拼工字钢横梁、钢管立柱的强度、刚度、稳定性均满足要求，同时地基承载力满足要求，优化方案可行。通过调节贝雷片之间的间距，减少了两片贝雷片的使用，减少了支架的自重，节省了工程材料，节约了拼装、吊装贝雷梁的时间，可以大大加快施工进度。