汪楠

【摘要】 本工程位于某客运专线，为某特大桥32.01m双线简支梁桥下贝雷支架。本次对现浇梁段施工支架进行模拟计算。高铁简支梁自重大，纵向及横向跨度大，故对此部位支架进行承载能力的检算。采用大型有限元软件MIDAS进行建模计算。本文验证了现浇施工采用贝雷支架承载的可靠性。对其他贝雷支架现浇梁施工计算起到参考意义。

【关键词】 贝雷支架，MIDAS，承载能力，现浇梁

1.概况

该简支梁为预应力单箱室结构，全梁长32.01m，顶板宽度12.6m， 腹板厚0.45m～1.05m左， 底板宽度5.5m。粱底距下方自然地面约12m。目前，国内外现浇梁贝雷支架很多采用ANSYS软件进行结构模拟，本次分析采用有限元软件MIDAS进行建模计算。

2.支架设计的基本要求

在施工中贝雷架作为承重支架时所受的荷载主要包括：结构物自重、模板支架自重等恒载和施工活荷载。施工活荷载主要包括施工设备、人员、机具等荷载、倾倒混凝土冲击荷载、振捣混凝土荷载等。在进行桥梁现浇支架拼装之前，必须制定好现浇支架的设计方案，桥梁现浇支架设计内容应包括模板体系、支架体系、地基及基础等方面，在支架设计方面应满足以下要求：

（1）支架构件间结合应紧密，并要有足够连接杆系，使支架成为稳定整体，在各种不利工况下结构应具有足够整体稳定性，结构受力和使用性能上要求必须有足够的强度和刚度，确保支架在空间上为几何不变体系；

（2）支架承受后将有变形和挠度，在拼装前应进行计算验证，支架变形应小于其容许值，同时设置合理的预拱度，使结构的外形尺寸和高程符合设计要求，其中支架的预拱度计算包括梁自重产生的挠度、支架受载后产生的弹性变形及非弹性变形、支架基础的沉降量等；

（3）支架地基基础应根据荷载、地基承载力进行设计和计算，应根据荷载、孔跨布置选择扩大基础、钻孔桩基础或其他可靠基础形式。

3.计算方法及模型建立

利用MIDAS/Civil 2013软件，建立支架系统的三维有限元模型，计算时宜采用以概率论为基础的按极限状态法计算，构件设计强度按国家现行标准取值。贝雷支架计算的基本顺序如下：制定基本方案；绘制CAD结构图；考虑结构、荷载和边界条件，建立模型并进行强度、刚度和稳定性计算，取最不利构件进行重点验算；根据计算结构进行支架体系、地基和基础设计并绘图。

该支架系统由?63钢管支柱、I45b支承横梁、贝雷支架、I20b工字钢横梁（间距75cm） 、I12.6工字钢纵梁（间距30cm）及1cm钢板组成。贝雷支架承重支架由I8水平杆和斜杆组成，I45b支承横梁位于其下方，其材质均为Q345。工字钢横梁、工字钢纵梁及总量上方所铺钢板，材质为Q235。

主要荷载计算结果（单位： ）

单侧翼板 腹板 顶底板 一般段箱梁 梁端箱梁内

一般段梁截面 9.82 83.97 17.24

端部梁截面 9.82 99.03 38.34

碗扣式脚手架 1.78 2.16 1.45

其余模板荷载、砼施工倾倒荷载、砼施工振捣、施工机具人员荷载均按规范相应取值。

荷载组合按概率极限承载力计算，即Sd（rgG；rqΣQ）=1.2SG+1.4SQ 。式中SQ：基本可变荷载产生的力学效应 ， SG：永久荷载中结构重力产生的效应 ， Sd：荷载效应函数。

在顺桥向，贝雷架作为承重支架时，自身有多种组合形式以满足各种工况需要，最常见的就是单层非加强型贝雷架，贝雷架之间直接用销轴连接即可。当贝雷架所受弯矩较大或变形较大时，可在贝雷架的上下弦杆外侧安装加强弦杆，形成所谓的单层加强型贝雷架；当上述组合仍不能满足要求时可采用双层非加强型贝雷架、双层加强型贝雷架。增加弦杆和双层布置只是增加了贝雷支架的刚度和抗弯能力，并未改变其抗剪能力。采用上述方式贝雷架可满足多种跨度布置的需要。如果所跨结构物较宽，可根据实际情况采用多跨布置。

作为承重支架使用时，贝雷架在横桥向一般采用定制的连接片将横向的两片贝雷架连接成整体，以确保其横向稳定性，但这种方法具有较大的弊端：贝雷架采用两片一组、片与片间距90 cm 的布置模式.对于高度较大、宽度较大的箱梁腹板区域，贝雷架往往因所受荷载过大而满足不了受力要求；而对于宽度较大、厚度较薄的箱室部分和翼板部分，贝雷架往往所受荷载较小、不能充分发挥其承载能力而造成材料浪费。因此，确定贝雷架的横向间距和布置排数应根据各部分的荷载大小，通过与容许剪力和容许弯矩的对比计算确定。

根据上述荷载估算及布置方式，贝雷支架初步排布如下：单侧翼板：双排单层三组；单侧腹板：三排单层一组；顶底板：双排单层二组。

贝雷架、I45b支承横梁、钢管支柱及纵横梁模拟为梁单元，箱梁下铺设钢板模拟为板单元，共划分6474个节点，1040个单元。

贝雷架采用6+9+7.5+6m，全长共28.5m。6+9m贝雷梁与7.5+6m贝雷梁在3号钢柱墩处为断开式搭接布设。支架各构件均采用梁单元模拟，钢板采用板单元模拟，支架钢管支墩根部固结，其余构件连接采用弹性连接。根据结构情况，经对比7.5+6m模型应力小于6+9m模型应力，故采用6+9m模型进行分析。

模型如图1：

图1 现浇支架有限元模型

4.数据提取及计算分析

MIDAS计算结果及结构分析：

4.1钢管支墩最大应力为72.7Mpa<[σ]=310Mpa，满足要求。

4.2 I45b墩顶横梁最大应力为90.1Mpa<[σ]=310Mpa，滿足要求。

4.3 贝雷梁上下弦杆最大应力为247.5Mpa<[σ]=310Mpa，满足要求。

4.4 贝雷梁竖杆应力（最不利构件位置）如图2

图2 竖杆应力图

贝雷梁竖杆最大应力为256.4Mpa<[σ]=310Mpa，满足要求。

4.5 I 20b工字钢横梁应力最大为93.7Mpa<[σ]=215Mpa，满足要求。

4.6 I12.6工字钢纵梁应力最大为79.8Mpa<[σ]=215Mpa，满足要求。

4.7 1cm钢板应力钢板应力最大为25.4Mpa<[σ]=215Mpa，满足要求。

4.8支架位移验算

位移最大为9.312mm

4.9钢柱稳定验算

对于本支架计算仅验算立柱的受压稳定性（整体），其他均不需要验算。已知立柱采用φ63cm*10mm钢管；轴心受压构件的稳定系数φ=0.872。经验算， 稳定性符合要求。

4.10钢柱下桩基设计

根据《铁路桥涵地基和基础设计规范》TB10002.5-2005第6.2.2-2条。本支架基础采用钻孔桩，桩长12m，设计桩径1m。桩身截面周长：U=3.3m；桩底支撑力折减系数：m0=0.6；桩底支撑面积：A=0.785m2；桩底地基土的容许承载力：当 时， kPa。

根据各土层的极限摩阻力及土层厚度计算：

桩的容许承载力： =1494.4kN，桩自重=259.8kN，由MIDAS模型提取柱底反力=1076.4kN， kN，满足要求。

综上所述，该贝雷支架安全性满足使用要求。

结语：

本文根据对桥梁临时工程计算与设计的研究成果，结合现浇箱梁贝雷支架设计的工程实例，对铁路桥梁现浇支架设计技术进行了概述。本文采用极限状态法计算，利用大型有限元通用软件MIDAS进行建模计算，提取具体结果值，验证了贝雷支架对现浇箱梁的承载能力是足够的，施工是安全可行的。提供了一种现浇梁贝雷桁架施工承载能力检算的方法，对其他贝雷桁架现浇梁施工计算具有参考意义。

贝雷梁支架是现浇箱梁施工中常用的一种支架型式，是较为经济安全的一种支架形式。近年在铁路行业的规模应用证明，采用本技术可实现技术先进、经济合理、安全适用的桥梁建设目标。

参考文献：

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[2] 孙九春.贝雷架作为桥梁承重支架应用时的支点设置方法及加固研究[J].城市道桥与防洪，2Oll（6）：154—155.

[3] 毕永清.钢管支墩与贝雷梁支架在现浇梁施工中的应用[J].施工技术，201l（7）：84—85.

[5]JGJ 162-2008，建筑施工模板安全技术规范[S].

[6]JGJ 166-2008，建筑施工碗扣式腳手架安全技术规范[S].