城市高架桥贝雷梁支架受力分析

赵 越

(江苏城乡建设职业学院)



城市高架桥贝雷梁支架受力分析

赵 越

(江苏城乡建设职业学院)

以昆山石浦高架桥为案例，针对施工中对临时结构安全、经济、适用性的需求，采用midas civil 结构计算软件对现浇梁贝雷支架临时结构进行整体建模计算，结合现场实际施工经验，保证结构安全的前提下对整体结构进行优化设计，以达到经济适用的目的。

Midas civil 软件应用；贝雷梁支架；临时结构

1 工程概况

石浦高架桥位于昆山市东城大道快速化改造二期工程南段，桥梁中心桩号为K3+860，起点桩号K3+200，终点桩号K4+520。全桥共2个桥台，43个桥墩，分14联，其中1-6联及9-14联为3×30 m一联，7-8联为4×30 m一联。

上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，采用满堂支架现浇施工。箱梁梁高为2 m，连续箱梁均为等截面箱梁，箱梁底板、顶板形成双向2%横坡。箱梁为单箱四室截面。箱梁底宽17.0 m，顶宽为26.0 m，箱梁顶板厚度为25 cm；箱梁腹板厚度取用40 cm，加厚段腹板厚度为70 cm；箱梁底板厚度变化范围20～40 cm；翼缘板厚度20 cm，根部厚度60 cm。

其中石浦高架桥16#～17#墩，34#～35#墩桥跨部分分别须跨越石浦中心河西桥(1～13 m)，计家台浜新建桥(1～13 m)板梁桥，桥梁上部结构为现浇箱梁，为便于施工，确保小桥的安全，在紧靠两座小桥的桥台后分别设置一排混凝土地梁，然后在混凝土地梁上设置贝雷片，贝雷片上铺设工字钢，工字钢上搭设WDJ碗扣式支架进行箱梁施工，支架搭设如图1，图2。

钢筋混凝土地梁，设置于两座小桥桥台后，长×宽×高=28×1×1 m，混凝土等级C30，在非老路面上采用5%灰土两层40 cm处理，压实度200 kPa，方向平行于小桥台帽。

在地梁上架设15 m长321双排单层贝雷片，共20组，方向平行于道路中心线，每组贝雷片根据横向立杆的布置间距隔一个布置一组。

贝雷片上铺设2根1组14工字钢(2根1组并列排设)，间距按支架立杆纵向间距定，方案垂直于道路中心线。

图1 跨桥孔支架立面图(单位：cm)

图2 跨桥孔支架断面图(单位：cm)

2 建立模型

由于贝雷梁杆件较多，传统分杆件的计算方法计算过程复杂，杆件受力计算较保守，不能充分利用材料强度，造成材料的浪费，采用midas 计算软件对整个贝雷支架进行建模，根据梁体重量、施工荷载乘以相应的安全系数后加载，简化了计算过程。

石浦高架桥16#～17#墩，34#～35#墩桥跨部门分别须跨越石浦中心河西桥(1～13 m)，计家台浜新建桥(1～13 m)板梁桥，梁体底模下部采用碗扣式支架，立杆步距1.2 m，立杆的纵、横间距0.9 m，顶托上部纵向分配梁采用[10 槽钢，纵向间距0.9 m，跨度0.9 m，桥纵向采用贝雷梁， [10#槽钢上部采用0.1×0.1×0.1 方木，间距0.30 m，跨度0.9 m。

2.1 添加截面和材料

贝雷梁支架材料为16Mn 钢，选取当国标中的16Mn钢，支架横向分配梁采用Q235 钢材，选取国标中对应的Q235 钢材，参见图3。

图3 材料选择界面

2.2 建立、扩展单元

首先建立贝雷片模型，通过对单片贝雷片的复制和扩展单元建立贝雷支架的整体模型，贝雷片上、下弦杆由两根10#槽钢(背靠背)组成，竖杆均有8#工字钢自称，横向支撑架采用L63角钢。

2.3 添加边界条件

整体模型是在空间体系下建立，因此要根据支架实际边界情况，由于是简支，所以贝雷梁左下角节点采用D-all(开)，Rz(开)，右下角节点Dz(开)，Rz(开)。由于贝雷片连接采用螺栓连接，因此要释放螺栓连接处的弯矩。

边界类型一：贝雷梁左下角节点，参见图4。

边界条件二：贝雷片螺栓连接处释放梁端弯矩，参见图5。

图4 贝雷梁左支点

图5 贝雷片螺栓连接处释放梁端弯矩

2.4 施加荷载

荷载参数：

(1)模板自重标准值：Q1=2 kN/m2

(2)新浇混凝土自重标准值：Q2=25 kN/m3

(3)施工人员及设备荷载标准值：Q3=2.5 kN/m2

(4)浇筑和振捣混凝土产生的荷载标准值：Q4=3.0 kN/m2

(5)其他荷载Q5=3.0 kN/m2

根据贝雷梁上工字钢平面布置图，总长共计504 m(18档，每档28 m长)，每组由2根14工字钢并列排设，则工字钢总重=504×2×16.9=17 035.2 kg=170 kN

计算箱梁跨中横截面面积约为16 m2

正常施工时贝雷梁承受的总荷载为

q=(Q1+Q3+Q4+Q5)×26+Q2×16+170/15=273+400+11.3=684.3 kN/m

超载预压时贝雷梁承受的总荷载为

q=Q5×26+Q2×16×120%+170/15=78+480+11.3=569.3 kN/m

则验算时取q=684.3 kN/m

根据贝雷梁平面布置图，每组贝雷梁承受的荷载为q=684.3/20=34.215 kN/m。

则每片贝雷梁的均布荷载为34.215/2=17.107 kN/m，见图6。

Midas 软件可以根构件的实际重量自动添加模型自重，自重按照恒荷载工况添加后和梁体荷载组合计算，梁体荷载已经添加组合系数，荷载组合时按照自重分项系数取1.2，梁体荷载分项系数为1.0，见图7。

图6 梁部施加荷载

图7 荷载组合

3 结果分析

3.1 支架强度分析

贝雷梁最大应力为221 MPa，16 Mn钢材容许应力为260 MPa，因此贝雷梁强度满足要求。见图8、图9。

3.2 支架刚度分析

最大位移为跨中处为28.37 mm，L/400=15 000/400=37.5 mm 满足要求，图10。

图8 贝雷梁查看应力界面

图9 贝雷梁应力

图10 贝雷梁位移

4 结 论

经过对临时支架的计算，整体结构构件满足强度、刚度、稳定性的要求，计算采用容许应力法，容许应力设计应用简便，是工程结构中的一种传统设计方法，目前主要应用在公路、铁路工程设计中。它的主要缺点是由于单一安全系数是一个笼统的经验系数，因之给定的容许应力不能保证各种结构具有比较一致的安全水平，也未考虑荷载增大的不同比率或具有异号荷载效应情况对结构安全的影响，计算结果比较保守，实际施工当中可以按照理论的计算结果并结合以往的施工经验对方案进行优化，对于一些临时结构可以用理论容许应力乘以一个不大于1.3的系数，经过现场施工表明，满足结构的功能要求，保证结构安全的前提下达到结构构件经济实用的目的。

[1] 钢结构设计规范(GB50017-2003)[S].

[2] 建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)[S].

[3] 建筑结构荷载规范(2006 局部修订版)(GB50009-2001)[S].

[4] 钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)[S].

[5] 碳素结构钢(GB/T700-2006)[S].

[6] 夏志斌,姚谏.钢结构-原理与设计.北京：中国建筑工业出版社，2004.

2015-05-12

赵越(1981-)，男，讲师，研究方向：交通土建。

U445

C

1008-3383(2015)11-0096-02