基于Midas/Civil的现浇箱形梁门式钢管贝雷梁支架设计与验算

谢灵运 （中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 100000）

支架法现浇施工是现浇梁施工的常用施工方法之一。通常，支架法有柱式支架法、梁式支架法和梁柱式支架3大类。贝雷梁钢管支架属于梁柱式支架法，其优点在于材料通用性强、施工灵活性强、拼装、拆除操作均为方便。与其他支架法相比，克服了拼装繁琐和受力不均等缺点，且工程造价较低、施工速度快。

赵进东[1]对钢管贝雷梁支架施工技术进行了较为细致的研究，提出了贝雷梁支架的施工工艺。刘学明和姚长见[2,3]对介绍了钢管柱-贝雷梁支架的合理运用和验算方法，并基于某城市立交桥工程实例分析得出了普遍适用的贝雷梁布置方案。唐青华[4]为探讨软土地区现浇梁式支架合理的施工布置方案，提出了专门适用于软土地区的双层贝雷梁支架施工关键技术方案，并进行了经济效益分析。韦建昌[5]对贝雷梁支架的支架预压、支架变形控制等支架结构受力情况进行了设计和验算，提出了相应的关键施工布置方案。赵涛[6]以实际工程为例，从贝雷梁支架的布置方案、检算方法等方面对山岭地区的贝雷梁支架施工关键技术进行了研究。丁勇[7]对铁路桥梁在软弱地基上的钢管立柱贝雷梁支架施工技术进行了较为细致的研究。何永昶[8]对曲线现浇连续梁中的超高大跨度钢管柱及贝雷梁支架体系进行了施工技术应用研究。Li F[9]以黄家湾双线超大桥道岔连续梁支架为研究方案，根据工程特点优化支架施工方案，阐述了支架安装工艺，指出了连续梁道岔安全控制要点。张科辉[10]以森林山大桥连续箱梁作为工程实例，并利用基础力学和材料力学知识对钢管柱贝雷梁组合支架进行了结构设计及验算。

鉴于众多学者对贝雷梁支架在工程施工中的支架设计及施工方案布置的总结。也由于贝雷梁支架具有传统支架所不具备的一些优势，有必要对贝雷梁支架进行进一步的研究。本文基于Midas/Civil软件对现浇箱形梁门式钢管贝雷梁支架进行受力计算建模，并与相应规范及材料特性取值进行对比。

1 工程概况及工程地质条件

1.1 工程概况

该立交桥位于安徽省境内，是主线建设大道与某国道的立交工程，主要包含左右幅的主线桥。立交桥位于建设大道K7+766～K8+020段。立交桥桥梁左幅起止桩号 K7+823.5～K8+020，右幅起止桩号K7+766～K8+020。左幅跨径组合为 30+35+30×4m，全长 196m，桥宽 12.5m,右幅跨径组合为 30×3+35+30×4m，全长2253.5m，桥宽12.5m。立交箱梁顶宽为12.5m；翼缘悬挑长度为2.0m，梁高1.7m；顶板厚度0.22m，底板厚度0.20m。

1.2 工程地质条件

该立交桥工程地质条件为：岩体较破碎，工程地质条件复杂。岩层倾向 160。～220。，倾角 15。～25。，岩体层面整体较缓。场地基岩发育有两组优势节理，以闭合隐节理为主，贯通性多较差，结构面结合较差。一般节理面间距0.2m～0.4m，节理裂隙张开度1～3mm，表面粗糙，一般无充填或泥质胶结。其中第一组节理产状为312。∠80。，节理密度为1～4条／m；第二组节理产状为 65。∠60。，节理密度为2～4条／m，为硬性结构面结合差。

2 现浇支架布置方案选定

箱梁施工采用钢管支架现浇，支架最大跨径为15m，支架结构自上而下分别为：支架模板系统，工14横向分配梁间距@30cm，单层加强型贝雷片主纵梁，2工56a主横梁，钢管立柱，钢管立柱间采用2[25a平联和斜撑连接。

端横梁处立柱纵向间距为4m，其余处立柱纵向间距为5.5m。钢管立柱间采用2[25a平联河斜联，每升高5m设置一道平联，两平联之间设置一道斜联，形成平斜联系统。端横梁下采用10排贝雷梁，间距0.45m；中隔梁下采用3排排贝雷梁，间距0.45m；中间段间距为0.9m。顺桥向14#工字钢分配梁是上部结构及翼缘板碗扣架的搁置基础，其标准间距采用30cm。跨度在10～15m之间，按15m最不利进行验算，贝雷梁支架布置图如图1所示。

图1 贝雷梁支架布置图

3 基于Midas/Civil支架结构受力分析

3.1 荷载选取

根据本工程概况及现浇箱梁的结构特点，在支架施工过程中主要考虑如下荷载。

①箱梁重量：15.85×25=396.3kN/m，其中，箱梁最大截面积：15.85 m2，空腹段截面面积10.49m2；混凝土容重：25kN/m3；箱梁高 1.7m，顶板厚 0.22m，底板厚0.20m。

②模板重量：0.5×15.3+0.3×10.8=10.9kN/m，其中，每延米箱梁的内外模板面积分别为15.3m2和10.8m2；模板荷载标准值：内模板0.5kN/m（2含支撑重量），外模板 0.3kN/m2。

③型钢：工14单重0.17kN/m，工56a单重1.06kN/m。

④单个321贝雷片重量：1.0kN/m。

⑤施工荷载：2.0kN/m2。

3.2 有限元模型建立

依据工程概况、支架布置方案、荷载选取及材料属性，采用Midas/Civil商业有限元软件建立贝雷梁支架有限元受力分析模型。钢管立柱采用φ609×16mm无缝钢管。端横梁处立柱纵向间距为4m，其余处立柱纵向间距为5.5m。端横梁下采用10排贝雷梁，间距0.45m；中隔梁下采用3排排贝雷梁，间距0.45m；中间段间距为0.9m。顺桥向14#工字钢分配梁是上部结构及翼缘板碗扣架的搁置基础，其标准间距采用30cm。为适应箱梁纵坡、横坡变化的特点，在贝雷梁柱式支架上搭设碗扣式脚手架，如此可以方便的精确调整模板标高和拆卸模架，为箱梁施工线形控制提供便利。翼缘板处立杆横向间距90cm，底板、腹板处立杆横向间距为60cm，纵向间距与横向分配梁间距相同。横杆步距最大1.2m。

贝雷梁与桩顶横梁采用弹性连接，桩顶横梁与钢管桩顶采用刚性连接。梁端采用铰接。采用结构分析软件Midas/Civil分析其受力情况，建立的贝雷梁支架有限元计算模型如图2。

图2 贝雷梁支架有限元计算模型

3.3 计算结果及受力分析

3.3.1 贝雷梁计算结果及受力分析

根据荷载条件及材料特性取值，在Midas/Civil软件中进行相应的荷载设置，可计算出贝雷梁的组合应力、剪应力和位移如图3～图5所示。

图3 贝雷梁结构组合应力图

图4 贝雷梁结构剪应力图

由图3可知，贝雷梁结构的最大组合应力值（绝对值）为 190.7MPa，且 190.7MPa＜[σ]=205MPa，因此，最大组合应力值满足规范要求。

由图4可知，贝雷梁结构的最大剪应力值（绝对值）为 49.8MPa，且 49.8MPa ＜[τ]=120MPa，因此，最大剪应力值满足规范要求。

由图5可知，贝雷梁结构的最大位移值为24.3mm，且 24.3mm＜15000/400=37.5mm，因此，最大位移值满足规范要求。

图5 贝雷梁结构位移图

3.3.2 钢管立柱计算结果及受力分析

根据相应的荷载条件及材料特性进行取值，可计算出钢管立柱的组合应力、最大支反力和最大位移如图6～图8所示。

图6 钢管立柱组合应力

图7 钢管立柱最大支反力

由图6可知，钢管立柱的最大组合应力（绝对值）为 33.6MPa，且 33.6MPa＜[σ]=205MPa，因此，最大组合应力值满足规范要求。由图7可知，钢管立柱的钢管最大支反力为587.2kN。由图8可知，钢管立柱的钢管最大位移为2.7mm。

4 结论

本文采用商业有限元软件Midas/Civil对立交现浇梁门式钢管贝雷梁支架结构进行受力建模，根据软件所显示的结果，说明了该贝雷梁支架符合相应的结构设计和施工规范。文中主要对贝雷梁结构和钢管立柱结构进行了较为细致的受力分析，得出以下结论。

图8 钢管立柱最大位移

①贝雷梁结构的最大组合应力值、最大剪应力值和最大位移值均满足相应规范和材料特性要求。

②钢管立柱的最大组合应力、最大支反力和最大位移值也满足相应的施工规范及结构受力要求。

③贝雷梁支架具有适用性广、受地形限制较少等优势，可以充分利用原有承台作为支撑钢管桩。

④现浇梁门式钢管贝雷梁支架在保证施工经济性要求的同时，还能在跨中不设置钢管桩，可减少钢管用材量，并缩短施工工期。

[1]赵进东.钢管贝雷梁支架在漳河特大桥道岔连续梁中的施工技术研究[J].安徽建筑,2016,23(01):183-185+227.

[2]刘学明,刘世忠.钢管柱-贝雷梁支架体系施工工艺及设计检算[J].铁道建筑,2016(09):43-46.

[3]姚长见.贝雷梁支架系统检算及在桥梁施工中应用[J].低温建筑技术,2013,35(01):87-88.

[4]唐青华.软土地区现浇箱梁桥梁式支架比选研究[J].交通科技,2016(06):5-8.

[5]韦建昌.贝雷梁支架设计与施工关键技术[J].西部交通科技,2012(09):44-46.

[6]赵涛.贝雷梁支架制梁技术在铁路简支梁施工中的应用[J].国防交通工程与技术,2012,10(S1):134-135+118.

[7]丁勇.钢管立柱贝雷梁支架在软弱地基现浇箱梁施工中的应用——以甬台温铁路永嘉高架站特大桥为例[J].建筑,2010(08):53-55.

[8]何永昶.超高大跨度钢管柱及贝雷梁支架体系在曲线现浇连续梁中的应用[J].上海铁道科技,2016(01):85-88.

[9]Li F.On construction technique of continuous beam bracket at turnouts of Huangjiawan double-line super-large bridge[J].Shanxi Architecture,2015.

[10]张科辉.现浇连续梁钢管柱贝雷梁组合支架应用设计[J].铁道建筑技术,2015(08):18-22.