第２７卷第９期 ２０１１年５月 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｆ．２７Ⅳ０．９ Ｍａｙ． ２０１１ 贝雷架用于现浇支架施工中的验算 王京营 （中铁十四局集团第四工程有限公司，山东济南２５０００２） 摘要：贝雷架是一种战略用的装配式钢梁，具有安装拆卸方便、施工速度快、安全可靠、投资省等优点。贝雷架用 于结构工程支架的关键问题是预控贝雷架的变形。介绍了工程实例中将贝雷架用于现浇混凝土连续箱梁的支架， 并对其进行了强度、刚度及稳定性验算分析，保证了成桥线形和通车净空高度的要求。 关键词：贝雷架；变形；现浇支架；设计分析 中图分类号：ＴＵ７３１．２ Ｘ １５ｃｍ方木，方木上设模板。贝雷梁下分配梁为两 １ 概述 某现浇连续梁桥桥跨布置为３２ｍ＋４８ｍ＋３２ｍ， 排Ｉ４０ｂ工字钢，采用型钢制作连接件、加强件，在贝 雷梁和工字钢接触面处顺桥向放置钢板并与工字钢 中跨上跨既有线路，如图１所示。立交角度６１。，净 空７．９６ｍ，施工时支架严禁侵入既有线限界，以保证 施工和行车安全。根据孔跨布置及现场实测资料， 在满足既有线净空限界的前提下，中跨墩间跨既有 线支架采用钢管支架和加贝雷梁方案，在桥跨中间 设两处和边坡处搭设临时支墩，采用６００ｒａｍ ｘ １０ｍｍ钢管，临时支墩基础采用桩基础，顶部浇注钢 焊接。焊接钢板尺寸为不小于７０ｃｍ×１２０ｃｍ。支柱 采用６００ｍｍ×１０ｍｍ钢管，按中心间距２．６ｍ布置。 钢管支柱立好后，采用角钢横撑、斜撑加强，并与基 础联接加固，如图３所示。 筋混凝土盖梁，架空支架采用贝雷梁方案。 图２梁底贝雷梁布置示意 图１本桥与既有线相互平面位置 ２支架搭设构造 主跨跨度设计为１８ｍ，采用贝雷梁加强弦杆，双 排单层ＤＳＲ（弯矩Ｍ４２４４．２ｋＮ・ｍ），布设六排，桩 基础上设盖梁，盖梁宽１．５ｍ，盖梁预埋件与立柱配 套。柱顶横梁（支承梁）置于柱顶。贝雷梁支点置 图３钢管立柱加强布置示意 支墩与基础盖梁间设混凝土（１０ｃｍ厚）落梁装 置，钢管墩设置调整模高程的铁垫块。楔形块与贝 于柱顶支承梁处，如偏离需对贝雷梁支点处加强处 理。 雷梁之间以螺栓联结。支架顶边缘设置护栏、安全 网等安全防护措施。基础采用桩基础直径为１ ｍ，中 心间距按２．６ｍ布置，每根桩基础均挖到硬质岩层 考虑既有线限界及安全，连续梁承重支架梁采 用贝雷梁跨越，由１１组双排单层贝雷梁组成，中距 １．２５、１、Ｉ．５０ｍ，分段组拼，如图２所示，贝雷梁上横 向分配梁采用１１６工字钢，间距０．６ｍ，其上设１２ｃｍ 上，浇注时候顶端部分预埋钢筋并与盖梁钢筋连接 成一体，盖梁采用Ｃ３０钢筋混凝土，尺寸为１ ｒｎ× Ｉ．５ｍ。 １０２ 甘肃科技 第２７卷 ３荷载计算与荷载组合 施工支架承受的荷载包括模板、钢板、方木的重 量、贝雷梁上横向分配梁、混凝土的重量，施工中混 凝土的跌落、振捣、流动等产生的冲击作用（施工荷 载）、施工机具、人员等临时荷载（临时荷载）。其中 施工荷载和施工临时荷载属于活荷载，其余荷载属 于恒荷载。按照规范对各项荷载进行组合。各分项 荷载计算如下： ３．１恒载计算（见表１） 表１恒载项目 总恒载计算：上跨包西线贝雷梁外恒载为： ｇ恒＝口木模＋ｇ钢模＋ｇ方＋ｑａ：＋ｇ支架＋ｇ混 ＝边坡至路肩贝雷梁间距按２．６ｍ布置，横断面 内共布置５组贝雷梁。为安全起见假定荷载由其中 ３．３＋１７．４＋５．３４４＋４．９７＋４．７６＋３５４．１３２ 的４组贝雷梁承担，并取１．１的荷载不均匀系数，将 外荷载及贝雷梁自重均作为线荷载施加在贝雷梁 上，则单片贝雷梁承担的线荷载值为： ｑ２＝１．１×（５９９．９２／８＋１．２×１．４３）＝８４．３８ｋＮ／ｍ ＝３８９．８９ｋＮ／ｍ 此荷载由１１组贝雷梁承担。 边坡至路肩贝雷梁外恒载为： ｇ信＝口术模＋ｇ钢模＋ｇ方＋ｑＴ＋口支靴＋ｑ混 ＝３．３＋１７．４＋５．３４４＋４．９７＋２３．８＋３５４．１３２ ＝４ 贝雷梁计算模型的建立 贝雷梁验算采用有限元软件建立该梁的有限元 模型。在中跨墩间连续梁施工时有两种跨度的贝雷 梁，其承受的荷载也不一样，应分别建模计算。 在建模时考虑到贝雷梁各杆件间为焊接，其受 力状态更接近于梁单元，因此贝雷梁的各杆件采用 梁单元来模拟。两片贝雷梁的上下弦杆包括加强弦 杆采用销子销接，在销接处不承受弯矩，因此此处两 ４０８．９３ｋＮ／ｍ 另在计算时还需要考虑贝雷梁的自重。单片非 加强型贝雷梁重量２７０ｋｇ，长度为３ｍ，上下采用２根 弦杆加强，加强弦杆单根重８０ｋｇ，忽略销子重量，则 贝雷梁自重ｑｍ＝１．４３ｋＮ／ｍ。 ３．２活载计算 施工中混凝土的跌落、振捣、流动等产生的冲击 作用（施工荷载）以及施工机具、人员等临时荷载 （临时荷载）为活荷载。计算时取施工荷载为 ２．５ｋＮ／ｍ２，梁端应由刚接修改为铰接，在限元软件里通过释放 梁端约束来实现。贝雷梁的上下弦杆加强后截面为 ４根ｌＯ号槽钢，加强弦杆和原有弦杆之间通过钢销 连接，在简化的计算模型里可以将加强弦杆和原有 弦杆考虑为一个单元，但是实际上外侧加强弦杆的 受力要比原有弦杆更为不利，本模型为模拟加强型 施工机具、人员等临时荷载为４ｋＮ／ｍ 。 这些荷载作用在箱梁顶板上，则每延米的荷载为： ｑ治＝（２．５＋４）×１２＝７２ｋＮ／ｍ。 ３．３荷载组合 取恒载的组合系数为１．２，活载的组合系数为 １．４。 贝雷梁的实际受力情况，将加强弦杆和原有弦杆分 别建模，并采用“刚性连接”使得两弦杆变形协调。 ４．１ 上跨铁路贝雷梁有限元模型 上跨包西线贝雷梁承受的均布荷载组合值为： ｑ缉ｌ＝１．２×３８９．８９＋１．４×７８＝５７７．０６８ｋＮ／ｍ 上跨铁路贝类梁总长１８ｍ，每片梁由６片贝雷 片组成。模型１７０个节点，２３２个单元，其中腹 杆单元８４个，弦杆单元１４８个。两支点间距 １６．７３ｍ。有限元模型如图４所示。 ４．２边坡至路肩贝雷梁有限元模型 边坡至路肩贝雷梁总长１２ｍ，每片梁由４片贝 边跨至路肩贝雷梁承受的均布荷载组合值为： ９组２＝１．２×４０８．９３＋１．４×７８＝５９９．９２ｋＮ／ｍ 上跨铁路贝雷梁共设置１ ｌ组，其中底板下设置 ７组。为安全起见假定荷载由７组贝雷梁承担，并 取１．１的荷载不均匀系数，将外荷载及贝雷梁自重 均作为线荷载施加在贝雷梁上，则单片贝雷梁承担 的线荷载值为： ｑ１＝１．１×（５７７．０６８／１４＋１．２×１．４３）＝４７．２４ｋＮ／ｍ 雷片组成。模型１１２个节点，１５２个单元，其中 腹杆单元５６个，弦杆单元９６个。两支点间距 １１．８１ｍ。有限元模型如图５所示。 第９期 王京营：贝雷架用于现浇支架施工中的验算 １０３ Ｎ～ ｎ ｎ Ｎ “Ｎ～ ～ “～Ｈ 帑 亨案 旃 旃亨 蒋； 图４上跨包西线贝雷梁有限元模型 埘 寸 ｔ 寸 甘 ● 甘 寸村 寸 州 嵩 ： 禽盏 ｇ 蔷 盖 ： ｇ ｇ 蔷 ： 图５边坡至路肩贝雷梁有限元模型 ５上跨铁路贝雷梁计算结果分析 施降低这些杆件中的压应力值，使其符合强度要求。 加固措施及效果见下节。 ５．１加固前各项校核 ／ｒ＇ ． ５．１．１ 刚度校核 由公式： ＝ ，式中Ｆ ．一为全梁的最 』ｚＵ 上跨铁路贝雷梁变形跨中产生最大的挠度，由 大剪力；ｓｌ一为横截面上中性轴一侧的面积对中性 公式： ＝５ｑＬ‘／（３８４ＥＩ），式中： 为梁跨中的最 轴的静矩；ｂ为横截面在中性轴处得宽度；Ｉ 是整个 大挠度（ｃｍ），ｑ为均布线荷载（ｋｇ／ｃｍ），Ｅ为钢梁的 横截面对中性轴的惯性矩，计算可知各杆件中剪应 弹性模量，，为钢梁的截面惯矩，计算知挠度值ｆ＝ 力最大值为８２．４ＭＰａ＜［７－］＝２０８ＭＰａ。剪应力强度 ５．３ｃｍ，挠跨比ｆ／Ｌ＝０．０５３／１６．７３＝１／３１５．７。挠跨 条件满足要求。 比较大但对于临时结构刚度条件不作为控制条件， ５．１．３销子抗剪强度校核 贝雷梁的挠度对现浇梁线形的影响可以通过设置预 轴向拉力最大值为６１１．６ｋＮ，该轴拉力由１双 拱度的办法来消除。对于本桥施工来说，由于贝雷 向受剪钢销承担。采用下列公式计算所用钢销的最 梁与铁路线的斜交角度较大，贝雷梁上方的荷载较 小直径。 为复杂，本模型计算出的贝雷梁挠度只能作为参考 ２ 一 而不能作为预拱度设置的依据。要准确的设置预拱 ［ ］＝凡・ ［ ］式中［ ］：６１１．６ｋＮ，ｎ＝ 度必须在支架搭设完毕后采用沙袋预压，且沙袋的 １，［ ］＝５８５ＭＰａ。代人求解得ｄ＝３６．５ｍｍ。亦即 摆放最好模拟现浇混凝土梁的不均匀荷载。 能保证钢销抗剪强度的最小钢销直径为３６．５ｍｍ。 ５．１．２强度校核 ５．２加固建议及加固效果分析 由公式计算知贝雷梁各杆件轴压力最大值为 支座内侧四根斜腹杆轴向压应力达到 ５８３．５ｋＮ，发生在跨中上弦杆处，轴拉力最大值为 ３３６．２ＭＰａ，超过贝雷梁的容许应力，应采取措施降 ６１１．６ｋＮ，发生在跨中下弦杆处。由公式： ～＝ 低这些杆件中的应力，可以采用两种办法来实现一 半Ｆ 一为全梁杆件最大轴力；Ａ为最大 是通过增加构件降低这些构件的轴力，二是对这些 ，式中Ｆ ．构件截面进行加强，通过增加构件的截面积来降低 轴力处的杆件截面面积，计算可知各杆件中拉应力 构件中的应力。这些构件中轴力较大的原因是支座 最大值为２４３．５ＭＰａ＜［ ］＝２７３ＭＰａ，压应力最大值 上方没有竖腹杆，支座反力必须要由斜腹杆的竖向 为３３６．２ＭＰａ＞［ｏ－３＝２７３ＭＰａ。贝雷梁中有构件强 分力来平衡，因此可通过增加支座上方竖腹杆来分 度条件不满足要求，为查找不符合强度条件的构件 担斜腹杆中轴力的办法使得斜腹杆中的应力降低。 提取了三片贝雷片各杆件应力值，通过计算可知该 建议采用８号槽钢（与贝雷梁中腹杆所用槽钢型号 压应力最大值产生在支座内侧斜腹杆中，全梁不满 相同）制作竖腹杆，并把该竖腹杆与贝雷片节点可 足强度条件的杆件共４个，为安全起见必须采取措 靠焊接。修改有限元模型重新计算贝雷梁的位移、． １０４ 内力和应力。 甘肃科技 第２７卷 加固后因支座位置局部变形减小，通过计算得 知，使得计算出的跨中挠度由未加固前的．厂＝５３ｍｍ 度条件满足要求，但支座内侧腹杆压应力超过贝雷 梁钢材的容许应力，需进行加固，建议加固措施为支 座上方增加一８号槽钢竖腹杆，并且保证竖腹杆与 节点可靠焊接。 ２）边坡至路肩贝雷梁检算时，本报告取箱梁底 板下４组贝雷梁检计算，结果表明上下弦杆强度条 降低为ｆ＝５０．６ｍｍ，挠跨比ｆ／Ｌ＝０．０５０６／１６．７３＝ １／３３０．６。加固后贝雷梁的各构件中最大拉应力为 ２４３．５ＭＰａ，最大压应力为２５７．５ＭＰａ，均小于贝雷梁 所用钢材的容许应力，强度条件满足要求。 ６钢管支柱验算 依据《钢结构设计规范》验算钢管强度，按轴心 受压构件计算，公式为： ｒｏ＝Ｎ／ ≤［ｏｒ］ 式中： 轴心压力； Ａ ——净截面面积； ——轴心受压构件的稳定系数。 计算轴心受压构件的稳定系数 ，先计算钢管 支柱的柔度Ａ ，计算公式为： Ａ ＝Ｚ ／ｉ 式中： ——构件对主轴的计算长度； ——构件截面对主轴的回旋径。 钢管支柱的计算高度Ｌ＝５．６ｍ，本钢管桩为一 端固定，另一端铰接，因此取 ＝Ｏ．７Ｌ＝３．９２ｍ。 ＝ ＝√ （Ｄ ） √ （厂 ——６—ｏｏ— ＋５————８—０ 一 ）＝２ｏ８・６ｍｍ； 导＝ ～ 查表得 ＝０．９８３。 钢管支柱按２．６ｍ间距布置，则底板范围内可 布置７根钢管支柱。上跨铁路贝雷梁单梁支座反力 为４２４．８ｋＮ。钢管上横向分配梁为２１５６工字钢， ２．６ｍ长度重量约为Ｐ＝２×１４８．４５×１×１０ ×２．６ ×７８＝６０．２ｋＮ，则单根钢管支柱承受轴力为： Ｎ＝６０．２＋４２４．８×１４／７＝９０９．８ｋＮ Ｎ ×１×１０一。 ＝４９．９ＭＰａ＜［ｏｒ］＝０．９×１４５ＭＰａ 钢管支柱的强度及稳定性均满足要求。 ７结论及建议 １）现设计方案中上跨铁路贝雷梁上下弦杆强 件满足要求，但支座附近的竖腹杆和斜腹杆需进行 加固，加固措施为采用８号槽钢与原腹杆和上下节 点可靠焊接。若仍取箱梁底板下布置７组贝雷梁， 则贝雷梁无需加固即可满足强度条件。 ３）上跨铁路贝雷梁和边坡至路肩贝雷梁在荷 载作用下跨中挠度较大，刚度条件不容易满足。但 对于临时结构刚度条件不作为控制条件，贝雷梁的 挠度对现浇梁线形的影响可以通过设置预拱度的办 法来消除。对于本桥施工来说，由于贝雷梁与铁路 线的斜交角度较大，贝雷梁上方的荷载较为复杂，本 模型计算出的贝雷梁挠度只能作为参考而不能作为 预拱度设置的依据。要准确的设置预拱度必须在支 架搭设完毕后采用沙袋预压，且沙袋的摆放最好模 拟现浇混凝土梁的不均匀荷载。 ４）贝雷梁上弦杆轴压力较大，而在横向上刚度 较小，容易引起贝雷梁上弦杆的面外失稳。建议同 一组贝雷梁中左右两贝雷片的横向距离调整为５Ｏ ～６０ｃｍ。并且多组贝雷梁间上弦杆处要有横向联 系，有两种可选建议。其一是用ｌＯ号槽钢作为横向 连系梁。ｌＯ号槽钢与铁路线平行，纵桥上以３ｍ间 距布置在贝雷梁上弦杆下缘，与贝雷梁上弦杆用螺 栓锚紧。其二是每隔４根贝雷梁上方１１２横向分配 梁与贝雷梁上弦杆采用点焊连接。这些措施均可以 大大提高贝雷梁的横向刚度防止失稳事故发生。 ５）经对方案中的钢管支柱检算，结果为钢管支 柱可以满足强度要求和稳定性要求。 ６）经对满堂支架的检算发现，采用６０ｃｍ× ６０ｃｍ布置时，钢管立柱可以满足强度要求及稳定性 要求。 参考文献： ［１］黄绍金，刘陌生．装配式公路钢桥多用途使用手册 ［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． ［２］ 赵军．现浇梁脚手架及钢管架空贝雷架设计检算 ［Ｊ］．施工技术，２００７（１）． ［３］沈阳建筑大学．ＪＧＪ１６２—２００８，建筑施工模板安全技 术规程［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００８． ［４］ 罗文，卢春林．贝雷架搭设现浇连续梁支架简介［Ｊ］． 西部探矿工程，２００４（５）．
