鋼管柱貝雷梁支架力學性能探析

李　鋼

(敦煌鐵路有限責任公司，甘肅 敦煌　736200)

貝雷梁支架是一種由貝雷架通過螺栓固結起來，組裝而成的一種支架形式。隨著施工工藝的發展，鋼管柱貝雷梁式支架被廣泛應用在橋梁的建設當中。貝雷梁支架靈活性好，能夠組合出不同的長度，安全可靠且施工工藝成熟[1-3]。鋼管立柱與貝雷梁支架結合后，既滿足了貝雷梁支架的支撐要求，又能減弱對橋下既有線路的影響，多用于跨越既有市政道路或河流處橋梁的建設。鋼管柱貝雷梁支架的廣泛應用過程中也伴隨著支架的穩定性，安全性，經濟適用性等問題[4-7]。鋼管柱貝雷梁支架體系的力學性能檢驗是一個重要的工序，Midas Civil是一款常用的有限元分析軟件，利用Midas Civil對整個鋼管柱貝雷梁支架進行準確的受力模擬[8]，檢算支架的受力狀態是否符合要求，性能能否滿足實際應用的需要。通過一系列的檢算，對鋼管柱貝雷梁支架施工的順利完成具有重要的指導意義。

1　工程概況

本工程所建橋梁為新建橫跨某市市政道路連續剛構橋梁，橋跨結構形式為(24+32+24)連續梁預應力混凝土簡支梁，橋梁中心里程為JK0+660.33，整橋全橋長89.15 m，橋寬64.86 m，由四片梁體拼接而成，中間部分設置2 cm沉降縫，橋梁分布形式為2墩2臺。該連續剛構中跨梁段采用鋼管立柱和貝雷梁支架搭設。中跨支架橫橋向總寬度為65.4 m，每幅縱橋向總長度為12 m+12 m，全橋共設置3排鋼管立柱，每排設置17個立柱。立柱基礎采用鋼筋混凝土擴大基礎。鋼管立柱跨距為11.9 m。鋼管立柱直徑為630 mm，壁厚為10 mm；鋼管立柱頂分配梁采用2HN600×200型鋼腹板貼焊10 mm厚鋼板；加固貝雷片為“321”型標準貝雷片，單元構件尺寸為3 m×1.5 m(長×高)；貝雷片間距45 cm布設；貝雷架上部布置Ⅰ12b工字鋼,邊跨滿堂支架上方使用48 mm的雙拼鋼管用作底模分配梁；在模板分配梁上部直接鋪設截面為10 cm×10 cm方木，方木間距30 cm，方木上鋪設1.5 cm厚竹膠板。貝雷梁長度24 m，橫橋向有4片梁，貝雷梁位于梁體底板下，每片梁底共計32片，荷載分布寬度為橫橋向15.7 m。橫橋向受力最大的中間貝雷梁在成橋時梁體自重以及模板人員施工等全部荷載為計算的最不利荷載。

2　鋼管柱貝雷梁支架方案

2.1　荷載與工況組合

荷載計算按照單根分配梁的線形荷載進行計算，且單根分配梁的縱向間距取平均值0.73 m。

2.2　貝雷梁檢算模型建立及檢算

2.2.1模型建立

表1　荷載與工況組合一覽表

由表1計算結果將荷載按照相應的橫向位置施加到分配梁上(見圖1)。

2.2.2計算結果及結論

利用Midas Civil進行有限元仿真計算，并加以相應的荷載分析，結果如表2所示。

表2　鋼管柱貝雷梁計算結果

2.3　型鋼橫梁受力檢算

表3　型鋼橫梁計算結果

根據有限元仿真計算，三拼工字鋼的計算結果如表3所示。需要說明的是此處輸出的結構桿件斷面的彎曲應力為上下緣應力絕對值取大而得。

2.4　鋼管立柱受力檢算

由有限元計算結果得知荷載作用下工字鋼傳遞給鋼管立柱的最大反力在中間支柱處，此處在有限元模型中使用雙支座來模擬單根鋼管的支撐位置，這樣可有效避免單支點帶來的應力集中問題。所以單根鋼管立柱承受的荷載為：1 428+1 471=2 899 kN。

2.4.1軸向應力計算

考慮1.2倍的安全系數1.2×148.7=178.44 MPa<[σ]=215 MPa,滿足要求。

2.4.2穩定性驗算

其中，D為鋼管外徑;d為鋼管內徑。

其中，μ為桿件長度系數,取2.0×0.9=1.8(按兩端自由考慮折減0.9的系數)；l為桿件幾何長度，取3 m。

查GB 50017—2003鋼結構設計規范附表C-2，φ=0.953。

故鋼管立柱穩定性滿足要求。

2.5　基礎局部承壓檢算

鋼管受到最大壓力為2 899 kN，該力直接作用于混凝土條形基礎上，考慮局部承壓可能造成破壞，需要對混凝土條形擴大基礎的局部承壓進行驗算，根據《公路橋涵設計規范》，素混凝土局部承壓計算公式為：

Nc≤0.6×β×Ra×Ac。

其中，Ra為承臺混凝土標號，這里取C30抗壓設計強度20.1 MPa；β為混凝土局部承壓提高系數，其值通常大于1；Ac為混凝土局部承壓面積，Ac=3.14×0.315×0.315=0.312 m2。

則混凝土局部承壓的最小容許承載力為：

[Nc]max=0.6×β×Ra=0.6×1×20 100×0.312=3 762.7 kN，

Nc=2 899 kN<[Nc]=3 762.7 kN。

混凝土條形擴大基礎局部承壓滿足要求。

2.6　中跨分配梁受力檢算

根據有限元仿真計算，貝雷梁上部工字鋼分配梁的計算結果數據如表4所示，需要說明的是此處輸出的結構桿件斷面的彎曲應力為上下緣應力絕對值取大而得。鋼管柱貝雷梁支架力學性能的檢算是系統的多方面的工作，包括貝雷梁桿件的檢算、型鋼梁的受力檢算、鋼管立柱受力檢算和穩定性驗算，還涉及到基礎的局部承壓計算。利用有限元軟件選取合理單元類型，準確模擬荷載在支架上的分布是整個檢算過程中的關鍵。文中通過Midas Civil，對鋼管柱貝雷梁支架進行建模計算，正確的反映了各構件的應力應變情況，滿足要求并指導施工順利進行。

表4　中跨分配梁受力檢算結果　MPa

3　結語

鋼管柱貝雷梁支架優勢明顯，在橋梁施工中被廣泛使用。鋼管柱貝雷梁支架的力學性能檢算對工程的施工提供了重要的指導作用，保證了支架的安全性和穩定性，使工程安全順利進行。為支架力學性能檢算提供了參考，同時對同類工程也有一定的指導意義。

參考文獻：

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